向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究.docx

向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究易志 , 温文森(中国长江三峡工程开发总公司 , 云南 水富657800 )摘要 : 向家坝水电站右岸地下厂房水文地质条件复杂 , 为满足施工期和永久运行阻水防渗要求 , 需进行厂房周边的帷幕灌浆 。因工程前期灌浆廊道开挖滞后 , 对帷幕灌浆乃至地下厂房开挖形成制约 。 经方案调整 , 合理解决了以上问题 。通过灌浆试验 , 验证了帷幕设计的合理性 , 并取得了合适的灌浆 参数 。大面施工后的直观效果表明 , 施工期帷幕达到了阻水防渗的预期目的 , 其研究成果可供类似工 程参考 。关键词 : 帷幕灌浆 ; 施工方案 ; 灌浆试验 ; 地下厂房 ; 向家坝水电站中图分类号 : TV73116 + TV54315 ( 271 )文献标识码 : B文章编号 : 1000 20860 ( 2009) 1220087205S tudy on cur ta in grou t in g schem e an d techn o logy for con struc t ion of un dergroun d powerhou se onr igh t ban k of X ian g j ia ba Hydropower S ta t ionY I Zh i, W EN W en2sen( Ch ina Th ree Go rge s P ro jec t Co rpo ra tion, Shu ifu 657800, Yunnan, Ch ina)A b stra c t: A s the hyd ro 2geo logica l cond ition of the unde rground pow e rhou se on the righ t bank of X iangjiaba H yd ropowe r Sta2 tion is com p lica ted, the cu rta in grou ting m u st be m ade a round the pow e rhou se, so a s to m ee t the w a te r2re sistance and an ti2 seep age requ irem en ts fo r bo th the con struc tion and the p e rm anen t op e ra tion1 How eve r, the de lay of the excava tion of the grou ting ga lle ry du ring the p rop ha se of the con struc tion no t on ly re stric ts the grou ting, bu t a lso re stric ts the excava tion of the pow e rhou se1 Th rough the m od ifica tion of the con struc tion schem e, the p rob lem s he re inabove a re so lved rea sonab ly1 B a sed on the re la ted grou ting exp e rim en t, the ra tiona lity of the grou ting cu rta in de sign is ve rified and the su itab le grou ting p a ram e2 te rs a re ob ta ined a s w e ll1 The visua l effec t of the grou ting afte r the ac tua l con struc tion show s tha t the exp ec ted ob jec t of w a2 te r p roof and an ti2seep age fo r the grou ting cu rta in is go t, and then the study re su lt can be u sed a s the refe rence s fo r the sim i2 la r p ro jec t conce rned1Key word s: