金平水電站氣墊式調(diào)壓室無(wú)蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究

李俊峰

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

金平水電站氣墊式調(diào)壓室無(wú)蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)研究

李俊峰

（中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，天津 300222）

金平水電站氣墊式調(diào)壓室為布置在灰?guī)r及白云巖、小規(guī)模斷層及節(jié)理裂隙帶的地下洞室，在施工前通過(guò)無(wú)蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證洞室圍巖加固效果與固結(jié)灌漿施工的可行性。文章著重闡述通過(guò)試驗(yàn)確定灌漿工藝、灌漿壓力以及合理的施工程序，并介紹圍巖抬動(dòng)觀測(cè)情況，為該類洞段灌漿設(shè)計(jì)和施工提供依據(jù)。

氣墊式；調(diào)壓室；無(wú)蓋重；固結(jié)灌漿；試驗(yàn)；水電站

1 工程概況

金平水電站氣墊式調(diào)壓室開(kāi)挖斷面為城門(mén)洞型，尺寸為74.4m×11.4m×16.25m（長(zhǎng)×寬×高），開(kāi)挖底板高程2634.200～2633.460，底板縱坡1%。工程部位均為泥盆系中統(tǒng)下段灰白～灰色厚層含生物屑粉、細(xì)晶灰?guī)r、含生物骨屑結(jié)晶灰?guī)r、白云石化結(jié)晶灰?guī)r，巖體微新，巖層走向與洞軸線交角較小，無(wú)區(qū)域性大斷裂通過(guò)，主要地質(zhì)構(gòu)造為小規(guī)模斷層及節(jié)理裂隙帶。圍巖分類以Ⅲ類為主，小規(guī)模斷層及節(jié)理裂隙密集帶圍巖屬Ⅳ類。

2 無(wú)蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)?zāi)康?/p>

本試驗(yàn)?zāi)康娜缦拢孩俅_定灌漿工藝、方法、壓力、裂隙沖洗、測(cè)試巖體透水率。采用有效、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理的灌漿方法；②灌漿試驗(yàn)可推薦合理的施工程序、良好的灌漿施工工藝、合宜的灌漿材料、灌漿設(shè)備、鉆孔設(shè)備等；③在無(wú)蓋重高壓灌漿的情況下，觀察巖石抬動(dòng)情況，為制訂安全防護(hù)措施提供依據(jù)。

2.2 試驗(yàn)準(zhǔn)備

（1）試驗(yàn)地點(diǎn)選擇：①本試驗(yàn)選擇調(diào)壓室交通洞一段10m距離的頂拱范圍內(nèi)作為灌漿試驗(yàn)區(qū)（樁號(hào)氣J0+343.57～氣J0+352.57）；②試驗(yàn)孔布置：根據(jù)氣墊式調(diào)壓室布孔原則和分序加密的原則進(jìn)行布置；試驗(yàn)孔布置4排，每排布置3孔，合計(jì)共12孔；③試驗(yàn)檢查孔設(shè)置：布置3孔。氣墊式調(diào)壓室固結(jié)試驗(yàn)孔位布置（見(jiàn)圖1）。

圖1 氣墊式調(diào)壓室固結(jié)試驗(yàn)孔位布置圖

圖中TGS-a-b-c為：TGS表示調(diào)壓室固結(jié)試驗(yàn)灌漿；a表示排號(hào)；b表示孔號(hào)；c表示孔序號(hào)。

（2）灌漿壓力的確定。本試驗(yàn)采用灌漿壓力以回漿管壓力表讀數(shù)為準(zhǔn)，壓力表讀數(shù)以中值為準(zhǔn)，壓力表指針擺動(dòng)范圍小于灌漿壓力的20%，擺動(dòng)幅度應(yīng)做記錄。灌漿自動(dòng)記錄儀應(yīng)記錄間隔時(shí)段內(nèi)灌漿壓力的平均值和最大值。

（3）灌漿材料選擇。試驗(yàn)灌漿水泥采用普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，水泥品質(zhì)符合GB175-2007的要求。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥進(jìn)行無(wú)蓋重固結(jié)灌漿達(dá)不到設(shè)計(jì)要求的，進(jìn)行了第二次試驗(yàn)，第二次試驗(yàn)采用干磨或濕磨細(xì)水泥以及超細(xì)水泥，其結(jié)果符合設(shè)計(jì)要求。

