構(gòu)皮灘水電站右岸EL.520m灌漿平洞K0+613m溶洞處理施工工藝

蔣和平 胡乘龍

摘要：本文通過構(gòu)皮灘水電站右岸EL.520灌漿平洞K0+613m溶洞的實例，從鉆孔參數(shù)設(shè)計、灌漿壓力選擇、灌漿工藝等多方面的敘述，介紹了一種對充泥溶洞處理的施工方法，并取得了良好的施工效果，可供其它類似工程借鑒。

Abstract： Based on the example of K0+613m karst cave in El.520 grouting tunnel on the right bank of Goupitan Hydropower Station， this paper introduces a construction method of mud-filled karst cave treatment from the aspects of drilling parameter design， grouting pressure selection and grouting technology， and obtains good construction effect， which can be used for reference by other similar projects.

關(guān)鍵詞：溶洞;聯(lián)合沖洗;灌漿壓力;加強(qiáng)灌漿;結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

Key words： karst cave;joint flushing;grouting pressure;enhanced grouting;end standard

中圖分類號：TV543.1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2020）30-0156-03

1 ?概述

構(gòu)皮灘電站壩高232.5m，壩頂弧長557.11m，水庫總庫容64.51億m3，調(diào)節(jié)庫容31.54億m3，正常蓄水位630m。電站裝機(jī)容量3000MW，保證出力751.8MW，年發(fā)電量96.67億kW·h。烏江構(gòu)皮灘水電站滲控工程的主要任務(wù)是通過鉆孔灌漿（排水）帷幕攔截（引排）地下廠房周邊地下水及巖溶水，減少地表降雨及地下水向地下廠房內(nèi)入滲;降低基巖滲透水力坡降等。帷幕灌漿通過左岸4層灌漿平洞，右岸5層灌漿平洞以及基礎(chǔ)廊道對大壩進(jìn)行防滲處理。

在帷幕軸線上，存在較多的地質(zhì)缺陷，如溶洞、斷裂帶等，其中右岸520灌漿平洞K0+613m溶洞在灌漿平洞部位存在溶洞充填物，原計劃對該部位進(jìn)行開挖清理后進(jìn)行混凝土回填，但由于工期緊無法進(jìn)行完全追挖，只能后期通過灌漿進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。根據(jù)設(shè)計要求該部位上下灌漿平洞對應(yīng)部位通過深孔帷幕、淺孔帷幕、加密灌漿、銜接帷幕等綜合手段進(jìn)行處理，減少滲水對廠房區(qū)域的威脅。

2 ?施工程序

2.1 總施工順序 ?同時進(jìn)行溶洞頂砂漿灌漿回填和高程520灌漿平洞頂溶洞區(qū)加強(qiáng)灌漿及相應(yīng)檢查→同時進(jìn)行高程590m灌漿平洞和高程520m灌漿平洞內(nèi)帷幕灌漿及檢查→520灌漿平洞銜接帷幕灌漿及檢查。

2.2 溶洞加強(qiáng)灌漿施工順序 ?先施工抬動觀測孔，再以K0+613.26m為中心向兩邊施工，先施工I序孔，再施工Ⅱ序孔，施工完成后進(jìn)行質(zhì)量檢查，施工過程中根據(jù)混凝土深度以及基巖深度埋設(shè)孔口管，確保灌漿壓力達(dá)到3.0～5.0MPa。

2.3 右岸520灌漿平洞后期帷幕灌漿物施工 ?第一排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序施工→第二排Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔分序施工→第三排、四排帷幕淺孔施工→施工質(zhì)量檢查孔→灌后物探測試掃孔。

2.4 右岸590灌漿平洞對應(yīng)樁號部位施工順序 ?按照砂漿回填孔、第一排帷幕灌漿、新增帷幕灌漿施工的順序進(jìn)行施工。

3 ?灌漿施工工藝

3.1 鉆孔

按照設(shè)計施工通知單進(jìn)行布孔，鉆孔均采用地質(zhì)鉆機(jī)鉆進(jìn)。

3.1.1 鉆孔孔徑

砂漿回填孔、質(zhì)量檢查孔終孔孔徑不小于Φ76mm;抬動觀測孔孔徑為Φ76mm或91mm;孔口封閉灌漿法帷幕灌漿孔第一段不小于Φ76mm，以下各段孔徑可采用不小于Φ56mm鉆具鉆孔。

3.1.2 終孔標(biāo)準(zhǔn)

①砂漿回填孔若遇到溶洞，則可立即停止鉆進(jìn)，若孔深鉆至50m時仍未遇到溶洞，亦可終孔。

②右岸520m灌漿平洞加強(qiáng)灌漿孔鉆進(jìn)時提前穿過溶洞則進(jìn)入基巖3.0m可終孔，若孔深鉆進(jìn)至設(shè)計深度仍未穿過溶洞，則需加深至進(jìn)入基巖3.0m。

