某水电站防渗帷幕灌浆工程施工.docx

贵州大花水水电站左岸防渗帷幕灌浆工程施工【摘 要】 贵州大花水水电站防渗帷幕地质条件复杂、岩溶发育，帷幕灌浆施工难度大，帷幕灌浆施工采用粉煤灰水泥浆和孔口封闭法工艺。本文介绍左岸防渗帷幕施工情况和效果。【关键词】 大花水水电站；帷幕灌浆；煤层；泥质岩 1 工程概况大花水水电站位于贵州清水河中游，是一座以发电为主，兼顾防洪及其它效益的综合水利水电枢纽。水库正常蓄水位868.00m，电站装机容量180MW。拦河大坝为抛物线双曲拱坝，坝顶高程873.00m，最大坝高134.50m。大坝坝轴线总长287.56m。坝体大体积混凝土为C20三级配碾压混凝土，坝体上游面采用二级配碾压混凝土防渗。坝址区出露寒武系娄山关群至二叠系地层，岩性由灰岩、硅质岩、砂岩、粉砂岩、泥页岩及其它过渡岩类组成，互层状展布，沉积韵律明显。两岸防渗帷幕分别与P2w3和P1L相对隔水层相接。帷幕线全长931m。防渗帷幕最大深度达200m。两岸分别布置三层灌浆隧洞，高程分别为左岸873m、810m、755m；右岸873m、818 m、755m。坝址区断层以近垂直河流的北西西向N5580W，NE7085及北东东向N6590E，SE7085两组最为发育，沿河此两组小断层呈陡直的“X”型同序次发育，甚为密集，呈棱型网格状分布，间距3070m，综合计算34条/100m。近顺河断层仅见f23、f25两条。以上断层中规模较大且对枢纽建筑物及坝肩抗滑稳定有影响者主要有f1、f2、f3、f4、f23、f25、f29、f30等8条断层。2 左岸防渗帷幕设计大坝帷幕灌浆设计钻孔量为67414m，灌浆水泥用量预计为15667t。其中，左岸中上层帷幕灌浆工程钻孔量为18260m，水泥用量预计为4244t，防渗标准为上层873m灌浆隧洞，透水率q3Lu；中层810m灌浆隧洞，透水率q1Lu。上层隧洞帷幕灌浆，靠近坝肩部位布置两排孔,孔距2.5m，排距1.2m；其它部位布置单排孔，孔距2.5m，中下层灌浆隧洞帷幕灌浆全部布置两排孔,孔距2.5m，排距1.2m,地质缺陷部位视地质情况增加12排灌浆孔。帷幕采取分层垂直搭接和搭接固结灌浆相结合的形式，见图1、图2。3 主要施工方法 图1 左岸中上层灌浆隧洞帷幕灌浆平面孔位布置图 图2 左岸中上层灌浆隧洞帷幕灌浆孔剖面图3.1 钻孔灌浆孔开孔直径91mm，终孔直径不小于56mm。为进一步查明帷幕线上岩溶发育及地质构造情况，在810m、873m灌浆隧洞分别布置数个物探孔，分别进行分段取芯、压水试验，并进行物探CT测试。3.2 灌浆帷幕灌浆施工采用孔口封闭灌浆法，各段段长划分及灌浆压力见表1。表1 各部位钻孔分段及灌浆压力表分 段第一段第二段第三段第四段及以下各段段 长 (m)2345873灌浆隧洞（MPa）0.51.02.54.0810灌浆隧洞（MPa）0.51.02.55.0(2.5)洞内帷幕仰孔（MPa）1.01.52.03.0洞内坝肩帷幕（MPa）洞内搭接帷幕（MPa）1.5MPa，全孔一次灌注灌浆按分序加密的原则进行，双排帷幕先灌下游排，后灌上游排；同排分3序。灌浆过程采用LJ-III型自动记录仪进行数据采集、计量。在灌前根据要求埋设抬动变位观测仪器，各部位标准为：岩体抬动变位应小于2mm，上层灌浆隧洞施工时下层隧洞衬砌混凝土变位应小于1mm，坝基及坝肩的混凝土变位应小于1mm。灌浆试验时测得在最大灌浆压力为5MPa时，隧洞衬砌混凝土及岩体抬动变位范围在120m17m之间。33 特殊情况处理3.3.1 断层及溶洞处理（1） 灌浆隧洞在开挖过程中，对于所遇到的溶洞、断层及不良地质段，根据具体情况，逐个提出开挖范围、临时支护形式及回填混凝土的范围；大型溶洞作专门处理设计，先回填混凝土，尽量填满，因施工超挖的洞段也必须回填混凝土，然后再灌浆。灌浆施工前应将帷幕线上可见的溶洞、溶隙、断层等渗漏通道全部封堵；（2） 灌浆施工过程中遇岩溶管道时，采用大口径回填高流态混凝土、投入碎石后再采用灌注水泥砂浆、混合浆液等措施，待凝后，扫孔，再进行高压灌浆。大耗灰量灌浆难于结束时，采用下列处理措施：低压、浓浆、限量、限流、间歇灌浆，浆液中掺加速凝剂。3.3.2 特殊岩层施工方法（1）873m上层灌浆隧洞在开挖及灌浆施工时，均遇有软弱黄泥夹层。对于开挖时揭露的黄泥夹层采用高压水枪彻底清除干净，然后布设抗抬锚杆、回填混凝土；在灌浆孔钻孔时发现的黄泥夹层按照同序、同深度灌浆孔、同步升压、逐步加密的原则进行灌浆，通过高压力把黄泥挤压出地表，从而达到水泥浆液完全充填、提高防渗能力的目的。