华东琅琊山抽水蓄能电站落水洞及溶洞等特殊地质问题处理施工方法.doc

华东琅琊山抽水蓄能电站落水洞及溶洞等特殊地质问题处理施工方法工程科技?255?华东琅琊山抽水蓄能电站落水洞及溶洞等特殊地质问题处理施工方法郭文杰(中国水利水电第五工程局第一分局,四川成都610066)摘要:琅琊山抽水蓄能电站上水库库区岩溶特别发育,是库水外渗的主要通道,且渗漏量较大.落水洞及溶洞等特殊地质条件处理效果是库区防渗工作成败的关键.关键词:落水洞及溶洞;处理;施工方法;琅琊山抽水蓄能电站1工程概况琅琊山抽水蓄能电站位于安徽省滁州市西南郊,距离市区约3km.距合肥市公路里程125km,距南京市公路里程56km.电站总装机容量600MW,装机4台,单机容量150MW.电站枢纽主要由上水库,水道系统,地下厂房系统及地面开关站工程等组成,工程等级为二等.电站建成后接人安徽省电网,在系统中担负调峰填谷,调频调相和紧急事故备用等任务.工程总工期为5年.电站枢纽以已建的滁州城西水库为下水库,新建E水库,输水系统,地下厂房系统及地面开关站等工程.匕水库最低分水岭垭口分别修建主,副坝各一座.主坝为钢筋混凝土面板堆石坝,副坝采用混凝土重力坝.库区防渗方案采用以垂直帷幕灌浆防渗为主,水平粘土铺盖为辅,结合溶洞掏挖回填混凝土或做混凝土防渗墙的综合处理措施.2地质条件琅琊山抽水蓄能电站上水库出露的地层以上寒武统琅琊山组(,Ln),车水桶组(,c)为主,而副坝龙华寺分水岭一线主要为车水桶组中段(C:)的厚层致密块状灰岩,其属于易溶岩,地表及地下岩溶发育较为强烈,地表多形成低矮平缓的分水岭地形及溶坑,落水洞等,地下则形成溶洞.前期已揭露和发现的溶坑,溶斗,落水洞共计23个及溶洞共计14个.而后期施工过程中在施工现场揭示的最新资料统计,落水洞,溶洞揭露的总数量已经达到100余个,主要分布在副坝区及副坝坝前的铺盖区,坝轴线上游侧主要有SK:,SK,s和LK一LK:等溶洞及落水洞,坝轴线下游俱自sSK等多个溶洞,洞口高程多集中在150160m.落水洞,溶洞在高程约120m以下一般为土石等混合物充填,少量见有水体.在副坝轴线上,岩溶发育具有明显的分带特征:85120m高程以上的饱气带和地下水位变动带为岩溶强烈发育带,在地表分布有大小溶洞,溶坑和落水洞等数十个,地下岩溶多为顺层面发育的溶隙或溶蚀空腔,其岩溶的主要发育方向为NE向,即沿层间错动带方向发育,多形成垂直型的溶洞,受NW,NWW向断层影响,溶洞局部沿其发育,并以水平型为主.在地下水位凹槽处6085m高程范围为中等强度溶蚀带.60m高程以下岩溶发育睛况相对减弱,属于弱溶蚀带.3处理原则根据副坝区地形地质条件及岩溶发育特征,为提高坝基帷幕防渗效果,防止产生岩溶塌陷和提高地基的抗滑稳定性,需要对所揭露的岩溶孔洞进行封堵处理,其封堵处理原贝为:3.1首先应探明落水洞及溶洞等岩溶形态的规模,发育特征,充填睛况,有无地下水,以及与周围溶洞,溶隙等岩溶形态的连通状态;3.2在达到处理目的的基础上,应进行多种处理方案的比较沦证,从中选择最优的封堵方法,并力求技术上先进,方法上可行,经济上合理;33封堵工程应尽可能进行彻底,并与副坝坝体,库底铺盖等其它建筑物和防渗体形成个整体,处于完整的封闭状态;34封堵体应置于基岩比较完整,稳定,周围无大的岩溶通道,其厚度和强度能防止漏水和抵御库水压力;3.5在满足设计和监理要求的基础上,封堵工程施工要精细;3.6封堵处理的材料不但要具有耐久I生,还要因地制宜,尽量选用当地材料.4施工程序根据各个落水洞及溶洞揭露的情况,处理时采用预埋通气管,回填灌浆管,接地扁铁等方法保证落水洞及溶洞封堵质量,也有一部分小溶洞直接进行混凝土回填处理而不需要埋设预埋件的处理晴况.