③淺排帷幕孔若終孔段透水率大于1Lu或單耗大于50kg/m，則自動加深一段，若加深兩段仍未達(dá)到終孔標(biāo)準(zhǔn)時，及時協(xié)商進(jìn)行下一步處理。

④右岸590m灌漿平洞新增帷幕以設(shè)計孔深進(jìn)行孔深控制。

3.2 鉆孔沖洗及壓水試驗

3.2.1 鉆孔沖洗

各類鉆孔鉆進(jìn)結(jié)束之后均須加大水量對鉆孔進(jìn)行沖洗，以將孔內(nèi)鉆孔巖粉沖洗出孔外，直至回水澄清為止。若加強(qiáng)灌漿孔遇到溶洞充填物時，應(yīng)加強(qiáng)鉆孔沖洗，亦可將周邊同次序孔進(jìn)行施工進(jìn)行聯(lián)合沖洗，保證灌漿效果，Ⅰ序孔沖洗壓力為1.0MPa，Ⅱ序孔沖洗壓力為0.5MPa，洗孔結(jié)束后立即進(jìn)行壓水試驗或灌漿作業(yè)。

3.2.2 壓水試驗

砂漿回填孔、加強(qiáng)灌漿孔均不進(jìn)行灌前壓水試驗。帷幕灌漿孔采用“簡易壓水”進(jìn)行壓水試驗。

3.3 灌漿

由于加強(qiáng)灌漿孔、回填砂漿孔灌漿壓力達(dá)到3.0MPa以上且位于巖溶破碎區(qū)域，孔內(nèi)阻塞困難，難于保證灌漿壓力，因此灌漿孔均采用孔口封閉法進(jìn)行灌漿。

3.3.1 灌漿材料

灌漿采用42.5級普通硅酸鹽水泥，在鉆遇溶洞、寬大斷層破碎帶等部位，灌漿無壓力并且不返水（漿）情況下，可灌注砂漿。

3.3.2 灌漿方法

①帷幕灌漿按分3序加密的原則進(jìn)行。

②帷幕灌漿采用孔口封閉法高壓灌漿工藝。

③銜接帷幕灌漿采用“自上而下分段、不待凝、孔內(nèi)阻塞、孔內(nèi)循環(huán)式”的高壓灌漿工藝。

④砂漿回填灌漿、加強(qiáng)灌漿均采用孔口封閉，純壓式進(jìn)行灌漿，若未遇到溶洞則采用0.5：1水泥漿液進(jìn)行灌注并封孔。

⑤一般情況下每段灌漿結(jié)束后不待凝，但在斷層、破碎帶、失水地段、溶洞等地質(zhì)條件復(fù)雜地區(qū)應(yīng)區(qū)別對待，待凝按照12小時進(jìn)行控制。

3.3.3 灌漿段長和灌漿壓力

①段長劃分一般按表1執(zhí)行。帷幕灌漿第四段及以下各段遇特殊情況時，遇有斷層、地質(zhì)不良地段，可適當(dāng)縮短或加長灌漿段長，但加長后最大段長不得大于8m。

②加強(qiáng)灌漿孔段長按照基巖與溶洞各做1段進(jìn)行灌漿，段長根據(jù)現(xiàn)場鉆孔情況進(jìn)行確定。

③砂漿回填孔，第一段2.0m，進(jìn)行埋設(shè)孔口管，其余以下一次性灌注，在鉆孔過程中如遇到斷層破碎帶、夾層、失水地層等復(fù)雜地質(zhì)條件時，先可采用0.5：1濃漿進(jìn)行灌漿護(hù)壁，灌漿壓力不大于0.5MPa。進(jìn)入溶洞采用砂漿灌注時，當(dāng)灌漿達(dá)到0.5～0.7MPa時，將砂漿變換成0.5：1純水泥漿液繼續(xù)進(jìn)行灌注，使最大灌漿壓力大達(dá)到3.0MPa。

3.3.4 漿液配比及檢測

①帷幕灌漿、銜接帷幕漿液一般采用2：1、1：1、0.5：1三級;

②砂漿回填灌漿砂漿比重配比為0.6：1：1.2，當(dāng)灌漿壓力達(dá)到0.5～0.7MPa時，采用0.5：1純水泥漿液;

③加強(qiáng)灌漿在基巖段采用2：1、1：1、0.5：1三級，溶洞充填物段采用0.5：1濃漿開灌。

3.3.5 灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)

