錦屏二級水電站引水隧洞高壓固結(jié)灌漿試驗

漆巨彬

(中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

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錦屏二級水電站引水隧洞高壓固結(jié)灌漿試驗

漆巨彬

(中國水利水電第七工程局成都水電建設(shè)工程有限公司，成都，611130)

錦屏二級水電站東端1#、2#引水隧洞工程，因邊界條件及各種原因影響，導致C4標關(guān)鍵線路實際施工進度大幅滯后主合同約定進度計劃。其中1#引水隧洞TBM掘進滯后12個月，2#引水隧洞混凝土襯砌滯后21個月，導致灌漿滯后約21個月。為緩解后期工程強度與工期壓力，引水隧洞工程進行了無蓋重高壓固結(jié)灌漿試驗，取得了滿意的成果。

錦屏二級水電站 無蓋重 高壓固結(jié)灌漿試驗

1 工程概況

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州境內(nèi)的雅礱江錦屏大河彎處雅礱江干流上，系利用雅礱江錦屏150km長U形大河彎的天然落差，截彎取直鑿洞引水發(fā)電。工程樞紐主要由首部低閘、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房三大部分組成，采用“4洞8機”布置，引水隧洞共四條，電站裝機容量為4800MW，單機容量600MW。該電站是雅礱江上水頭最高、裝機規(guī)模最大的水電站，為埋深大隧洞長的特大型地下水電工程。引水隧洞洞線平均長度約16.67km，上覆巖體一般埋深1500m～2000m，最大埋深約為2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點，其設(shè)計、施工技術(shù)水平均處于世界前列。

本工程引水隧洞高壓固結(jié)灌漿，目的是通過灌漿在周邊形成一定深度的灌漿加固圈，使其成為隧洞承載和防滲阻水的主要結(jié)構(gòu)。

東端1#、2#引水隧洞在技施階段，合同條件發(fā)生了巨大變化，雖然灌漿工程量大幅減少，但其開挖支護、襯砌、灌漿、混凝土消缺等多工序呈多點、密集、交叉、高強作業(yè)，施工難度和施工強度世所罕見，需對施工方案、設(shè)備等及時進行優(yōu)化，以提高功效。

2 無蓋重防滲固結(jié)灌漿試驗設(shè)計

根據(jù)設(shè)計文件及設(shè)計圖紙要求，固結(jié)灌漿試驗分為兩個單元，每個單元均為30m洞段長度，其中引(1)13+750m～780m布孔形式每斷面16個灌漿孔，排距3m，共布置10排；引(1)13+780m～13+810m布孔形式每斷面20個灌漿孔，排距3m，共布置11排。0～4m段不進行灌漿，4m～8m、8m～12m灌漿壓力均采用6MPa，其斷面形式如圖1所示。

圖1 試驗區(qū)孔位布置斷面示意

3 施工工藝設(shè)計

3.1 灌漿工藝

3.1.1 灌漿順序。引(1)13+780m～13+810m的固結(jié)灌漿孔，先施工各排的Ⅰ序孔，待各排Ⅰ序孔施工完成后，再進行各排Ⅱ序施工；引(1)13+750m～13+780m的固結(jié)灌漿孔按環(huán)間分序，環(huán)內(nèi)加密原則進行施工，即環(huán)間分Ⅰ、Ⅱ序，環(huán)內(nèi)逐步加密，先灌奇數(shù)孔，后灌偶數(shù)孔。

3.1.2 灌漿方法。主要采用自淺而深分段卡塞灌漿法。引(1)13+750m～13+780m采用循環(huán)式灌漿，引(1)13+780m～13+810m采用純壓式灌漿。為驗證循環(huán)式與純壓式灌漿在同一區(qū)域的灌漿效果，引(1)13+780m～13+810m試驗段在施工部分孔后，全部改為孔內(nèi)循環(huán)式灌漿工藝。