curta in grouting; construction schem e; grouting exp e rim en t; unde rground powe rhou se; X iangjiaba Hydropowe r Sta tion至巨厚层砂岩为主 , 分布少量薄至中厚层砂岩 , 岩层走向 60 80 , 倾 向 下 游 偏 山 内 , 倾 角 15 20 , 绝大部分 岩 体 为 微 风 化 新 鲜 , 中 等 风 化 的 岩 体 为泥质 砂 岩 、粉 砂 质 泥 岩 和 中 细 砂 岩 夹 泥 岩 , 局 部地层 含 煤 , 煤 层 一 般 为 薄 至 极 薄 层 状 , 或 呈 透 镜状煤脉分布 , 其中 7 个煤层成层较好 , 有民间开1工程水文地质条件向家坝水电站是金沙江梯级开发最后一级电站 , 工程以发电为主 , 同时兼有改善航道 、防洪 、灌溉 、 拦沙等综合效益 。地下厂房布置于右岸坝头上游山体内 , 水平埋深126371 m , 铅直埋深 110 220 m。该区岩体受地 质构造破坏的程度相对较低 , 无较大断层发育 , 主要结构面为层面 、层间软弱夹层和节理裂隙 。岩层以厚收稿日期 : 2009 203 227作者简介 : 易 志 ( 1981 ) , 男 , 工程师 。W ater R esou rces and H ydropower Engineering V ol140 N o11287易 志 ,等 向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究采历史 。地下厂房区水文地质结构较复杂 ,两层基岩裂隙水 , 下层地下水水位低 ,密切 , 边坡浅部卸荷岩体透水性较强 ,层帷幕合并 , 从第三层灌浆廊道钻垂直孔至防渗帷幕底线高程 , 最大孔深约为 102 m , 帷幕排数 、排距 、 孔距等暂按原设计参数执行 , 待帷幕灌浆试验完成后视情况调整 。3 灌浆试验为验证和优化帷幕 设 计 , 探求 符 合向 家坝 工 程 地质条件的帷幕灌浆施工工艺 、工法 , 在 大面 施 工 之前选取不同位置进行了几组试验 , 因施工期 帷 幕 多为单排 , 现以与其对应的第 组试验为例进 行 介 绍 。3 11 试验目的( 1 )第 组试验为单排帷幕 , 主要代表地下厂房 下游侧帷幕灌浆区的地层和工况 , 通过试验探求下游侧帷幕合适的灌浆参数和优质 、高效的灌浆工艺 、工法 。 ( 2 )施工期帷幕虽属永久帷幕的一部分 , 但只施 工先序排 , 不具备最终的质量检查条件 , 本组试验的 质量检查可以验证施工期单排帷幕的防渗效果和可靠性 。 ( 3 )因灌浆方案调整 , 帷幕深度比原方案大为增 加 , 本组试验施工了 5个 100 m 深的灌浆孔 , 以验证 深孔灌浆的可行性 。 ( 4 )通过试验了解耗灰情况 , 对 合同经济问题做出预判 。3 12 试验施工方法根据已有工程经验 , 试验采用孔口封闭 、孔内循 环 、自上而下分段灌浆法施工 , 灌浆孔布孔方式为直 线单排式 , 分序加密施工 。试验区孔位布置图如图 1 所示 。分布有上 、下与江水关系较 岩体渗透性具有明显的非均质性 , 主要渗透通道为节理密集带 、断层破碎带等透水性较强的岩体 (带 ) 。裂隙水水质类型主要为 HCO - - SO2 - - Ca2 + - K+ + N a + 和SO2 -344HCO - - Ca2 + - K+ + N a + 。32 帷幕灌浆施工方案2 11 原方案按原设计方案 , 地下厂房布置 4层灌浆廊道和排 水廊道 , 沿主厂房及主变洞周边设有 4 层防水帷幕 ,单层帷幕孔深 50 80 m , 孔间距 115 210 m , 排距1150 m。设 计 要 求 上 游 侧 帷 幕 灌 浆 后 透 水 率 小 于1 L u, 下游侧帷幕灌浆后透水率小于 3 L u。部分裂隙 水对普通水泥有硫酸盐类弱 强腐蚀性 , 因此采用高 抗硫酸盐水泥灌浆 。同时 , 由于地下厂房属于库内式 , 与水库距离较短 , 而且地下厂房中下部和边坡浅部卸荷带岩体的渗 透性好 , 地下水位 与江 水相 关 性较 密切 , 主厂 房 下 部 、尾水管等部位在河床水位和地下水位以下 , 若按 地下水与一期围堰挡水标准 20年一遇洪水位 289113 m 持平考虑 , 尾水管底板高程约 220100 m , 施工期地下水水头将达 69 m , 开挖时可能发生较大涌水 , 因 此 , 设计要求将背水侧的一排帷幕先行施工 , 作为施 工期的防渗屏障 。