①帷幕灌漿在規(guī)定的設(shè)計壓力下，當(dāng)注入率不大于1.0L/min時，繼續(xù)灌注60min，即可結(jié)束灌漿。

②回填砂漿灌漿在規(guī)定的設(shè)計壓力下，當(dāng)注入率不大于1.0L/min時，繼續(xù)灌注30min，即可結(jié)束灌漿。

③加強(qiáng)灌漿在規(guī)定的設(shè)計壓力下，當(dāng)注入率不大于1.0L/min時，繼續(xù)灌注60min，即可結(jié)束灌漿。

④當(dāng)長期達(dá)不到結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)時，報請參建各方共同研究處理措施。

4 ?溶洞灌漿處理

4.1 第一次回填灌漿

根據(jù)設(shè)計通知，右岸590m灌漿平洞K0+544.76～630.76m段（對應(yīng)520灌漿平洞K0+613m溶洞）布置9孔進(jìn)行灌漿處理，2008年4月19日開始鉆孔，在鉆進(jìn)過程中，R2-J-4在20.0m處失水，57.0m處掉鉆，遇到溶洞;R2-J-5孔鉆至58.0m時失水掉鉆，R2-J-7孔46.0處掉鉆，其余孔均未遇到溶洞。為了加強(qiáng)沖洗效果，進(jìn)行上下層聯(lián)合沖洗，在右岸520m灌漿平洞增加5孔，均為朝向上游，仰孔，R3-J-1～3均未遇到黃泥溶洞，R3-J-4、R3-J-5孔，R3-J-4孔深7.0m處遇到黃泥溶洞，R3-J-5孔深5.5m處遇到黃泥溶洞。5月中旬開始進(jìn)行溶洞洗孔，從右岸520m灌漿平洞擠出部分黃泥。至6月2日未見黃泥返出，對R2-J-4進(jìn)行灌漿，開灌漿液為0.5：1：1水泥砂漿，至6月18日，該孔灌漿壓力仍未有上升跡象，決定同時進(jìn)行孔口加沙進(jìn)行灌注，加沙量達(dá)到水泥量的200%，至6月25日該孔灌滿，掃孔后進(jìn)行復(fù)灌，6月29日該孔灌漿結(jié)束，該孔灌漿時與該部位R2-W-18溶洞相串，并回填上升4.0m左右。該部位回填共灌入水泥1519.204噸，折合砂漿1884m3，另孔口加沙302.549噸。

4.2 第二次灌漿處理孔位布置

經(jīng)過第一次溶洞灌漿處理，雖達(dá)到了一定的效果，但為了進(jìn)一步提高該部位防滲能力，決定對該部位進(jìn)行第二次加強(qiáng)灌漿處理，并進(jìn)行帷幕灌漿。具體孔位布置如下：

①以右岸590灌漿平洞K0+576.26為中心，以3m為孔距向兩側(cè)布孔，擬布置16孔進(jìn)行溶洞砂漿回填;優(yōu)先施工R2-SJ1-1～R2-SJ1-16，若未遇到溶洞，則施工R2-SJ2-1～R2-SJ2-16。

②右岸590m灌漿平洞K0+534.26～K0+580.26m段增加一排帷幕灌漿孔，孔距為2m，距上游側(cè)邊墻0.60m，孔號為R2-2-Ⅰ-242～R2-2-Ⅲ-265，其中R2-2-Ⅰ-242、R2-2-Ⅲ-265頂角為6°，R2-2-Ⅲ-243、R2-2-Ⅱ-264頂角為8°，R2-2-Ⅱ-244、R2-2-Ⅲ-263頂角為10°，其余孔均為12°。

③右岸520m灌漿平洞K0+597.5～K0+633.0m段布置9排溶洞加強(qiáng)灌漿孔共37環(huán)，環(huán)間距1.0m，孔深10m。

④右岸520m灌漿平洞K0+590.06m～K0+636.06m段增設(shè)兩排淺帷幕孔，鉆孔為鉛直孔，孔深均為25m，第三排距下游邊墻0.8m，第四排距下游邊墻1.6m。

4.3 第二次灌漿處理效果分析

①砂漿回填孔。

右岸590m灌漿平洞布置砂漿灌漿回填孔，以K0+576.26為中心向兩邊施工，先施工該中心周邊6孔350m，角度為3個45°，2個25°，1個16°，均未遇到溶洞，后暫停施工，安排施工新增帷幕灌漿孔，根據(jù)新增帷幕灌漿孔施工情況再施工砂漿回填孔。為了保證該部位溶洞發(fā)育情況，對未施工完成的第一排砂漿孔調(diào)整頂角25°進(jìn)行施工，發(fā)現(xiàn)掉鉆現(xiàn)象，按照灌漿壓力3.0MPa進(jìn)行灌漿封堵。