3.2 鉆孔

3.2.1 鉆孔施工順序。先施工抬動孔和灌前聲波孔，再施工固結(jié)灌漿孔，最后施工檢查孔和灌后聲波孔。施工前由監(jiān)理工程師根據(jù)現(xiàn)場實際情況，定出抬動孔位置和灌前聲波孔位置。抬動觀測裝置安裝和灌前聲波測試在灌漿施工前進行。引(1)13+750m～13+780m的固結(jié)灌漿孔按環(huán)間分序，環(huán)內(nèi)加密原則進行施工，即環(huán)間分I、II序，環(huán)內(nèi)逐步加密，先施工奇數(shù)孔，后施工偶數(shù)孔；引(1)13+780m～13+810m的固結(jié)灌漿孔按先施工各排的Ⅰ序孔，待各排Ⅰ序孔施工完成后，再進行各排Ⅱ序施工。引(1)13+750m～13+780m洞段按先施工底板，再施工邊頂拱的順序施灌；引(1)13+780m～13+810m洞段按先施工邊頂拱，再施工底板的順序施灌。

3.2.2 孔口管鑲鑄。由于底板有積水及淤泥，厚度約1m左右，為確保底板覆蓋層段成孔及防止灌漿過程中有污水進入孔內(nèi)，在底板孔鉆進時先進行孔口管鑲鑄，孔口管孔徑為φ91mm，長度1m～2m不等。

3.3 鉆孔沖洗及壓水試驗

3.3.1 鉆孔沖洗。灌漿孔鉆孔結(jié)束后，利用鉆桿作為導管，通入大量的壓力水進行孔壁沖洗，至孔口回水澄清即可。

3.3.2 單點法壓水試驗。灌前壓水試驗孔布設(shè)在Ⅰ序孔，試驗孔數(shù)為所有的Ⅰ序孔，布孔位置應能較全面反映地質(zhì)情況，并盡量沿洞周、洞段長度均勻布置。采用單點法壓水，壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1.0MPa；壓入流量穩(wěn)定標準，在穩(wěn)定壓力下每隔5min測讀一次壓入流量，連續(xù)4次讀數(shù)中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時，即可結(jié)束壓水，以最終值作為計算值。

3.3.3 簡易壓水。除需進行單點法壓水試驗的孔外，其余孔均結(jié)合裂隙沖洗進行簡易壓水，壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1.0MPa；壓水時間20min，每5min測讀一次壓入流量，取最后的流量作為計算流量，其成果以透水率q表示，單位為呂榮Lu。

3.4 灌漿材料

灌漿使用的水泥品種為“乃托”牌水泥，水泥強度等級為P.O42.5MPa；水泥細度通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。灌漿用水泥按批號進行物理和力學性能試驗，主要測定水泥強度、細度、初凝和終凝時間以及水泥體積的安定性等。灌漿使用純水泥漿，灌漿用水泥均符合規(guī)定的質(zhì)量標準，檢驗合格，方投入使用。

3.5 灌漿

試驗孔灌漿方法采用自淺而深卡塞循環(huán)式灌漿法，配備三參數(shù)灌漿自動記錄儀進行記錄，最大灌漿壓力為6MPa。

本次防滲固結(jié)灌漿生產(chǎn)性試驗水灰比主要采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1三個比級，開灌水灰比根據(jù)現(xiàn)場實際壓水情況，靈活采用3∶1或2∶1。

3.5.1 砂漿灌注

當灌漿孔出現(xiàn)下列情況之一：①鉆孔過程中發(fā)現(xiàn)掉鉆或孔口不返水現(xiàn)象；②孔段壓水試驗透水率大于100Lu。且經(jīng)探明，溶蝕發(fā)育，溶蝕寬度大于10cm，可直接采用水泥砂漿灌注。砂漿采用純壓鐵打塞卡在孔口灌注，最大灌漿壓力為1.0MPa(一因砂漿灌注的目的是回填空腔或溶蝕寬縫，1.0MPa的壓力足以充填密實；二因灌注砂漿為純壓式灌注，且砂漿泵為螺桿泵，在灌注砂漿的過程中不能自動卸壓，安全隱患較大)。