施工程序详见框图1.(图1溶洞处理施工程序框图图272#溶洞,SK4落水洞处理典型断面图5施工方法上水库副坝区及副坝坝前铺盖区的车水桶组中段(Cz)的厚层致密块状灰岩溶蚀较为强烈,发育的溶洞,落水洞等是库水外渗的主要通道,目渗漏量较大.溶坑,溶斗,落水洞及溶洞等特殊地质问题的处理效果是库区防渗工作成败的关键.根据落水洞和溶洞不同的发育情况,采取相应有效堵漏措施,是解决渗漏的关键.下面就需要埋设排气管的溶洞,落水洞施工方法加以介绍.5.1对已揭露的落水洞及溶洞等特殊地质问题处理施工方法在处理之前首先探明落水洞及溶洞的规模,发育特征,充填情况以及与周围溶洞,溶隙等岩溶形态的连通状态.对于已揭露的落水洞及溶洞等岩溶形态,采用了目测,实地勘测,溶洞追踪,以及钻孔取芯,开挖探洞等方式进行了调查.岩溶形态的连通陛通过观察烟,水的进出情况及水流的冲刷痕迹进行了判断.在探明各种岩溶形态的特征后进行清理,局部深挖,封堵,回填等处理工作.对于落水洞和溶洞先清理到基岩,同时将松动,风化的围岩凿,撬后进行回填混凝土封堵施工;对深度较大的落水洞及溶洞,其底部回填块石,碎石后再进行回填混凝土封堵施工.上述封堵混凝土的厚度和强度不但要能防止漏水,而且还要抵御库水压力的要求.清理上述岩溶形态内的充填物时,视其规模及深度采用了人工,机械,钻爆扩槽,高压风水联合冲洗等方式.落水洞及溶洞处理典型断面图详见图2(72#溶洞,SK4落水洞处理图).5.1.1土石方开挖各种岩溶形态(包括地表和地下灌浆洞揭示的)内充填物的开挖,在主体防渗帷幕,地表粘土铺盖及灌浆洞衬砌形成以前进行施工.首先根据设计图纸的要求及地贡测绘和勘测结果,现场采用目测,实地勘测,溶洞追踪的方法进行测量,摸清要处理岩溶形态的大小和规模,以及溶洞,落水洞的深度和其之间的连通性.位于地表的大,中型落水洞及溶洞,其土方开挖采用液压反铲,配15t自卸车装运,石方开挖采用手风钻解小后,用液压反铲,配15t自卸车装运.深度较大且不利于机械开挖的小型落水洞及溶洞,由于受形状,深度和所处位置的限制,以人工开挖为主,洞口设置三角架,提篮运输至地表,采用镐凿,撬挖,钢钎,锤夯,风镐等开挖工具,开挖出的弃渣先进行堆存后集中清理.灌浆洞内洞顶以上的?256?工程科技溶洞以小型机械和工橇挖为主,其清理高度以达到设计支护的要求为然后再进行主洞混凝土浇筑.支洞混凝土塞填充堵段长度大于3m,采用标准,开挖出的弃渣配手推车或小型机动车清理.5.1.2洞口岩壁处理洞口岩壁采用钢钎撬挖的方式清除洞口四壁的风化岩块,撬除洞口松动,破碎,裂损岩体,并按照设计图纸要求,采用手风钻将洞口钻爆扩槽修整成1:1的正坡,壁面进行凿毛处理.5.1_3石渣回填根据要处理的岩溶形态的大小,规模,对需要埋设通气管的溶洞及落水洞,为防止封堵混凝土浇筑时通气管的堵塞,采用石渣进行底部回填,回填厚度35m,在石渣以上,回填12m厚中细砂做好反滤.