（2）810m中层灌浆隧洞在前期灌浆孔钻孔施工时，发现大面积煤层、泥质岩，遂采用套管护壁和跟管钻进工艺相结合进行钻孔施工，灌浆时为提高可灌性、保证灌浆质量则使用纯水泥浆液进行灌注。导流洞区域帷幕灌浆施工在导流洞封堵及水库蓄水以后进行，左右岸帷幕已初步形成，余下导流洞区域唯一渗漏通道，幕后排水亦未形成，这就增加了该区域的施工难度，造成各灌浆段反复待凝、扫孔、复灌，该部位15个灌浆孔上半部455m进尺平均单位注入量竟高达7143.8Kg/m；经过灌浆资料分析，发现煤层、泥质岩所承受压力临界值为2.53.0MPa且“吃浆不吃水”，后进行设计变更，最大灌浆压力由原设计的5.0MPa降低到2.5MPa，使下半部平均单耗下降至203.8 Kg/m，最终顺利完成，施工结束经过资料分析和质量检查，满足设计要求。4 帷幕灌浆试验灌浆施工前进行了生产性灌浆试验。通过对防渗帷幕线上的地质条件分析，确定左岸试验段为：上层873m灌浆隧洞0+217.250+227.75m之间。试验孔位具体布置可见图1。4.1 浆液试验本工程采用贵州水泥厂生产的乌江牌42.5普硅水泥、安顺发电厂生产的II级粉煤灰和贵阳绿洲苑建材有限公司生产的木钙缓凝剂，技术性能均满足设计要求。进行了纯水泥浆液、水泥浆掺加外加剂、水泥粉煤灰浆、水泥粉煤灰浆掺加外加剂不同水灰比的粘结力、塑性粘度、抗渗、抗拉、弹性模量、失水率、凝结时间等项目的测试。测试的浆液配比为纯水泥21、11、0.81、0.61、0.51五级，粉煤灰水泥浆0.81、0.61、0.51三级，粉煤灰掺量为水泥重量的30%、70%、100%，外加剂掺量为水泥重量的0、0.15%、0.2%、0.25%。通过钻孔取芯、前期洞挖及物探孔揭露的地质情况反映，左岸873隧洞地质缺陷较多，裂隙、夹泥层、小型溶洞分布普遍。对于这种可灌性较好的地层采用粉煤灰浆液灌浆比采用纯水泥浆液灌注有以下几项优势：材料节约30左右，工艺相对简化，比级少、减少变浆环节以相对缩短灌注时间，粉煤灰的物理特性使其更有利于较大裂隙的灌注。因此，最终确定本工程帷幕灌浆的浆液配合比见表2。表2 帷幕灌浆浆液配比表水胶比100L浆液的材料用量（Kg）浆液密度（g/cm3）水水泥粉煤灰(30%)木钙(0.25%)0.5:152.3473.2531.420.261.5730.6:156.4465.8228.240.241.5070.8:161.6553.9323.140.191.389注：该浆液配合比中粉煤灰掺量为胶凝材料总量的30%。4.2 灌浆试验成果灌浆试验共计8个试验孔，钻孔进尺540m，灌浆进尺536.8m，灌注干灰864.267t，最大单位注入量25630.3kg/m，平均单位注入量1610.0kg/m；分序统计成果见表3。表3 灌浆试验主要成果表排序孔序孔号钻孔进尺(m)灌浆进尺(m)注灰量(kg)单位注入量(kg/m)平均透水率(Lu)水 泥粉煤灰下游排M167.567.1187382.056212.23630.334.53 M467.567.1372115.2111778.07211.5101.91 M267.567.122802.06839.8441.812.31M567.567.145025.013506.7872.319.13M367.567.120877.06262.4404.55.53 合 计337.5335.5648201.2194599.12512.1-上游排M767.567.110015.03003.8194.04.40 M867.567.14605.01380.689.23.00 M667.567.11895.0567.636.72.52 合 计202.5201.316515.04952.0106.6-总 计540.0536.8664716.2199551.11610.0-灌浆试验完工14d后，布置3个检查孔进行压水试验，试验压力为1.0MPa，各段透水率均满足设计要求。钻孔采用91mm双层岩芯管取芯，岩芯获得率92%，在地质软弱带取出大量填充密实、胶结良好的水泥结石。5 帷幕灌浆施工成果5.1 主要施工成果左岸中上层帷幕灌浆工程2006年8月2日开始，至2008年5月30日810m灌浆隧洞导流洞上部帷幕灌浆检查孔施工全部结束，总历时22个月，期间因导流洞封堵、设计变更、冻雨、材料短缺、施工干扰等原因累计停工8个月；总计完成钻孔进尺19033m、灌浆进尺18117m，具体灌浆成果详见表4。5.2 施工成果分析 从表中可以看出，本工程总计注入水泥21940t、粉煤灰7638t，平均单耗达到1632.6Kg/m。