②新增帷幕灌漿。

右岸590m灌漿平洞K0+534.26～K0+580.26m段增加一排帷幕灌漿孔共24孔2018.21m，在鉆進(jìn)過程中均未遇到掉鉆現(xiàn)象，從灌漿成果看Ⅰ序孔灌入270.987t，平均單耗540.4kg/m，Ⅱ序孔灌入258.708t，平均單耗為514.8kg/m，Ⅲ序孔灌入358.771t，平均單耗為357.6kg/m，Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序之間遞減率為4.7%、30.5%，符合一般灌漿規(guī)律。

右岸590m灌漿平洞增加帷幕孔孔施工完成后，布置7個質(zhì)量檢查孔，壓水115段，最大透水率為2.26Lu，最小值為0Lu，均滿足設(shè)計要求。

③加強(qiáng)灌漿孔。

右岸520m灌漿平洞加強(qiáng)灌漿孔部分孔遇到黃泥充填溶洞，如R3-JG-5-Ⅰ-5孔孔深7.2～7.6m處遇黃夾層，灌漿已結(jié)束該段灌入水泥2.227噸;R3-JG-5-Ⅰ-9孔灌漿時涌出大量黃泥;R3-JG-6-Ⅰ-3孔灌漿孔深7.0～10.0為黃泥層;灌漿過程中擠出大量黃泥等。從灌漿成果看Ⅰ序孔灌入780.041t，平均單耗472.9kg/m，Ⅱ序孔灌入45.295t，平均單耗為35.5kg/m，Ⅰ、Ⅱ序之間遞減率為92.5%，遞減明顯，符合一般灌漿規(guī)律。

右岸520m灌漿平洞加強(qiáng)灌漿孔施工完成后，布置24個加強(qiáng)灌漿孔，壓水28段，最大透水率為1.12Lu，最小值為0Lu，并選擇R3-JGJ-11、R3-JGJ-22孔進(jìn)行疲勞壓水試驗，經(jīng)過72小時壓水后，R3-JGJ-11透水率為0Lu、R3-JGJ-22透水率為0.24Lu，均滿足設(shè)計要求，從檢查孔芯樣看，可見多處檢查孔芯樣中有水泥結(jié)石，如R3-JGJ-1孔深0.5～0.8m，R3-JGJ-5孔深0.5～0.7m等均可見水泥結(jié)石充填。

④淺排帷幕灌漿。

在K0+613溶洞附近底板施工了2排淺排帷幕，設(shè)計孔深25.0m，主要對該部位未清理干凈的黃泥進(jìn)行高壓劈裂、擠密，同時加強(qiáng)灌前沖洗，對部分黃泥進(jìn)行置換，改善黃泥性能。

在鉆孔過程中大量孔段遇到黃泥層，如R3-3-Ⅱ-1孔2.7～6.0m為黃泥，鉆進(jìn)至6m時與R3-3-Ⅲ-2孔相串，擠出大量黃泥，繼續(xù)鉆進(jìn)至13.5后進(jìn)入基巖;R3-3-Ⅲ-2孔孔深7～26.0m均為黃泥;R3-3-Ⅰ-3孔孔深6.3～9.5m為黃泥、12.7～15.0m破碎夾泥、18.0～26.5m為黃泥等，共有19孔。遇到黃泥的部位加強(qiáng)灌前沖洗，采用群孔聯(lián)合脈動沖洗，使其達(dá)到灌前最佳沖洗效果。

在灌漿過程中打破傳統(tǒng)的分序灌漿原則，利用沖洗效果較好的孔作為進(jìn)漿孔，其余孔作為出漿孔，對黃泥進(jìn)行置換。在高壓下進(jìn)行反復(fù)劈裂，使黃泥部分與水泥結(jié)石網(wǎng)狀結(jié)合，提高黃泥的整體性能。該部位第三排灌入水泥1425.395t，第四排灌入831.558t，灌漿效果明顯。從檢查孔芯樣看，多出充滿水泥結(jié)石或純水泥結(jié)石，并選取R3-WJ-97進(jìn)行疲勞壓水試驗，壓力為2.0～2.5MPa，開始階段透水率為0.48Lu，結(jié)束時透水率為0.0Lu。（圖2、圖3）

5 ?總結(jié)

經(jīng)過多年的運(yùn)行及大壩監(jiān)控儀器數(shù)據(jù)表明，通過以上施工措施的綜合處理，對基巖及溶洞部位起到了良好的加固作用，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，其防滲效果較為理想，綜合效益顯著，確保電站安全可靠運(yùn)行，本次溶洞帶的成功處理可給類似工程提供參考經(jīng)驗。

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作者簡介：蔣和平（1978-），男，湖南安化人，高級工程師，本科，研究方向為水利水電施工。