徐進(jìn)鵬，蘭曉（中國長江三峽集團(tuán)公司，四川成都610000）

白鶴灘水電站右岸導(dǎo)流洞出口錯動帶及斷層影響帶帷幕灌漿研究與分析

徐進(jìn)鵬，蘭曉
（中國長江三峽集團(tuán)公司，四川成都610000）

為了解決白鶴灘水電站導(dǎo)流洞區(qū)域內(nèi)的層間層內(nèi)錯動帶、弱風(fēng)化及卸荷巖體、斷層影響帶等經(jīng)灌漿處理后的防滲效果，導(dǎo)流洞帷幕灌漿施工提供依據(jù)，并指導(dǎo)后期大范圍帷幕灌漿施工。通過對右岸導(dǎo)流洞進(jìn)出口采用“小口徑鉆孔、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌漿”的整體方案。對于地質(zhì)條件復(fù)雜裂隙部位采用限量、待凝復(fù)灌、不限量正常灌注、不限量間歇灌漿等灌漿方式進(jìn)行灌漿。經(jīng)灌漿后，該區(qū)域灌后透水率滿足不大于3 Lu的設(shè)計要求。灌漿施工工藝及參數(shù)在技術(shù)上可行，成本經(jīng)濟(jì)合理，施工質(zhì)量得到保證，對后續(xù)白鶴灘工程壩基及引水發(fā)電系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)的防滲帷幕灌漿具有指導(dǎo)性意義。

導(dǎo)流洞；錯動帶；斷層；帷幕灌漿

白鶴灘水電站作為西電東送的骨干電源點之一，樞紐工程由混凝土雙曲拱壩、引水發(fā)電系統(tǒng)和泄洪建筑物組成。工程施工時共布置5條導(dǎo)流隧洞進(jìn)行導(dǎo)流，平面上呈雙彎、平行布置，軸線間距60 m，下游段與引水發(fā)電系統(tǒng)的尾水隧洞相結(jié)合。導(dǎo)流洞穿過地層主要為杏仁狀玄武巖、隱晶～微晶玄武巖夾角礫熔巖、玄武質(zhì)凝灰?guī)r，沿線地質(zhì)條件復(fù)雜，節(jié)理裂隙發(fā)達(dá)。同時，導(dǎo)流洞出口段高程較外側(cè)河流水位低20～30 m，導(dǎo)流洞施工期江水內(nèi)滲，特別是汛期水位升高后江水沿層內(nèi)（間）錯動帶、卸荷裂隙及斷層影響帶等不良地質(zhì)段向?qū)Я鞫磧?nèi)滲水，對導(dǎo)流洞施工造成直接影響，因此，必須對上述不良地質(zhì)部位進(jìn)行防滲帷幕灌漿，以增強(qiáng)其抗?jié)B性和整體性[1]，彌補(bǔ)因裂縫、斷層破碎帶對工程造成的損害，從而保證施工人員及設(shè)備安全。

1　灌漿方案及處理措施

1.1總體方案設(shè)計

右岸導(dǎo)流洞出口沿江側(cè)帷幕灌漿試驗布置在右岸導(dǎo)流2號施工支洞進(jìn)洞口110.00 m范圍內(nèi)，沿線主要為角礫熔巖、斜斑玄武巖、隱晶玄武巖、杏仁玄武巖等，局部發(fā)育柱狀節(jié)理。

帷幕灌漿區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷層有f418、f419、f420等陡傾角小斷層，斷層走向在N50°～60°W范圍內(nèi)；層間層內(nèi)錯動帶有C2、RS314、RS316、RS317等；裂隙發(fā)育，①N35°～60°W，SW∠70°～85°；②N30°～45°E，NE∠15°～30°；③N5°～15°W，NE∠80°～85°；④N45°～75°E，NW∠75°～80°。裂隙在同一部位一般只發(fā)育1～2組，延伸長2～3 m，少數(shù)可達(dá)5～6 m或更長，裂隙間距一般大于30 cm，裂面多新鮮閉合，多起伏粗糙，結(jié)合緊密，少數(shù)充填鈣質(zhì)薄膜。