2 12 调整方案工程前期受征地 、移民等多方面影响 , 灌排廊道 开挖进度严重滞后 , 无法在第三层帷幕施工之前完成第四层廊道的开挖 , 如先施工第三层帷幕 , 再开挖第四层廊道 , 由于两者最小距离仅有 116 m , 开挖爆破 对已施工帷幕的损伤难以避免 。根据灌排廊道开挖进度 , 为保证帷幕质量和地下厂房开挖期间的安全 , 满足总进度的要求 , 对设计方 案进行了调整 : 取消第四层灌浆廊道 , 将第三 、第四灌浆试验工艺流程为 : 底板浇筑抬动孔施工先导孔施工 检查孔施工临界压力测试录像孔和压水试验一般试验孔分序灌浆待凝 14 d封孔 。对主要工序做简单介绍 。( 1 )钻孔 。钻孔采用 XY - 2型回转式钻机 , 金刚 石钻头钻进 , 钻孔过程中严格控制孔位和孔斜偏差 。( 2 )抬动观测孔 。布置 3 个抬动观测孔 , 分别深入基岩 9 m、15 m、17 m , 压水试验和灌浆过程中严密 监测 。实测最大抬动变形 138 m , 满足小于 200 m图 1 第 组帷幕灌浆试验孔位布置 (单位 : m )88水利水电技术 第 4 0 卷 2 0 0 9 年第 1 2 期易 志 ,等 向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究的设计要求 。( 3 )录像孔施工 。为更直观地了解试验区地质情 况 , 施工一个孔径 76 mm、深入基岩 40 m 的孔 , 进行孔内电视录像 , 然后对该孔做压水试验 。录像显示试验区 地 层节 理 、裂 隙较 发 育 , 存 在煤 线 、软 弱 夹 层 、破碎带 , 节理张开度 1 5 mm 不等 , 裂隙多为 陡倾角 , 与试验区帷幕轴线夹角较大 ; 压水试验与录像资料相吻合 , 节理 、裂隙和破碎带的透水率较大 , 其它部位透水率较小 。以上资料对 不 同孔 段的 耗 灰 量 、升压过程起到预判和指导作用 。( 4 )灌浆 。采用 自上 而 下孔 口封 闭 、分 段 灌浆 ,灌浆自动记录仪与手工记录同时进行 , 相互校核 。因 系非生 产 性 试 验 , 使 用“华 新 ”牌 普 通 硅 酸 盐 水 泥 ,强度等级 4215 M Pa。灌浆试验分段长度和压力见表 1。灌浆过程中应 尽快达到设计压力 , 并根据注入率的大小调整灌浆压 力 , 两者关系按表 2 控制 , 并视 实 际 情 况 调 整 。灌浆浆液遵循由稀到浓 、逐级变换 , 浆液水 灰比 采 用3 1、 2 1、 1 1、 018 1、 015 1 五个比级 , 开灌水 灰比 3 1 , 浆液变换原则按施工技术规范执行 1 。表 1 第 组帷幕灌浆试验灌浆压力施工 。W S4 - JC01 检查孔取芯钻孔 40 m , 岩芯采取率 9613 % , RQD 指 数 9212 % , W S4 - JC02 检 查 孔 取芯钻孔 10012 m , 岩芯采取率 9413 % , RQD 指数8719 % 。芯样水泥结石较多 , 将层面 和裂 隙充 分 充填 , 水 泥 结 石 密 实 , 强 度 较 高 , 说 明 灌 浆 效 果 较 好 。3 1312 单位注入率分析本组试验各次序孔平均单位耗灰量 (以下简称“单 耗 ”)为 271176 kg /m , 远大于投标预测值 7014 kg /m , 其中 、 、 序 孔平 均 单耗 分别 为 482147 kg /m、283113 kg /m、 85166 kg /m , 序孔平均单耗比 序 孔递减 4113 % , 序孔比 序孔递减 6917 % , 各次序孔平均单耗随孔序递增而依次递减的变化规律非常 明显 。3 1313 压水试验效果分析( 1 )灌前压水试验 。试验区各次序孔灌前压水透 水率见图 2 , 透 水率 频 率分 布见 表 3。从图 2 看出 ,各次序孔灌前平均透水率随孔序的递增而依次递减的 变化规律非常明显 ; 从表 3 看出 , 、 、 序孔灌 前透水率小于 1 L u的孔段 , 累积频率分别为 2718 % 、5311 % 、 8113 % , 随着孔序加密而提高的规律明显 ,说明随着孔序加密 , 岩层裂隙逐渐被水泥浆液充填密 实 , 透水率逐步减少而处于均匀 。410表 2 灌浆压力与注入率的关系( 5 )特殊情况处理 。对 W S4 - 5 (先导孔 )第 13 段( 5215 5715 m ) 、第 14 段 ( 5715 6215 m ) 、第 15 段 ( 62156715 m ) 施灌时 , 试验区所在施工支洞的 边墙 、底板冒水冒浆 。