溧陽抽水蓄能電站地下廠房頂部預固結灌漿施工

尹 成 福

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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溧陽抽水蓄能電站地下廠房頂部預固結灌漿施工

尹 成 福

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

溧陽抽水蓄能電站地下廠房區巖層產狀變化較大，地質條件較復雜，為了保證廠房頂部開挖質量和安全，對廠房頂部采取了提前預固結灌漿的方法。廠房頂部預固結灌漿施工采用潛孔鉆造孔、“孔口封閉灌漿”法灌漿，先將非灌段一次鉆孔到底，低壓濃漿灌注待凝后再進行灌漿段施工，灌漿效果較好，改善了廠房頂部的圍巖條件，保證了廠房頂部開挖的質量和施工安全。

溧陽抽水蓄能電站；預固結灌漿；成果分析；地下廠房

1 概 述

江蘇溧陽抽水蓄能電站地處江蘇省溧陽市，上水庫位于龍潭林場伍員山工區，與安徽省接壤。樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統、地下發電廠房系統及下水庫等4部分組成。電站安裝6臺機組，總裝機容量為1 500 MW。

廠房區地層內斷層十分發育，規模較大的斷層主要有F10、F32、F54，特別是F54斷層對廠房影響較大，斷層帶寬度為5～18 m，巖體節理十分發育且受巖層產狀影響較大，發育方向分散，規律性較差，總體圍巖以Ⅲ2～Ⅳ1類為主。

為了改善廠房頂部圍巖的結構，在廠房頂部開挖前，利用主廠房頂拱上部灌排廊道中的固結灌漿廊道，對其頂拱部分圍巖進行預固結灌漿處理，在兩條灌漿廊道底板布設了8排灌漿孔，遵循“先外后內、分序、逐漸加密”原則進行。具體灌漿孔布置情況見圖1。

設計固結灌漿孔距2.5 m，排距0.6 m。其中： 1排孔深36 m，灌漿段長12 m ,角度為-12°；2排孔深31 m，灌漿段長12 m ,角度為-4°；3排孔深28.5 m，灌漿段長12 m ,角度為5°；4排孔深28.5 m，灌漿段長12 m ，角度為15°；5排孔深28.5 m，灌漿段長12 m ，角度為-15°；6排孔深28.5 m，灌漿段長12 m ,角度為-5°；7排孔深31 m，灌漿段長12 m ,角度為4°；8排孔深36 m，灌漿段長12 m ,角度為12°。每個孔只灌注底部常規固結灌漿一般采用手風鉆或潛孔鉆造孔、孔深較淺，多采用孔口卡塞、全孔一次灌漿法。該項目廠房頂部預固結灌漿鉆孔深 度 平 均 在28.5 m以上，且只灌注孔底12 m段，深孔固結灌漿分為2段灌注，灌漿壓力為3 MPa，介于高壓灌漿與低壓灌漿的臨界值。

圖1 廠房頂部預固結灌漿布置剖面圖

12 m范圍，其它部位不進行灌漿。

對于灌漿方式，設計要求采用自上而下分段循環式灌注，除結束標準為固結灌漿要求外，其他均為帷幕灌漿施工要求。

2 廠房頂部預固結灌漿施工方案

廠房頂部預固結灌漿位于上層排水廊道中，排水廊道斷面尺寸為3.2 m×3.8 m，除去兩側排水溝底板寬2 m，分4排灌漿孔，排距0.6 m，孔距2.5 m，遵循先外后內、分序、逐排加密的施工原則進行灌注。廠房頂部預固結灌漿共664個孔、鉆孔深度為20 584 m、灌漿長度為7 968 m。由于廠房頂部預固結灌漿施工制約廠房開工，必須在廠房開工前完成各項施工和檢測任務，因此施工強度非常大。

由于該項目地質條件復雜，根據前期灌漿試驗成果得知，采用地質鉆機鉆孔較慢，而且易出現卡鉆情況；底部12 m灌漿卡塞困難，易出現繞塞返漿，甚至造成孔內事故；加之施工場地狹小，地質鉆機擺放和移鉆困難，故采用地質鉆機自上而下分段阻塞式循環灌漿根本不能滿足廠房開工要求。

經綜合考慮和論證，最終確定采用100B潛孔鉆機鉆孔，其能很好地適應各種復雜地層，卡鉆情況少，鉆孔效率大大提高。但由于巖層性質而造成鉆孔孔壁不規則、分段卡塞難度大，為減少卡塞時間并滿足灌漿壓力，灌漿采用了“孔口封閉灌漿法”，即先埋設孔口管，非灌段用潛孔鉆一次鉆孔到位，先進行低壓、濃漿預灌后，待凝12 h，預灌對孔壁進行了保護并減少了下一步灌漿段灌漿時非灌段的吃漿量，再用潛孔鉆對灌漿段鉆孔、灌漿，既提高了鉆孔效率，也避免了孔內事故的發生且施工簡單。

3 廠房頂部預固結灌漿的施工程序和方法

3.1 灌漿程序

孔口管段鉆孔→預埋孔口管→非灌段鉆孔→裂隙沖洗→壓水試驗→非灌段灌漿→待凝→非灌段掃孔→第一段鉆孔→裂隙沖洗→灌前壓水試驗→灌漿→非灌段掃孔、第一段掃孔→第二段鉆孔→裂隙沖洗→灌前壓水試驗→灌漿→封孔。