基巖水泥灌漿施工過程主要包括鉆孔、沖孔、壓水試驗、灌漿及質(zhì)量檢查等。本次施工程序：抬動觀測孔鉆孔、安裝→先導(dǎo)孔→Ⅰ序孔→Ⅱ序孔→Ⅲ序孔→檢查孔。灌漿前將該區(qū)域由臨江測依此劃分為3個單元，每個單元布設(shè)1個抬動觀測孔。帷幕灌漿孔均采用單排帷幕，按分序加密原則，共分3序。在Ⅰ序孔之前，先實施先導(dǎo)孔并進(jìn)行灌前壓水檢查，以獲取灌漿區(qū)域范圍內(nèi)的地質(zhì)情況。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔施工擬采用灌漿段長及各段壓力選取見表1。之后根據(jù)地質(zhì)情況及相關(guān)工程初步選擇孔距為2.0 m。同時在Ⅰ序孔中，選擇5個孔作為先導(dǎo)孔，間距16 m、孔深61～62 m。II序孔間距8 m、III序孔間距為4 m，I、II、III序孔孔深均為56～57 m。對于孔深，由于第一段處于爆破后的虛渣層內(nèi)，需要鑲筑孔口管，段長設(shè)定為2 m；同時考慮到第二段設(shè)定的灌漿壓力不大，段長設(shè)定為3 m；第三段、第四段及以下段長設(shè)定為5 m。灌后在灌漿區(qū)域內(nèi)共布置5個檢查孔，孔深比灌漿孔深5 m，對灌漿效果進(jìn)行鉆孔取樣，以檢查灌漿質(zhì)量（見表1）。灌漿區(qū)地質(zhì)剖面圖及鉆孔布置如圖1、圖2所示。

表1　帷幕灌漿壓力及分段表Tab.1Curtain grouting pressure and the fragment table

圖1　右岸導(dǎo)流洞出口帷幕灌漿區(qū)地質(zhì)剖面圖Fig.1　The right bank diversion tunnel outlet curtain grouting area geological profile

圖2　帷幕灌漿孔孔位布置圖Fig.2　Curtain grouting distributed arrangement

1.2施工方法選取

依據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》，鑒于該區(qū)域地質(zhì)條件較差，斷層及裂隙較為發(fā)育，考慮到灌漿過程中，漿液自裂隙及斷層漏失，發(fā)生“灌不住”和“順縫跑”現(xiàn)象[2]，故對該區(qū)域采取“小口徑鉆孔、孔口封閉[3]、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌漿”方式施工，可以有效解決坍孔、掉塊、垂直裂隙發(fā)育等問題孔段的順利灌注[4]。1～3段壓水采用“簡易壓水”，壓水壓力為水泥灌漿壓力的80%，且最大壓力不超過1.0 MPa。灌漿孔第4段及以下各段壓水采用“五點法”，壓力為：0.3 MPa、0.6 MPa、1.0 MPa、0.6 MPa、0.3 MPa。

1.3覆蓋層鉆孔措施

因本次帷幕灌漿區(qū)施工面以下存在0.5～0.8 m的松渣層及一定厚度的爆破卸荷松弛層，鉆孔時存在無回水、卡鉆、塌孔、掉塊等，施工過程中無法成孔。對所有孔采用XY-2型地質(zhì)回轉(zhuǎn)式鉆機(jī)和金剛石鉆頭。虛渣層采用Φ110 mm的鉆頭鉆進(jìn)，用Φ110 mm的護(hù)壁管跟進(jìn)，所有孔鉆至入巖2.0 m后，直接埋設(shè)孔口管，孔口管深入到砼與基巖結(jié)合面以下2.0 m，露出孔口0.2 m。先導(dǎo)孔、檢查孔孔徑為孔口段Φ91 mm，以下各段孔徑均為Φ76 mm；一般灌漿孔孔口段Φ91 mm，以下各段孔徑均為Φ56 mm。