3.5.2 大耗漿孔段統(tǒng)計

采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇的處理措施，灌漿壓力與注入率必須相適應，短時間內(nèi)壓力升幅不得過大，灌漿壓力與注入率控制如表1。

表1 大耗漿孔段灌漿壓力與注入率對應參數(shù)

當流量大于30L/min，壓力低于1.2MPa，灌注時間已大于30min，且灌注壓力和注入率均無改變或改變不顯著，采取每灌注30min間歇10min，每灌注5t干灰待凝8h后掃孔復灌。

在采取上述處理措施孔段累計耗灰量達到15t后效果仍不明顯時，則灌注穩(wěn)定漿液(即在水泥漿中摻入一定比例的膨潤土，具體摻量根據(jù)試驗確定)或速凝漿液(即在最稠水灰比的水泥漿液中摻加速凝劑，如氯化鈣等促使盡快凝結(jié))等。

當流量小于30L/min，壓力大于1.2MPa后，不采取間歇和待凝措施，按上述灌漿壓力與注入率對應參數(shù)進行分級升壓灌注，達到設(shè)計灌漿壓力后屏漿結(jié)束。

4 灌漿成果分析

4.1 灌漿工程量

試驗共歷時44d，鉆孔4560m，灌漿760段，總灌注水泥686288.9kg，平均鉆孔功效103.6m/d，灌漿17.3段/d，總平單耗225.8kg/m(不包括聲波孔、檢查孔、砂漿、封孔水泥)。完成情況見表2。

表2 13+750m～13+810m試驗段完成情況統(tǒng)計

4.2 13+750m～13+780m灌漿資料分析

本單元共完成160個基本灌漿孔，5個灌后聲波測試孔灌漿，16個灌后檢查孔壓水及灌漿；共計完成鉆孔2204m，基本孔灌漿370段，灌注水泥316.5t。單元完成情況見表3，各次序孔單位注入量頻率分布見表4。

表3 13+750m～13+780m試驗單元完成情況統(tǒng)計

單元孔序孔數(shù)灌漿米數(shù)(m)注灰量(kg)單位注灰量(kg/m)平均透水率(Lu)13+750m～13+780mⅠ序孔40320148242.1463.313.24Ⅰ序孔加密孔40320101203.5316.310.19Ⅱ序孔4032045013.1140.73.57Ⅱ序孔加密孔4032012817.240.11.86檢查孔及灌后聲波孔21152157.71.040.11

表4 13+750m～13+780m試驗單元各次序孔單位注入量頻率分布區(qū)間統(tǒng)計

從對本試驗單元的單位注入量頻率區(qū)間統(tǒng)計成果來看，Ⅰ序孔中注入量頻率最大的是300kg/m～500kg/m的段次，占比46.9%；其次是100kg/m～300kg/m的段次，占比31.2%；而大于1000kg/m以上的段次僅占3.7%。由此可以反映出，T2y6洞段巖層大理巖主要以網(wǎng)狀的中、小裂隙發(fā)育為主，少有溶蝕發(fā)育現(xiàn)象，而溶蝕及斷層又是漿液的主要消耗地方，也是水流滲透的主要通道，因此必須將溶洞及斷層等薄弱部位處理好。

從單位注入量的統(tǒng)計情況看，隨著灌漿分序的增加，各次序的單位注入量值分布上遵循遞減規(guī)律。灌漿孔中單位注入量≥300kg/m的頻率，Ⅰ序孔占63.7%，Ⅱ序孔占6.3%，說明隨著灌漿次序的增進，地層逐漸被灌注密實，地層的滲透性得到明顯的改變。

從單位注入量均值的對比情況看，隨著灌序的增進，各次序孔的單位注入量呈明顯遞減規(guī)律。Ⅰ序孔的單位注入量為390kg/m，Ⅱ序孔的單位注入量為90.4kg/m，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔遞減76.8%。

