GIN法帷幕灌浆在小浪底工程中的应用和发展.doc

GIN法帷幕灌浆在小浪底工程中的应用和发展罗鲁生摘 要 小浪底水利枢纽帷幕灌浆首次引进了G1N法灌浆新技术。经过灌浆试验、试验性生产和生产上较大量 的采用，形成了一套具有小浪底特色的GIN法灌浆工艺，研制出实用的浆液配方，取得了满意的效果。 GIN法帷幕灌浆比常规灌浆法可节约水泥1/31/2，同时提高工效。其他相关工程从中可以得到一定启 迪，使GIN灌浆法不断完善和创新，更加广泛地应用于工程实践中。关键词 GIN法 小浪底 帷幕灌浆 引进 应用 发展 自从瑞士灌浆专家隆巴迪(Lombardi)等人提出GIN灌浆法以来，尽管存在一些不同认识和争论， 小浪底工程依然采用GIN法灌浆，按照注重试验、总结经验、不断改进、逐 步推广的原则，形成了一套具有小浪底特色的GIN法灌浆工艺。1995年进 行了GIN法的灌浆现场试验；1996年在右岸二叠系地层、左岸三叠系地层 完成了3815m的GIN法实验性生产；2000年4月至年底在左岸山体，帷幕线桩号DGO-558.0DC0-735.17和副坝以北，DGO-(1 +023.89)DG0-(1+264.89)计418m帷幕线上完成了钻灌总进尺24080m的GIN法帷幕灌浆的施工，取得了满意的效果。一、GIN法在小浪底工程中的改进和发展CIN法灌浆是建立在纯压灌注基础上的灌浆方法。在我国，绝大部 分帷幕灌浆工程均采用循环灌浆方法。而循环灌浆方法从乌江渡电站工 程首创小口径、孔口封闭，孔内循环的灌浆工艺以后，20多年来已被国内 各个水电工程认可并广泛采用。小浪底：了程CIN法灌浆的引进就是建立在孔门封闭，孔内循环灌浆方法上的。1稳定浆液的研制CIN灌浆法的特点之一就是采用单配比的稳定浆液。稳定浆液要 具有较小的析水率、较低的凝聚力和较好的流动性，近似于宾汉液体的中 等浓度的浆液。为了配制稳定浆液，需进行大量的室内、外试验工作。 (1)通过大量试验，得到了可以在现场应用的两种配方(见表1)。表1现场实际应用配方编号水灰比膨润土掺量（%）减水剂名称减水剂掺量（%）马氏黏度（S）密度黏聚力（N/m2)2小时析水率（%）10.702.0RC-M0.6321.633.11.2320.750.8UNM-50.80331.640.512.00注：黏聚力用旋转黏度计测试 (2)制浆工艺流程(见图1)。 成品膨润土膏是膨润土经过充分膨化后获得的，一般浸润时间要6小时以上。 加水泥后必须高速搅拌，使水泥颗粒充分分离。 由于原材料的不均质性，必须对浆液进行经常性的现场指标测试。图1制浆式艺流程图2. GIN值的确定 隆巴迪建议了5种C1N值和相应的包络线，他认为在大多数情况下，推荐采用150MhL/m的中等灌浆强 度值。根据小浪底工程的具体情况并参照在勘测阶段的灌浆试验的压力值，根据不同深度选用了3种不同的 强度值包络线(见图2)。3结束标准的确定 根据隆巴迪的理论，不难看出，当给定了GIN包络线以后，灌浆过程线只要和包络线的任何一个部位相交， 均可视作灌浆结束。然而在我国常规灌浆中，必须达到规范规定的灌浆结 束标准。结束标准中规定了灌注压力、单位灌注量和灌注时间。 (1)当灌浆压力达到最大压力Pmax或GIN值，每5m段长注入率小于1L/min或2L/min,延续10分钟或30分钟结束。 (2)当灌浆量达到y一，但小于灌 浆强度值时，间歇30分钟后恢复灌浆，如果达到GIN值，按(1)的要求结 束，否则应再间歇30分钟重复灌浆，直至达到(1)要求的结束标准。耗浆量 特大的孔段， 当实际灌浆量达到2000L/时也可结束。 (3)当灌浆过程线与P哑或GIN相 交时，5m段长注入率超过2L/min或1L/min，可允许沿GIN曲线降压下滑以达到小于2L/min或1L/rain的目的。图2小浪底工程选用的GIN包络线 (4)灌浆结束后原则上不待凝，但 对于个别低压力大耗浆量的孔段要视情况待凝824小时再进行以下孔段的钻进。4灌浆过程监控 GIN法灌浆的全过程是在计算机的监控下进行的。通过计算机对灌浆 机组不断地发出指令，使灌浆机组人员按照指令调整灌浆压力和速率，达 到正常的结束标准。与此同时把灌浆的各种过程曲线(般为五种)和灌浆参数进行自动输入、存贮和打印。 监控装置由工业主控机、监视器、打印机、数据采集及转换器、压力传感 器和流量传感器等组成。