通气管在石渣料回填到一定厚度后开始安装,然后再将石渣料回填至设计高程.凹填石渣料采用新鲜石质,级配良好,最大粒径为80ram,小于5mm泵送高流态级配混凝士进行浇筑.各支洞封堵完毕后把各支洞的排气管接到主洞浇筑顶高程以上,然后进行主洞混凝土的浇筑.为保证施丁二安全以及混凝土稳定,根据需要在溶液洞周边布设锚杆,锚杆设置的根数,位置和人岩方向在现场指定.5.1.7回填,固结灌浆处理对库水渗漏有较大影响的溶洞和落水洞,在混凝土浇筑前埋设溶洞回填灌浆管,对溶洞下部或深音I5I司体进行回填灌浆.溶洞封堵过程中,如发现混凝土周围岩体比较破碎,沿混凝土塞周围容易产生绕渗问题,则在混凝土塞周围岩体内布置固结灌浆孔进行固结灌浆处理.根据不同溶洞和落水洞洞体,溶蚀宽缝的分布情况,预埋回填灌浆管的埋设位置,数量,方向及深度,由参建各方现场确定回填灌浆管应尽量插人回填洞体颗粒含量不大于20%,小于0.1ram颗粒含量不大于5%,不均匀系数cu或溶蚀宽缝的底部.回填灌浆要求在封堵混凝土强度达到70%以后方可大于l0.石渣料基本采用自卸车运到洞口,洞径较大时,可用汽车直接实施.最大回填灌浆压力(平均值,下同)采用1Mpa,并根据回填灌浆施放料进行回填,每次卸料不宜太多,人工分层平整,采用小型夯机(蛙式e工时主坝趾板基础,副坝坝基和岩石的抬动隋况,灌浆洞衬砌变形等实夯实机)进行夯实.洞径较小时采用,工进行薄层回填,无法采用机械设际隋况作适当调整.对预埋有回填灌浆管的溶洞进行回填灌浆,要求先备压实的部位,采用人工薄层铺填不同级配的石渣料,人工夯实.灌浆配合比1:1:n泥砂:水)的水泥砂浆或高流态混凝土,砂浆泵压力5.】.4反滤料回填为1Mpa;%较大的空洞填满后,再用0.5:1的水泥浆液灌至结束.溶洞固石渣料回填完成后,在石渣料顶部布置两层反滤料,每层厚25cm.结灌浆压力采用1_5倍该处的作用水头,但最小不得低于05Mpa大不与混凝土塞接触层为第一层,最大粒径小于5mm,采用中粗砂填筑.与得高于1Mpa.固结灌浆水灰比为2:1,1:1,0.8:1,0.5:1四个比级,浆液应回填石渣料接触层为第二层,采用人工掺配料填筑,要求石质为弱风化,由稀至浓逐级变换.防渗帷幕线上截水墙的回填灌浆结束条件为:达到级配良好,最大粒径为40ram,小于5ram颗粒含量40%50%,小于最大设计压力下,当注入率不大于1L/min后,继续灌注60min,可结束0.1mm颗粒含量不大于5%,填筑压实后的孔隙率不大于25%,干密度不灌浆.固结灌浆和其它部位溶洞的回填灌浆结束条件为:达到最大设计小于2.03g/cm3.反滤料由15t自卸车运到施工现场,采用人工回填,每层压力下,当注入率不大于1L/min后,继续灌注30min,可结束灌浆.铺填的厚度按25cm设计要求进行,填筑后采用蛙式打夯机夯实.5.2未揭露的溶洞,溶隙等特殊地质问题处理施工方法5.15排气管安装在坝基,铺盖区,灌浆洞开挖施工过程中,已揭露了一部分溶洞,溶在溶洞和落水洞内的通气支管采用直径100mm,壁厚不小于隙,仍有一些深埋地下的溶洞,溶隙没有被揭露,查明这些溶洞,溶隙的5mm的钢管,在溶洞和落水洞洞外的通气主管采用直径200mm,壁厚位置和规模,其众多勘探手段中较好的方法是利用灌浆之前先导孔,对不小于5mm的钢管.