各部位单位注入量和各次序孔灌前透水率递减规律良好，如高程810m灌浆隧洞下游排、次序孔，上游排、次序孔平均单位注入量分别为3217.73Kg/m、1723.84 Kg/m、821.42 Kg/m、848.41 Kg/m、735.73 Kg/m、253.48 Kg/m；平均透水率分别为25.82Lu、13.38 Lu、5.58 Lu、5.06 Lu、4.04 Lu、2.47 Lu。其他部位情况相似。其中，中层高程810m灌浆隧洞大耗灰量孔段主要集中在封堵以后的导流洞上半部，耗灰量占总量的36.7%，但其进尺仅占5.5%。高程810m灌浆隧洞仰孔帷幕平均单位注入量229.4Kg/m；相比之下远低于中上层帷幕底孔单位注入量，主要原因在于灌浆压力较低（3MPa）、混凝土盖重较厚（33.558m）。上层873m灌浆隧洞有8个孔单耗达到10t以上，主要集中在黄泥夹层及坝肩接触部位（没有进行接触灌浆），注灰量占到873m灌浆隧洞总量的36.5,但其进尺仅占5.5%。5.3 灌浆质量检查帷幕灌浆的质量检查以分析压水试验成果为主，结合灌浆资料、钻孔取芯等综合评定；检查孔数为灌浆孔数的10%，在该部位灌浆结束14d后进行，压水试验采用单点法，试验压力为：810m灌浆隧洞P=2.0MPa，810m帷幕仰孔、873m灌浆隧洞P=1.0MPa。所有检查孔透水率均满足设计防渗标准要求。各部位岩芯采取率平均达到90%以上，多数检查孔均取出填充密实、胶结良好的水泥结石，在大单耗部位灌浆施工时，、序孔就可以取出水泥结石，但填充不饱满。表4 大花水电站左岸帷幕灌浆主要成果表施工部位排序孔序孔数钻孔进尺(m)灌浆进尺(m)注入灰量(kg)单位注入量(kg/m)平均透水率（Lu）水泥粉煤灰810m灌浆隧洞下游排181100.48 1030.38 2707624.56 607856.34 3217.73 25.82 181089.67 1015.27 1403245.21 346921.20 1723.84 13.38 352119.31 1979.81 1368349.10 257897.00 821.42 5.58 小计714309.46 4025.46 5479218.87 1212674.54 1662.39 - 上游排181076.63 1008.83 760623.80 95279.30 848.41 5.06 181072.82 998.42 672075.50 62492.00 735.73 4.043352085.60 1948.90 418004.00 76007.20 253.48 2.47 小计714235.05 3956.15 1850703.30 233778.50 526.90 - 合 计1428544.51 7981.61 7329922.17 1446453.04 1099.57 -810m隧洞帷幕仰孔下游排247.20 46.20 16130.00 6934.80 499.24 21.52 232.10 31.10 5911.00 2540.80 271.76 4.91 464.10 62.10 9249.00 3975.40 212.95 4.44 小计8143.40 139.40 31290.00 13451.00 320.95 - 上游排352.10 50.60 7766.00 3338.00 219.45 2.70 237.20 36.20 4178.00 1795.80 165.02 2.53 474.40 72.40 4670.00 2006.60 92.22 2.08 小计9163.70 159.20 16614.00 7140.40 149.21 - 合 计17307.10 298.60 47904.00 20591.40 229.39 -873m灌浆隧洞单排181406.01 1398.81 3706868.51 1593499.19 3789.20 24.63 171316.11 1309.31 819930.00 352548.00 895.49 9.26 352718.92 2704.92 1744453.65 744943.18 920.32 3.34 小计705441.04 5413.04 6271252.16 2690990.37 1655.68 - 下游排9609.10 578.40 4174412.30 1745574.30 10235.11 52.32 10677.00 632.80 2886911.05 1210808.96 6475.54