目前由中国水利水电基础工程局与西安交通大学联合开发的GMS一2001注浆数据一 监控采集及处理系统可以实现8个通道的GIN灌浆监控。 GIN法灌浆的过程控制，大体可分为三种情况，即：微细裂隙地层、中等发 育裂隙地层和宽大张开裂隙地层。二、灌浆成果及分析1GIN法灌浆试验 1995年在左岸单薄山体北端垭口副坝基础帷幕线上，主要地层为三迭系下统T1s、T14岩组。灌浆试验分直 孔和斜孔两组。 (1)灌浆试验成果资料。从表2可以看出，直、斜孔组灌浆试验有一 个共同的规律，I序孔灌浆效果不十分明显，只有在序孔灌浆以后，情 况才发生根本的变化，在序孔灌浆以后才完全达到设计要求。平均单位 注入量I、序差别不是很大，只是在序孔，注入量才显著降低，这正是GIN灌浆的特点。表2GIN法帷幕灌浆试验成果汇总表组次序次孔号段数灌浆基岩厚度（m）岩芯采取率（Lu）灌前透水率（Lu)单位灌浆量（L/m）纯灌灰量（kg）平均单耗（kg/m）灌浆强度范围值（MPaL/m)纯灌时间（h）备注直孔组A11055.1298.616.2890.84617.183.848.8-209.415.48该组灌浆试验水泥总废弃量为23246.2kg.A21158.3097.89.6643.32330.340.04.6-177.511.42合计21113.426947.426.90B1156.0098.212.90101.85261.794.09.2-211.814.78C11155.6098.32.7063.53257.758.620.4-196.612.08C21155.9098.81.39104.35377.996.217.8-214.013.03合计22111.508635.625.11总计54280.9220844.766.79斜孔组A11154.5096.011.07156.07126.0144.057.3-233.918.351.A孔第11段，段长5m，因孔故未灌浆。2.该组灌浆试验水泥总废弃量为28281.3kg。A21154.8098.610.44106.45380.398.249.7-211.515.46合计22109.3012506.530.01B1154.5099.39.52112.95675.8104.118.6-201.014.60C11154.8597.91.9056.62866.552.322.4-207.911.55C21155.2099.52.4170.33579.064.846.4-208.112.36合计22110.056445.523.91总计55273.8524627.872.52 (2)效果检查。在灌浆结束14天以后，直孔和斜孔组合各打了一个检 查孔，即J和J孔，发现了大量的水泥结石充填层，一般厚度O。31.Omm，少 数大于2mm。检查孔压水成果见表3。压水试验结束满足设计防渗标准(5Lu)，说明设计参数基本合理。2GIN法试验性生产 GIN灌浆试验以后，分别在进行帷幕灌浆施工的2号灌浆洞和4号灌 浆洞，各选取了一段帷幕进行GIN法试验性生产。2号灌浆洞选取了桩号DG0+76425-DGO+80700,4号灌浆洞选取了桩号DGO-559.00DGO-591.02。表3检查孔压水试验成果表孔号压水段数压水区间（段数/频率）Lu值12355J119/8210/911/9J114/336/558/7310/911/9JJ2213/6016/7318/8220/912/9表42号灌浆洞GIN法帷幕灌浆综合成果表桩号次号孔数灌浆总长（m）总耗灰量（kg）平均单耗（kg/m）DG0+764.25DG0+807.007390.75104099.7266.48443.11111330.6251.313710.29105922.7149.0合计281544.1532135.0208.1 (1)成果资料。2号灌浆洞和4号灌浆洞用GIN法试验性生产成果见表4和表5。表54号灌浆洞GIN法帷幕灌浆综合成果表桩号次序孔数灌浆总长（m）总耗灰量（kg）平均单耗（kg/m）DG0-559.00DG0-591.005333.525229.875.74258.0013420.152.08516.816380.431.7合计171180.355030.349.7表6检查孔压水试验成果表洞号检查孔数量段数透水率（Lu）区间（段数/累计频率）1232号66447/73.461/95.064/1004号22620/76.926/100 从灌浆成果可以看出： 随着次序的增加单位注入量均呈递减趋势。 