1.4孔斜處理措施

為保證鉆孔孔斜滿足要求，開鉆前先對帷幕孔軸線左、右2 m范圍內(nèi)支洞底板澆筑一定厚度的混凝土，并采用枕木平穩(wěn)機(jī)身。鉆機(jī)前、后采用Φ60 mm地錨固定。其次，用水平尺測量機(jī)架X、Y方向的水平度，采用吊線錘或羅盤測量立軸垂直度。鉆機(jī)固定后采用長度為0.5 m、1.0 m、1.5～3.0 m三套鉆具施工第一段，第二段及以下各段均采用長度≥2 m的鉆具造孔。在鉆機(jī)鉆孔時中采用輕壓慢轉(zhuǎn)方式，主要以機(jī)具自重為主并適當(dāng)加設(shè)鉆壓，避免鉆壓過大導(dǎo)致孔內(nèi)鉆桿彎曲而產(chǎn)生偏斜。鉆孔過程中主要對前20 m進(jìn)行孔斜測量，平均每5.0 m測量一次孔斜，20.0 m后每10.0 m測量一次。

1.5水灰比選取

鑒于導(dǎo)流洞出口沿江帷幕灌漿段部分巖石破碎、節(jié)理裂隙發(fā)育，且存在斷層及錯動帶，預(yù)計灌漿時耗漿量大，且灌漿帷幕的設(shè)計要求[5]為小于3 Lu，依據(jù)《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》，并參照小灣工程經(jīng)驗[4，6]，本次帷幕灌漿施工采用強(qiáng)度等級PO.42.5級普通硅酸鹽水泥漿液。灌漿施工水泥漿液水灰比采用2∶1、1∶1、0.8∶1.0、0.5∶1.0等4個比級。水泥灌漿開灌水灰比根據(jù)基巖的透水率與灌前壓水試驗結(jié)果確定。灌漿前壓水透水率特別大的灌漿段，用較低水灰比的濃漿開灌[7-8]，開灌水灰比為2∶1。

1.6鉆孔沖洗

由于灌漿區(qū)淺表部位受爆破影響，產(chǎn)生卸荷松弛，同時，在施工支洞施工過程中，有大量泥漿帶入卸荷松弛層內(nèi)。再者C2及斷層破碎帶內(nèi)物質(zhì)組成為巖屑夾泥型，較疏松、風(fēng)化弱、膠結(jié)差，在沖洗過程中，先用高壓水連續(xù)沖洗5～10 min，再將孔口壓力驟降至零，形成反向脈沖流，當(dāng)回水由混變清后再升至原沖洗壓力，持續(xù)5～10 min，如此升降、壓放反復(fù)，直至回水澄清。對有壓單孔脈沖沖洗壓力應(yīng)控制在灌漿壓力的80%且不超過1 MPa，以保證混找平凝土不抬動。

1.7特殊孔段處理措施

本次帷幕灌漿區(qū)因裂隙、斷層破碎帶和層內(nèi)（間）錯動帶發(fā)育，在灌漿過程中可能出現(xiàn)吸漿量大、冒漿、漏漿等特殊情況。根據(jù)國內(nèi)同類工程處理措施，對其擬采用限量、待凝復(fù)灌、不限量正常灌注、不限量間歇灌漿[9]等灌漿方式。對于淺表巖體受爆破荷松弛，較為破碎難以起壓（或起壓后漿液擴(kuò)散較遠(yuǎn)），需要加長孔口管的鑲鑄長度，并采用低壓（或無壓）限量漫灌的措施[10]。

2　灌漿成果分析

2.1壓水成果分析

本灌漿區(qū)共計壓水685段，從灌前壓水情況看，整體I、Ⅱ、Ⅲ序孔平均透水率分別為qI=55.33 Lu、qII=19.11 Lu、qIII=4.79 Lu，qI>qII>qIII呈遞減趨勢，遞減率分別為65.5%、74.9%，符合灌漿規(guī)律。灌后對I、Ⅱ、Ⅲ區(qū)6個檢查孔共計壓水84段，灌漿區(qū)整體灌后平均透水率q=1.91 Lu，滿足設(shè)計要求的不大于3 Lu。各單元壓水情況統(tǒng)計如表2所示。