（4）灌漿設(shè)備機(jī)具配置。本試驗(yàn)灌漿施工設(shè)備及機(jī)具配置：SNS-130/20高壓注漿泵、JJS-2B雙層儲(chǔ)漿攪拌桶、中大華瑞灌漿自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、量程6MPa～10MPa壓力表、高壓鋼絲編織灌漿管、高壓耐蝕閥門(mén)、灌漿膨脹模袋、密度計(jì)、婆梅氏比重計(jì)、溫度計(jì)等。高壓注漿泵性能參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 高壓注漿泵性能參數(shù)

2.3 試驗(yàn)方法

（1）固結(jié)試驗(yàn)灌漿施工工藝。本試驗(yàn)段氣墊式調(diào)壓室固結(jié)試驗(yàn)灌漿施工工藝（見(jiàn)圖2）。

（2）試驗(yàn)孔鉆孔。在鉆孔時(shí)對(duì)鉆孔過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的各種情況如涌水、失水、塌孔、掉塊、卡鉆、斷裂構(gòu)造、巖性變化等作了詳細(xì)記錄，并反映在鉆孔綜合成果表中，作為分析灌漿質(zhì)量的基本資料。

（3）鉆孔孔徑。本試驗(yàn)普通灌漿孔采用沖擊器鉆進(jìn)，孔徑均為Φ75。本試驗(yàn)檢查孔采用金剛石回旋鉆進(jìn)并取芯，孔徑均為Φ75。

（4）鉆孔段長(zhǎng)。固結(jié)灌漿鉆孔分段長(zhǎng)度采用自下而上分段，具體為：固結(jié)試驗(yàn)灌漿孔深15m，鉆孔分為三段，第一段為2～5m（孔口2m不灌作為蓋重層），第二段為5～10m，第三段為10～15m。

2.4 鉆孔沖洗及壓水試驗(yàn)

（1）鉆孔沖洗。鉆孔沖洗注意事項(xiàng)：①灌漿孔當(dāng)前段次鉆孔結(jié)束后，用壓力水進(jìn)行全孔一次性沖洗，沖洗時(shí)間至回水清靜后10min為止，孔內(nèi)殘留巖心或沉淀厚度不宜超過(guò)20cm。沖洗壓力為灌漿壓力的80%，當(dāng)其值大于1MPa時(shí)采用1MPa；②在遇巖溶、斷層、大裂隙等地質(zhì)條件較復(fù)雜的區(qū)域，其灌漿孔的裂隙沖洗采用脈動(dòng)沖洗；③灌漿孔（段）裂隙沖洗后，立即對(duì)該孔（段）應(yīng)進(jìn)行連續(xù)灌漿作業(yè)，因故中斷時(shí)間間隔超過(guò)24h的，

在灌漿前重新進(jìn)行裂隙沖洗。

圖2 氣墊式調(diào)壓室固結(jié)試驗(yàn)灌漿施工工藝圖

（2）壓水試驗(yàn)，各孔、段灌漿前均要求做壓水試驗(yàn)。壓水是用一定的壓力向一段無(wú)護(hù)壁的鉆孔內(nèi)壓水，記錄單位時(shí)間內(nèi)的漏水量，從而得出這段巖層原位透水性的一種方法，是測(cè)定巖石滲透性最常用的一種滲透方法。通過(guò)壓水，了解巖石的滲透性，為確定開(kāi)灌水灰比提供依據(jù)；對(duì)比灌前、灌后巖石透水性變化情況，為灌漿效果檢查評(píng)比提供依據(jù)。

固結(jié)灌漿孔灌漿前的壓水試驗(yàn)應(yīng)在鉆孔沖洗后進(jìn)行，壓水試驗(yàn)采用單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)進(jìn)行。單點(diǎn)法壓水試驗(yàn)按DL/T5148-2012《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》執(zhí)行。灌前的壓水試驗(yàn)全按單點(diǎn)法壓水方式進(jìn)行，壓水壓力為灌漿壓力的80%，壓水25min，每5min測(cè)讀一次壓入流量，取最終值作為計(jì)算巖體透水率q值的計(jì)算值。

2.5 灌漿

本試驗(yàn)段固結(jié)灌漿孔采用高壓膨脹栓塞進(jìn)行“孔內(nèi)阻塞、自上而下分段”法灌注。固結(jié)灌漿壓力一般情況下應(yīng)采用一次升壓法控制灌漿壓力，灌漿時(shí)應(yīng)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力值，高壓固結(jié)灌漿過(guò)程中，灌漿壓力和注入率必須相適應(yīng)，當(dāng)灌漿壓力大于4MPa時(shí)，注入率應(yīng)小于10L/min。