4.3 13+780m～13+810m灌漿資料分析

本單元共完成220個基本灌漿孔，5個灌前聲波測試孔，5個灌后聲波孔測試灌漿，3個抬動孔的鉆孔與安裝，22個灌后檢查孔壓水及灌漿、16個淺層封閉灌漿孔。共計完成鉆孔3002m，灌漿504段，灌注水泥417.3kg。單元完成情況統(tǒng)計見表5，各次序孔單位注入量頻率分布見表6。

表5 引(1)13+780m～13+810m試驗單元完成情況統(tǒng)計

表6 引(1)13+780m～13+810m試驗單元各次序孔單位注入量頻率分布區(qū)間統(tǒng)計

從各區(qū)間的單位注入量頻率分布區(qū)間統(tǒng)計情況來看，在注入量為0～100kg/m的分布區(qū)間上，Ⅰ序孔為22.2%，Ⅱ序孔為73.2%，提高率為229.7%；在注入量大于300kg/m的分布區(qū)間上，Ⅰ序孔為48.2%，Ⅱ序孔為1.4%，遞減率為97.1%，說明隨著灌漿次序的增進，地層逐漸被灌注密實，地層的滲透性得到顯著的改變。

從單位注入量均值的對比情況看，隨著灌序的增進，各次序孔的單位注入量呈明顯遞減規(guī)律。Ⅰ序孔的單位注入量為348.7kg/m，Ⅱ序孔的單位注入量為82.0kg/m，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔遞減76.5%。

5 灌漿效果檢查

5.1 灌前壓水檢查

13+750m～13+780m單元Ⅰ序孔大于5Lu的孔段占Ⅰ序孔總數(shù)的84.4%，Ⅱ序孔透水率大于5Lu的占Ⅱ序孔總數(shù)的13.1%。由于Ⅰ序孔的透水率基本反應了原始地層的透水率情況，而Ⅱ序孔透水率是在Ⅰ序孔已灌注完畢的情況下進行的透水率測試，反應出的透水率是地層被改善后的透水率。

13+780m～13+810m單元Ⅰ序孔在5Lu～10Lu的孔段占Ⅰ序孔總數(shù)的42.0%，其次為10Lu～100Lu的孔段占Ⅰ序孔總數(shù)的32%；Ⅱ序孔透水率在1Lu～5Lu的占Ⅱ序孔總數(shù)的74.5%。由此可以看出，環(huán)間分序的施工順序，隨著Ⅰ序孔的灌注，地層逐步被漿液充填密實，異環(huán)間的Ⅰ序孔也逐步向異環(huán)間的Ⅱ序孔滲透，故地層改善效果明顯，Ⅱ序孔的整體透水性較Ⅰ序孔下降，從表7、表8和以上分析可以看出：(1)試區(qū)頻率較高的透水率Ⅰ序孔均集中在5Lu～10Lu區(qū)間，Ⅱ序孔集中在1Lu～5Lu區(qū)間；(2)從頻率集中的區(qū)間來看，隨著孔序的增加灌前透水率有逐漸降低，即低透水率區(qū)間頻率增加，大透水率區(qū)間頻率減??；(3)隨著排序的增加灌前透水率有逐漸降低的趨勢。

表7 13+750m～13+780m試驗單元各序孔透水率區(qū)間段數(shù)和頻率

表8 引(1)13+780m～13+810m試驗單元各序孔透水率區(qū)間段數(shù)和頻率

5.2 灌后檢查孔壓水檢查

檢查孔壓水試驗壓力為灌漿壓力的70%，在壓水試驗壓力下，85%以上試段的透水率不大于3.0Lu，其余試段的透水率值不超過4.5Lu，且分布不集中時為合格。本試區(qū)灌后檢查孔壓水透水率頻率值見表9。