第 13、第 15 段冒浆量较小 , 采用逐渐加浓浆液低压灌注 , 冒浆部位返较浓浆液后 停止冒浆 ; 第 14 段冒浆量较大 , 逐级加浓浆液低压灌注 , 冒浆部位返 1 1 浓浆后冒浆量仍未减小 , 做 短时间间歇 (不超过 30 m in ) , 继续灌注冒浆量仍较 大 , 将浆液变浓至 015 1 低压限流 、间歇灌注后不 再冒浆 。3 13 试验效果分析3 1311 检查孔取芯检查根据灌浆成果资料 布 设 2 个质 量 检查 孔 , 逐 孔图 2 第 组帷幕灌浆试验各次序孔灌前透水率柱状图表 3 第 组帷幕灌浆试验各次序孔灌前透水率统计u 100 Lu 54326491361163015515 (2718)17 (5311)52 (8113)20 (3710)13 (4016)12 (1818)10 (1815)1 ( 311 )0 ( 0 )6 ( 1111 )1 ( 311 )0 ( 0 )3 ( 516 )0 ( 0 )0 ( 0 )0 ( 0 )0 ( 0 )0 ( 0 )合计150319584 (5610)45 (3010)11 ( 713 )7 ( 417 )3 ( 210 )0 ( 0 )灌浆压力 /M Pa1 22 33 4 4注入率 /L m in - 13030 2020 10 3 L uW S4 - JC01W S4 - JC021022011301501 ( 1010 )6 ( 2713 )9 ( 9010 )10 ( 4515 )0 ( 0 )3 ( 1316 )0 ( 0 )2 ( 911 )0 ( 0 )1 ( 415 )设 计 防 渗 标 准 3 L u合 计3201327 ( 2119 )19 ( 5914 )3 ( 914 )2 ( 613 )1 ( 311 )尚 新 利用爆破不透水层法治理发展实验区次生盐渍化探析值降低到 7120 715 之 间 。通 过 近 几 年 的 种 植 改良 , 次生盐渍 化 土 地 旧 貌 换 新 颜 。据 2008 年 统 计 数据表明 , 小麦平均亩产达 360 kg, 油葵平均 亩 产172 kg, 比改良前增产 40 % 。通过对比分 析种 植 试验情况 , 可以肯定 , 采用爆破法治理次生 盐渍 化 土 地在实验区是成功和可行的 。次生盐渍化进程 。7结语运用爆破法打破不透水层 和结 合 水利 措施 来 治理次生盐渍化的方法 , 不仅在技术上是 先 进的 、可 行的 , 而且投资小 , 见效快 , 脱盐 效果 好 。该 方 法 对土层下面含有不透水层的区域或地区均适用 , 适应性广泛 , 方法简单 , 便于操作 。而 且在 经济 上 对 于一家一户单独施工操作是可行的 , 具有一定 的 推 广价值 。特别是对于景电一期灌区 , 在三 道梁 及 兰 化一带土地次生盐渍化有不断扩大的趋势 , 通 过 采 用上述技术和措施 , 可望对次生盐渍化获得控 制 和改良 。综上所述 , 治理土壤次生盐渍化是 一项 长 期 而艰巨的工程任务 , 爆破法是治理次生盐渍化 的 方 法之一 , 必须引起灌区管理者的高度重 视 , 将 其 列 入管理者重要的议事日程 。只有在灌区灌排工 程 合 理 、协调发展的基础上 , 灌区才能长期生 存和 具 有可持续发展的后劲 。6 建议面对灌区次生盐渍 化 不断 扩大 的 趋势 ,对 于 灌区而言 , 目前最紧 迫 的 工 作 如 下 。 ( 1 ) 研 究 土 壤 水盐运行规律 , 掌握田间土壤水盐动态变化 , 制 定 相 应的控制措施 。 ( 2 ) 在 灌 区 中 下 游 一 带 , 大 力 推 广爆破法治 理 次 生 盐 渍 化 , 对 次 生 盐 渍 化 有 效 遏 制 。( 3 )加强用水 管 理 , 拟定 合 理 的 灌 水 方 法 和 灌 溉 制 度 , 积极推广喷灌 、滴灌等灌溉新 技 术 。特别 是 在 有机井灌溉条件的区域 , 应大力推广管灌和喷 灌 等 灌溉新技术 。 ( 4 ) 加 强 地 下 水 的 动 态 研 究 , 有 计 划地开采地下水 , 利用地下回归水进行灌溉 , 降 低 地 下水位或者使地下水位保持一定的深度 , 是防 止 次 生盐渍化的有 效 措施 。 ( 5 ) 建 立 水 盐 动 态 预 测 预 报 机构 , 及时掌握灌区地下水位动态变化规律和 水 盐 动态变化 , 是灌区 可 持 续 发 展 的 必 然 要 求 。 ( 6 ) 调整水价 , 促进农户自觉节水 。杜绝农户大 水漫 灌 和参考文献 : 1 杜成义 1中国西北干旱地区灌溉新技术发展实验区验收集料汇编 C 1兰州 : 甘肃省水利厅水利管理局 , 19921中国农业百科全