表2　灌漿區(qū)壓水情況統(tǒng)計表Tab.2Statistics of the grouting pressure water situation

2.2單位注入量分析

本次灌漿區(qū)域共計鉆孔3 438.22 m，灌漿長度3 168.35 m，灌漿水泥總用量為360 372.32 kg，實際注入水泥321 999.41 kg，整體平均單耗為101.63 kg/m。其中I、Ⅱ、Ⅲ序孔平均單位注入量分別為CI= 258.77 kg/m、CII=73.83 kg/m、CIII=29.77 kg/m，CI>CII> CIII呈遞減趨勢，遞減率分別為71.5%、59.7%，符合灌漿規(guī)律。各單元灌漿情況見圖3。

圖3　灌漿區(qū)各單元分序單位注入量直方圖Fig.3　Grouting area each unit points injection histogram sequence units

綜合分析表2及圖3可得，本次灌漿區(qū)域內(nèi)的各單元和整體平均透水率及單位注入量關(guān)系為：Ⅰ序孔＞Ⅱ序孔＞Ⅲ序孔，呈遞減趨勢，符合灌漿規(guī)律。說明經(jīng)過先序孔的灌漿，后序孔的灌前透水率及單位注入量逐漸減小，說明該部位巖體具有較好的可灌性，排內(nèi)分序逐漸加密的施工方式是可行的。

2.3特殊孔段灌漿處理分析

表3給出了灌漿區(qū)部分孔段，在施工過程中出現(xiàn)的鉆孔不反水等典型灌漿方法處理的孔號及段次統(tǒng)計。據(jù)統(tǒng)計，最大吸漿量達(dá)到4 834.79 kg/m，注入量偏大的孔段吸漿量一般超過500 kg/m。經(jīng)施工發(fā)現(xiàn)采取間歇、待凝灌漿在復(fù)灌時仍無壓無回，有一定效果，但停灌待凝耗時較長，制約施工進(jìn)度；不限量灌注單從工程造價看，不滿足經(jīng)濟(jì)性要求；間歇灌漿在造價方面雖較不限量灌漿經(jīng)濟(jì)，但灌漿質(zhì)量不能得到有效保證；采取不限量、限流、限壓間歇灌漿的灌漿方法從灌漿連續(xù)性和灌灰量及施工進(jìn)度方面是有利的，尤其可使工程質(zhì)量得到保證。

表3　特殊孔段典型灌漿方法處理情況Tab.3　Special hole section of a typical grouting method to deal with

表4　灌前壓水和灌漿單位注入量關(guān)系表Tab.4　Irrigation water pressure and grouting unit before injection relational tables

2.4灌前壓水和灌漿單位注入量關(guān)系分析

在灌漿成果分析的基礎(chǔ)上，對灌前壓水和灌漿單位注入量關(guān)系表4進(jìn)行統(tǒng)計分析，可得：

1）q<1 Lu，C<10 kg/m的孔段巖石裂隙不發(fā)育，或由于后序孔經(jīng)先序孔灌漿處理后裂隙滲透性減小所致，說明灌漿起到了顯著的效果。

2）q<5 Lu，C>100 kg/m的孔段裂隙內(nèi)為泥質(zhì)充填物，具有一定的天然抗?jié)B能力，在壓力為1 MPa時，滲透性較小，而在壓力達(dá)到2 MPa時卻有較好的可灌性，由此表明充填型裂隙雖具有一定抗?jié)B透能力，但其抗?jié)B穩(wěn)定性較差，在較大壓力作用下，極易破壞形成漏水通道，因此必須經(jīng)過灌漿處理，才能提高整體帷幕的抗?jié)B穩(wěn)定性。