在回填石渣时,首先将通气支管管底进行了预埋,于先导孔除要求取芯及进行压水试验工作外,还特别注意钻进过程记伸入溶洞底部回填石渣内约1.Sm2m,每次安装高度均在3.5m5m,录,进行物探cT测试.做到在灌浆之前充分,详细了解前期的勘探资料以保证混凝土浇筑完成后管顶高于混凝土面3050cm.同时,在昆凝土及地质报告,并结合先导孑L取得的资料,初步确定溶洞,溶隙的位置,并浇筑过程中,为防止上部落物或混凝土进入将通气管堵死,底部用无纺首先进行钻灌施工.根据钻进过程中的返水大小及颜色,有无掉钻现象,布包裹过渡料防护,顶部采用塑料布进行保护.通气钢管的接头采用焊钻进速度等,灌浆过程中的压力,流量变化等,确定是否存在溶洞并及时接接头,由于溶洞和落水洞的不规则性,安装难度很大,特别是深度较大进行相应的处理措施.下面就以主副坝问x一97孑L为例说明处理施工方的溶洞和落水洞,施工时只能提前将钢管分割成小段,在溶洞和落水洞法.在主坝副坝帷幕灌浆x一97孑L施工过程中,钻进至165m发生掉内进行焊接.为检查焊接质量,对焊缝在0.5Mpa水压力作用下进行检钻,至24m遇下部岩石.经孑L内电视资料及钻孔资料分析,初步判断为查,存不发生渗漏时认为合格,然后方可进行混凝土回填施工.由于通气一溶洞.根据参见单位现场决定,用混凝土填筑后再进行灌浆处理.施工钢管长期位于水位以下,安装之前内,外壁进行防锈,防腐处理,内壁采方法为:在原x一97孔上,下游50cm左右各钻进一个4)130mm大口径用涂刷热沥青措施进行处理;通气管外壁采用涂刷热沥青措施涂刷,然钻孔,两个大15径钻孔施工过程中也都均遇到了溶洞.其中97与x一97后再采用二层200g/m的无纺布进行包裹,并用铅丝将包裹层扎紧.对钻孔情况基本相似,在165m发生掉钻,孔深24m遇下部岩石;97钻进埋设于溶洞封堵混凝土内的通气管壁不作防锈,防锈处理,但在埋设前至15.66m即发生掉钻,在孔深16.6m处遇下部岩石.成孔后通过此两孔进行了除锈处理.为避免在水平铺盖粘土,石渣保护层填筑对及运行期97(上游侧加密孔),972(下游侧加密孔)灌注C25高流态一级配混凝土.水位升降过程中造成移位或破坏,保证排气管道的安全使用,对通气主C20高流态一级配混凝土(坍落度达大于20),采用HD40型混凝土输送管沿线用长度为两米的dP22钢筋做地锚,每隔两米固定焊接排气管泵泵人孔内.根据钻孑L情况,在97及97.孔内下入108mm地质管作道.为导管,深人溶洞50era.在现场混凝土泵无法泵人后,封堵97,97孔,5.1.6混凝土浇筑在回填混凝土前清除洞口浮渣及洞内的松动石块,溶蚀物等杂物,并将溶洞壁采用压力水冲洗干净,对洞壁溶蚀光面求进行凿毛处理,满足混凝土浇筑对基础面的要求.当出现窄条夹泥带且不具备掏挖条件时,对填泥部位清除到致密的原状土层.以上清理和处理工作结束并经验收合格后,方可进行封堵混凝土的施工.溶洞和落水洞的回填混凝土采用素混凝土,混凝土强度等级采用C15,水泥选用普通硅酸盐水泥,其水泥强度等级为325级.为降低大体积混凝土水化热和节省水泥用量,溶洞处理的回填混凝土均掺II级以上粉煤灰,其具体掺用量控制在1