表9 引(1)13+750m～13+810m試驗檢查孔壓水透水率頻率

從檢查孔壓水情況來看,13+750m～13+780m試驗單元共布置16個灌后壓水檢查孔，5個灌后聲波測試孔，壓水檢查孔全部滿足設(shè)計要求，合格率100%；13+780m～13+810m試驗單元共布置22個灌后壓水檢查孔，5個灌后聲波測試孔，壓水檢查孔除JC-21#檢查孔002段壓水第一次不合格外(補灌后為3.75Lu)，其余段全部合格，合格率97.7%。

5.3 部分檢查孔取芯情況

灌后對兩個試驗單元的部分檢查孔進行了鉆探取芯，共對15個檢查孔進行了取芯。其中，引(1)13+750m～13+780m單元有6個檢查孔進行了取芯素描，引(1)13+780m～13+810m單元有9個檢查孔進行了取芯素描，總體灌后檢查孔采取率為89.5%，獲得率83.6%，RQD值67.1%。

5.4 物探測試檢查

灌漿前和灌漿后均進行了聲波測試并進行對比，13+750m～13+780m洞段無蓋重防滲固結(jié)灌漿聲波檢測資料分析，所有檢測孔灌漿檢測質(zhì)量均合格，灌漿后5個檢測孔4.0m～12.0m段縱波波速均大于4500m/s，灌后VP平均值略高于灌前，平均增長率為3.7%。

13+780m～13+810m洞段無蓋重防滲固結(jié)灌漿聲波檢測資料分析，所有檢測孔灌漿檢測質(zhì)量均合格，灌漿后5個檢測孔4.0m～12.0m段縱波波速均大于4500m/s；灌后VP平均值略高于灌前，平均增長率為2.0%。

6 結(jié)語

6.1 采用如試驗中所用的施工工藝、灌漿參數(shù)及鉆灌設(shè)備，可以將固結(jié)灌漿防滲能力提高到透水率滿足設(shè)計技術(shù)標準。防滲固結(jié)能力是穩(wěn)定的，主要技術(shù)參數(shù)是合適的；

6.2 適當加大開灌水灰比，以稀漿來灌注巖層細微裂隙，進一步保障受灌巖體達到設(shè)計防滲標準，在本次防滲固結(jié)灌漿試驗中得到了很好的驗證。灌漿前后透水率改善明顯，后期大規(guī)模施工均采用2∶1開灌，個別孔段調(diào)整至3∶1；

6.3 根據(jù)試驗工程實踐，若采用自上而下分段灌漿，在設(shè)計規(guī)定的穩(wěn)定灌漿壓力(6MPa)下，當注入率不大于1L/min，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿。若采用自下而上分段灌漿，在設(shè)計規(guī)定的穩(wěn)定灌漿壓力下，當注入率不大于1L/min時，灌漿孔深部段繼續(xù)灌注10min，可結(jié)束灌漿?？卓诙?，吸漿量不大于1L/min，繼續(xù)灌注30min，可結(jié)束灌漿，結(jié)束標準能夠滿足技術(shù)要求；

6.4 本次試驗灌漿施工順序采用了兩種方案：(1)按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的順序施工；(2)按環(huán)內(nèi)分兩序、環(huán)間不分序的順序施工。從施工效率來看，環(huán)內(nèi)分兩序的施工順序節(jié)約了鉆機搬遷時間，提高了鉆孔效率。從試驗結(jié)果來看，兩種方案的灌后質(zhì)量均能達到合格標準。鑒于此，在大規(guī)模的灌漿施工中，采用環(huán)內(nèi)分兩序、環(huán)間不分序的方案進行施工，可極大緩解后期施工強度與工期壓力，為錦屏二級水電站首臺機組發(fā)電奠定了堅實基礎(chǔ)。

〔1〕熊 進，祝 紅，董建軍等.長江三峽工程灌漿技術(shù)研究.北京：中國水利水電出版社，2003.

〔2〕孫 釗.大壩基礎(chǔ)灌漿.北京：中國水利水電出版社，2004.

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2095-1809(2015)05-0001-05

漆巨彬(1970-)，男，重慶市江津區(qū)人，高級工程師，主要從事水利水電地基與基礎(chǔ)工程施工技術(shù)管理工作。