3）q>10 Lu，C<50 kg/m的孔段主要分布在完整巖石和已灌漿范圍內(nèi)，由于巖石裂隙細(xì)微，呈閉合狀，壓水透水性大，可灌性差，灌漿效果不夠顯著，灌漿過程中極易出現(xiàn)水泥漿失水回濃現(xiàn)象。

4）q>50 Lu，C>500 kg/m的孔段主要原因為：①鉆孔遭遇斷層、層間錯動帶，裂隙較為寬大、延伸性好；②裂隙內(nèi)無充填物或雖有充填但較為疏松，透水性強(qiáng)，可灌性好。統(tǒng)計結(jié)果表明，這類孔段所占比例雖不大，但灌入的灰量卻很大，在灌漿開始時，一般不能盡快達(dá)到設(shè)計壓力，需分階段逐級升壓或限流、間歇甚至待凝才能滿足灌漿要求，灌漿歷時長，亦極易誘發(fā)孔內(nèi)事故，是整個帷幕的薄弱部位，也是滲水的主要通道，必須進(jìn)行充分灌注，否則會影響整個帷幕的防滲性能。

2.5整體評價

灌漿結(jié)束后，對灌漿成果進(jìn)行綜合統(tǒng)計分析可得：

1）從I序孔灌前壓水透水率看，灌漿區(qū)裂隙較為發(fā)育，透水性較大。存在的裂隙或軟弱夾層、斷層及層間錯動帶等透水性強(qiáng)，與前期地質(zhì)勘探成果相吻合。

2）各孔段灌漿壓水試驗的透水率隨著灌漿孔序的增加遞減較明顯。分析認(rèn)為大的裂隙或?qū)娱g錯動帶發(fā)育范圍較大，隨著帷幕灌漿的進(jìn)行，漿液能夠很好地對其進(jìn)行充填，致使不同孔序透水率明顯減小。

3）各孔段單位注入量隨著灌漿孔孔序的增加遞減較為明顯，表明灌漿取得的效果較好。

4）各孔段的單位注入量與灌前壓水試驗的透水率基本相匹配，單位注入量符合壓水試驗成果及灌漿區(qū)地質(zhì)條件。

5）本次檢查孔共計取芯75塊，整體較為完整，部分呈碎塊狀。6個檢查孔巖芯采取率平均達(dá)到95.77%以上，達(dá)到合格標(biāo)準(zhǔn)。取出比較明顯的水泥結(jié)石厚度約1～3 mm，最大的達(dá)7 mm，水泥與基巖面膠結(jié)緊密，結(jié)石膠結(jié)情況良好。

3　結(jié)論

由于巖體內(nèi)存在破碎帶、斷層及層間錯動帶，導(dǎo)致孔內(nèi)掉塊，阻塞器無法按要求阻塞到位，故“小口徑鉆孔、孔口封閉、孔內(nèi)循環(huán)、自上而下分段灌漿”灌漿施工工藝及參數(shù)在技術(shù)上是可行的，成本上是合理的，施工質(zhì)量上是得到保證的。

在爆破卸荷松弛層采用預(yù)埋孔口管及錯動帶、斷層影響帶采用有壓單孔脈沖沖洗法能夠有效解決上述不良地質(zhì)條件下的灌漿施工，對其他工程防滲帷幕灌漿施工具有指導(dǎo)意義。

通過本次對導(dǎo)流洞出口錯動帶及斷層影響帶帷幕灌漿施工研究，對后續(xù)白鶴灘工程壩基及引水發(fā)電系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)的防滲帷幕灌漿具有指導(dǎo)性意義。

[1]孫釗.大壩基巖灌漿[M].北京:中國水利水電出版社，2004.

[2]裴向軍，黃潤秋，李正兵，等.錦屏一級水電站左岸卸荷拉裂松弛巖體灌漿加固研究[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報，2011，30（2）:284-288. PEI Xiangjun，HUANG Runqiu，LI Zhengbing，et al. Research on grouting rein for cement of unloading fractured loose rock mass in leet bank of jinping I hydropower station[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering，2011，30（2）:284-288（in Chinese）.