I、序递减不甚明显甚至不递减，只在序时才呈明显的递减，这正是GIN的特点，说明I、序孔基 本上在独立地对地层进行灌注，I序对序 孔影响很小。(2)灌浆效果检查。灌浆结束14天以后，2号灌浆洞和4号灌浆洞分别 布置了6个和2个检查孔。表6列出了压水试验成果。 根据检查孔压水试验成果以及和灌前的透水率曲线对比分析，灌浆效果是非常好的，远远满足了设计防渗 标准(5Lu)。3GIN法生产应用 试验和试验性生产成果表明，GIN法灌浆已具备了直接应用于生产的条件。因此，2000年3月份在进行左岸 山体帷幕灌浆招标投标时，划出了两个标段4子标(DGO-558.0DGO-735.17)由 中国水电三局承担，6子标(DGI+023.89-DGl+264.89)由中国水电基础局承建。专门按GIN法进行施工。(1)灌浆综合成果。灌浆综合成果见表7和表8。可以清楚地看出，随着灌浆排序的递增，单位注入量呈现明 显减小的趋势。与此相适应，从单位注入量的频率分布变化也可看出，随着 孔排序的递增，低注入量的孔段频率在逐渐增加，而高注入量的孔段频率在逐渐降低，这都是灌浆效果的具体 体现。表74子标溢洪道北侧4号洞北端灌浆综合成果表（DG0558.0DG0-735.17）排序灌浆次序孔数灌浆总长度（m）注入泥总量（kg）平均单耗（kg/m）灌浆段数上游排221609.42346647.07215.39330221608.6722736.93141.34330443217.84430078.41133.65660合计886435.931004087.41156.011320下游排E6438.94306113.29697.3990161170.0582279.34703.21240221609.45919839.96571.52330443218.881138419.39353.67660合计886437.323187164.98495.111320总计17612873.254191252.39325.582640表86子标副坝以北帷幕灌浆综合成果表（DG1023.89DG1+264.89）孔排孔序孔数灌浆总长（m)总耗灰量（kg)平均单耗（kg/m)段数上游排10628.5214413.0341.212710632.1259098.8409.9127191225.9340834.7278.0247合计392486.5814346.5327.5501下游排312282.72144820.7939.6456322244.11414733.4630.4452594193.61970789.7470.0840合计1228720.45530383.7634.21748总计16111206.96344730.2566.12249(2)灌浆效果检查。根据灌浆规范的要求，在上述两个部位灌浆结束以 后均布置了帷幕检查孔，通过压水试验来评价帷幕是否满足设计要求。从表9可以看出，两个部位按GIN法灌浆以后，均满足了设计的防渗标准。4子标段， 97.4的孔段Lh值小于1Lu，100的孔段小于3Lu；6子标段86.0的孔段小于3Lu，92.4的孔段小于5Lu，基本满足了单排孔 5Lu双排孔3Lu的防渗标准；从先导孔和检查孔Lu值频率区间对比也定性可以看出灌浆的明显效果。如上述两个部位灌前3Lu的频率分别为 73.4和65.8，灌后降为0和14.0，效果十分显著。表9先导孔和检查孔压水试验成果表部位孔别孔数段数透水率（Lu）区间（段数/累计频率）13554子标先导孔69020/22.224/26.631/34.458/65.6检查孔18265258/97.4265/1000/06子标先导孔1015237/24.352/34.254/35.598/64.5检查孔13198145/73.2171/86.0183.92.415/7.64GIN灌浆法的优点小浪底工程经过GIN灌浆试验，试验性生产到推广应用，采用GIN灌浆法有以下优点：(1)由表10可以看出，GIN法与常规灌浆法相比能够节约水泥1/31/2，同时提高工效，因此经济效益十分显著。表10GIN和常规灌浆方法对比表部位方法纯灌时间平均单位注入量（kg/m）常规灌浆部位左岸垭口GIN16.18（min/m）91.5地质条件基本相同的左岸山