3 試驗(yàn)區(qū)抬動(dòng)變形觀測(cè)

3.1 抬動(dòng)變形觀測(cè)的目的

合理地應(yīng)用高灌漿壓力是保證和提高灌漿效果的重要手段。但過(guò)高的灌漿壓力會(huì)導(dǎo)致地表的抬動(dòng)變形，當(dāng)這種變形超過(guò)限值時(shí)，會(huì)導(dǎo)致巖石開(kāi)裂，影響灌漿效果和造成漿液的浪費(fèi)。為了觀測(cè)在壓水、灌漿過(guò)程中可能引起的巖體變形，在試驗(yàn)區(qū)區(qū)域內(nèi)布置抬動(dòng)觀測(cè)孔，其監(jiān)測(cè)的目的是為了確定在基巖抬動(dòng)變形允許值范圍內(nèi)各灌漿段最大允許灌漿壓力，以指導(dǎo)灌漿施工。

3.2 抬動(dòng)觀測(cè)裝置安裝

抬動(dòng)觀測(cè)孔孔深均為12m，抬動(dòng)觀測(cè)裝置在灌漿施工前安裝完畢，在試區(qū)指定位置安設(shè)抬動(dòng)觀測(cè)裝置，監(jiān)測(cè)基巖的垂直抬動(dòng)。抬動(dòng)觀測(cè)孔鉆孔孔徑為Φ75mm，一徑到底。鉆完后安設(shè)抬動(dòng)觀測(cè)裝置。

3.3 抬動(dòng)變形觀測(cè)

抬動(dòng)變形觀測(cè)時(shí)，需注意以下事項(xiàng)：①抬動(dòng)變形允許值按設(shè)計(jì)要求執(zhí)行，初擬小于100μm（0.1mm）；②抬動(dòng)變形采用自動(dòng)抬動(dòng)觀測(cè)儀器并具備自動(dòng)報(bào)警功能。當(dāng)壓水、灌漿的壓力增大時(shí)，千分表指針指示數(shù)值將發(fā)生變化；當(dāng)某一壓力基本穩(wěn)定后，千分表上指示的終值減去初始值即為該壓力下基巖的抬動(dòng)值；③抬動(dòng)變形觀測(cè)派專人進(jìn)行觀測(cè)記錄，在裂隙沖洗、壓水及灌漿等作業(yè)過(guò)程中，當(dāng)變形值接近變形允許值或變形值上升速度較快時(shí)，及時(shí)報(bào)告各工序操作人員采取降低壓力措施，防止發(fā)生抬動(dòng)破壞。在施工中發(fā)現(xiàn)超過(guò)規(guī)定的允許值，及時(shí)采取降低灌漿壓力、降低注漿率等措施；④抬動(dòng)變形觀測(cè)過(guò)程中，嚴(yán)格防止碰撞，保證能在正常工作狀態(tài)下進(jìn)行觀測(cè)，確保測(cè)試精度；⑤灌漿工作結(jié)束后，抬動(dòng)觀測(cè)孔進(jìn)行封孔處理。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)金平水電站氣墊式調(diào)壓室無(wú)蓋重固結(jié)灌漿試驗(yàn)成果和變形觀測(cè)成果的分析和評(píng)價(jià)，證明了灌漿所采用的材料、灌漿壓力、設(shè)備機(jī)具的選擇以及灌漿工藝參數(shù)、灌漿方法是合理的，所采用的采用高壓膨脹栓塞進(jìn)行“孔內(nèi)阻塞、自上而下分段”法灌注，灌注效果明顯，極大地改善因開(kāi)挖卸荷和爆破擾動(dòng)造成的巖體松動(dòng)影響，試驗(yàn)區(qū)域完全能夠滿足設(shè)計(jì)要求，這為整個(gè)氣墊式調(diào)壓室以及今后類似地下洞室的施工和提供了充分的依據(jù)。

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[2]彭愛(ài)華,傅建.無(wú)蓋重固結(jié)灌漿在構(gòu)皮灘水電站工程中的應(yīng)用[J].貴州水利發(fā)電,2009,(5).

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[4]熊德全,王昆高壓灌漿抬動(dòng)檢測(cè)技術(shù)研究[J].云南水利發(fā)電,2010,(44).

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