[3]熊進(jìn)，祝紅，葉偉峰.三峽工程基礎(chǔ)帷幕灌漿試驗[J].人民長江，1998，29（12）:12-14. XIONG Jin，ZHU Hong，YE Weifeng.Study on foundation modgl for TGP shiplocks’rock slope stability analysis[J]. Journal of the Yangtze River People，1998，29（12）:12-14（in Chinese）.

[4]申國濤，蔣國盛，繆緒樟.小灣水電站壩基高壓帷幕灌漿施工工藝分析[J].人民黃河，2011，33（8）:124-126. SHEN Guotao，JIANG Guosheng，MIAO Xuzhang.Discussion on grouting curtain process in high pressure in dam foundation construction of xiaowan hydropower station[J]. Yellow River，2011，33（8）:124-126（in Chinese）.

[5]隧洞沿江側(cè)防滲帷幕灌漿生產(chǎn)性試驗研究大綱[M].杭州:中國水利水電顧問集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院，2011.

[6]楊力.淺談小灣大壩帷幕灌漿施工工藝[J].水利與建筑工程學(xué)報，2010，8（1）:155-159. YANG Li.Brief discussion on construction technology of curtain grouting in xiaowan dam[J].Journal of Water Resources and Architectural Engineering，2010，8（1）:155-159（in Chinese）.

[7]SL62-94.水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國水利水電出版社，1994.

[8]譚日升.大壩基礎(chǔ)灌漿水灰比的探討[J].水力發(fā)電，2011，37（8）:45-48. TAN Rishen.Discussion of water-cement ration for dam foundation groution[J].Hydroelectric Power，2011，37（8）: 45-48（in Chinese）.

[9]許厚材.水利水電工程基礎(chǔ)灌漿中特殊地層的灌漿方法[J].水力發(fā)電，2005，31（9）:36-38.XU Houcai.Grouting method of particular strata in the foundationgroutingofhydro-engineeringprojects[J].Hydroelectric Power，2005，31（9）:36-38（in Chinese）.

[10]高祖純.淺層破碎巖體高壓帷幕灌漿技術(shù)研究[J].人民長江，2005，36（2）:14-16.GAO Zuchun.Research on high pressure curtain grouting technology in shallow broken rockmass[J].Journal of the Yangtze River People，2005，36（2）:14-16（in Chinese）.

（編輯李沈）

Research and Analysis on Curtain Grouting in Disturbed Belt and Fault Zone at the Right Bank Diversion Tunnel Outlet of Baihetan Hydropower Station

XU Jinpeng，LAN Xiao
（China Three Gorges Corporation，Chengdu 610000，Sichuan，China）

To address the anti-seepage issue of the grouting treatment in the disturbed belt between layers and within the layer，weakly weathered and unloading rock mass and fault zone in the diversion tunnel area of Baihetan Hydropower Station，and to provide the basis for curtain grouting construction of the diversion tunnel and guide for the large size curtain grouting in the further stage，an overall scheme of“small-diameter boring，porthole closed，circulating inside the hole and top-down grouting”is adopted in this paper.For fractured parts of complicated geological conditions，we adopt methods such as the limited，waiting for cement setting and re-grouting，unlimited normal grouting and unlimited intermittent grouting.After grouting，the water permeability rate of the area is not greater than the design requirements of 3 Lu.The Grouting construction technology and parameters as proposed in the paper are technically feasible，the cost is economical and reasonable，and the quality is guaranteed.The paper provides meaningful guidance for high-standard anti-seepage curtain grouting for the dam construction of Baihetan Hydropower Station in the further stage.

diversion tunnel；disturbed belt；chasms；curtain grouting

1674-3814（2015）07-0114-05中圖分類號：TV543+.5

A

2015-02-10。

徐進(jìn)鵬（1984—），男，碩士，工程師，主要從事大型水電工程建設(shè)管理工作；

蘭曉（1986—），男，碩士，工程師，主要從事大型水利工程移民及項目管理工作。