3.2 鉆孔與灌漿方法

通過單因素試驗和正交試驗，確定了紫薯酥性餅干的最佳配方為：紫薯粉40%，白糖25%，黃油40%，全蛋液10%、食鹽0.5%、泡打粉1%，檸檬酸0.4%，水適量。在180℃/170℃、10 min焙烤條件下得到的紫薯餅干感官品質最佳，餅干色澤呈淡紫色，具有紫薯特有的香味，酸甜可口，營養豐富。

采用100B潛孔鉆鉆孔，孔徑為φ110、φ90兩種，鉆孔依據灌漿原則，按“圍、擠、壓”由外向里逐排加密，分兩序施工。先鉆灌外圍1、8、4、5排(Ⅰ、Ⅱ序)，再鉆灌3、7、2、6排(Ⅰ、Ⅱ序)。

根據設計要求，廠房頂部預固結灌漿的目的主要是保障廠房頂部12 m范圍內能有效的灌注并滿足設計壓力和減少事故，故采用“孔口封閉灌漿法施工”。對非灌段采取一次性鉆孔，用1∶1水泥漿灌注，待凝12 h，再向下進行灌漿段鉆灌施工。

3.3 灌漿施工參數

(1)灌漿壓力見表1。

表1 設計灌漿壓力表 /MPa

(2)固結灌漿水灰比。

廠房頂部預固結灌漿漿液采用普通水泥灌注，主灌段水灰比為3∶1、1∶1和0.5∶1三個比級，開灌比采用3∶1，非灌段開灌水灰比為1∶1。

(3)固結灌漿結束標準。

(4)固結灌漿檢查標準。

壓水試驗檢查：采用單點法壓水，透水率不大于2 Lu為合格，孔段合格率應在85%以上；不合格孔段的透水率值以不超過設計規定的150%且不集中時，灌漿質量可認為合格。

巖體聲波檢查：測試在該部位灌漿結束14 d后進行，巖體縱波波速不小于4 000 m/s為合格。

4 質量檢查結果

(1)壓水檢查：廠房頂部預固結灌漿共664個孔，布設了35個檢查孔，占總孔數的5.3%，符合規范要求。最大透水率為1.7 Lu、最小透水率為0.26 Lu，符合設計<2 Lu要求。

(2)聲波檢測：灌后聲波檢測78段，灌后聲波最大值為6 060 m/s，最小值為4 170 m/s，平均值為5 109 m/s，均滿足設計不小于4 000 m/s要求。

(3)檢查孔取芯檢查：灌后檢查孔取芯率均大于80%，部分巖芯有明顯的水泥結石，膠結良好。

5 灌漿成果分析

廠房頂部預固結灌漿主要對廠房頂部12 m范圍內的圍巖進行有效固結，筆者對廠房頂部12 m范圍內的固結灌漿情況進行了分析。

5.1 灌前透水率分析

為了解灌段巖體灌前的透水性及其透水率隨孔序的變化情況，各灌段灌漿前均進行了簡易壓水試驗。

統計結果：廠房頂部預固結灌漿灌前壓水共1 328段，其中<2 Lu 的87段，占總段數的6.55%；2～3 Lu的110段，占總段數的8.28%；3～5 Lu的331段，占總段數的24.92%；5～10 Lu的553段，占總段數的41.64%；>10 Lu的247段，占總段數的18.60%。最大透水率為1 068.33 Lu、最小透水率為0.02 Lu、平均透水率為18.63 Lu。

5.2 單位注入量分析

廠房頂部區域共施工664個灌漿孔，12 m范圍累計灌漿長度為7 968 m，灌注水泥705.44 t，平均單位耗灰88.53 kg/m。最大單位耗灰1 323.1 kg/m，最小單位耗灰1.93 kg/m。

主廠房頂拱12 m范圍斷面積約180 m2，灌漿范圍長度為150 m，頂部12 m范圍每m3巖體灌注水泥量為：705 440/(180×150)=26.13(kg)。

表2 廠房頂部12 m范圍內單位耗灰注入量區間成果表

由表2可見：廠房頂部預固結灌漿共1 328段，<10 kg/m計48段，占總段數的3.61%，10～30 kg/m計343段，占總段數的25.83%，30～50 kg/m計 298段，占總段數的22.44%，50～100 kg/m 計332段，占總段數的25%，>100 kg/m 計307段，占總段數的23.12%。單位注灰量頻率曲線見圖2。

圖2 單位注灰量頻率曲線圖

6 結 語

溧陽抽水蓄能電站由于地質條件復雜，為了保證地下廠房頂拱的安全，設計要求在廠房頂拱開挖前預先進行固結灌漿、改善圍巖條件后再進行開挖。由于進度、場地和圍巖的特殊性，廠房頂部預固結灌漿采用潛孔鉆鉆孔，灌漿方法采用“孔口封閉灌漿法”，即先埋設孔口管，非灌段用潛孔鉆一次鉆孔到位，先進行低壓、濃漿預灌后，待凝12 h，再用潛孔鉆對灌漿段鉆孔、灌漿的施工工藝，取得了較好的效果。從實際開挖情況看，灌漿效果較好，漿液充填密實，達到了設計要求，保證了廠房頂拱部位開挖的質量和施工安全，說明采用此種處理方法和施工工藝是可行的，其他類似工程可以參考借鑒。

(責任編輯：李燕輝)

2017-04-23

TV7;TV554;TV52；TV544；TV743

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1001-2184(2017)03-0013-03

尹成福(1979-)，男，黑龍江林甸人，工程師，從事水利水電工程施工技術與管理工作.