寇 文 博

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

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淺談清遠(yuǎn)抽水蓄能電站引水隧洞V類圍巖洞段的灌漿處理

寇 文 博

(中國水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

廣東清遠(yuǎn)抽水蓄能電站引水隧洞中平洞V類圍巖洞段地質(zhì)情況極其復(fù)雜，鉆孔過程中易發(fā)生涌沙、涌泥。該洞段由于水泥漿液可灌性差等原因，還需進(jìn)行化學(xué)灌漿。施工過程中，針對(duì)實(shí)際情況采用了適宜的灌漿參數(shù)和正確的施工工藝，并實(shí)施了多種有效的灌漿質(zhì)量檢測方法，取得了較好的效果。

V類圍巖；灌漿參數(shù)； 施工工藝；質(zhì)量檢查；清遠(yuǎn)抽水蓄能電站

1 概 況

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站位于廣東省清遠(yuǎn)市清新縣太平鎮(zhèn)境內(nèi)，裝機(jī)容量為1 280 MW，水庫正常蓄水位高程為612.5 m，設(shè)計(jì)洪水位高程為613.13 m，上庫死水位高程為587 m。樞紐工程由上水庫、下水庫、引水發(fā)電系統(tǒng)組成。

V類圍巖洞段位于水道系統(tǒng)的中平洞上游(Y0+607.5～Y0+649.5),處理長度為42 m。該洞段巖性為燕山三期花崗巖，巖體呈整體結(jié)構(gòu)，完整性好，除斷層帶為全風(fēng)化狀外，其余均為弱～微風(fēng)化狀。0+613～0+645段因斷層f80、f20、f24及裂隙的相互切割，工程地質(zhì)條件差。

該洞段在短短的42 m長度范圍內(nèi)存在4條斷層、3組節(jié)理裂隙，地質(zhì)構(gòu)造異常復(fù)雜(圖1)。

圖1 中平洞縱剖面地質(zhì)構(gòu)造圖

(1)斷 層。

該洞段開挖時(shí)揭露出3條規(guī)模較大的斷層、1條規(guī)模較小的斷層，共4條，分述如下：

f413斷層產(chǎn)狀為N74°W/SW∠80°,寬0.1～0.4 m，斷層帶物質(zhì)為全風(fēng)化硅化構(gòu)造角礫巖，圍巖中見高嶺土化蝕變，沿?cái)鄬訋в械叵滤疂B滴狀出露。

f24斷層產(chǎn)狀為N70°W/SW∠75°～80°,由三條平行的斷層組成，寬度分別為1.5 m、2 m和1 m，斷層帶物質(zhì)為全風(fēng)化構(gòu)造角礫巖，圍巖見高嶺土化蝕變，沿?cái)鄬訋в械叵滤疂B滴～線流狀出露，0+641樁號(hào)有股狀水(Q=5～6 L/min)，受斷層f20及其平行裂隙的相互切割，該斷層的圍巖極不穩(wěn)定， 開挖時(shí)出現(xiàn)塌方現(xiàn)象。

f20斷層產(chǎn)狀為N24°E/NW∠85°，寬1 m，斷層帶物質(zhì)為全風(fēng)化構(gòu)造角礫巖，圍巖見高嶺土蝕變，沿?cái)鄬訋в械叵滤疂B滴狀出露，與f80、 f24斷層互相切割，造成該段圍巖不穩(wěn)定。

f80斷層產(chǎn)狀為EW/S∠80°，寬2 m，斷層帶物質(zhì)為全風(fēng)化構(gòu)造角礫巖，圍巖見高嶺土化蝕變，沿?cái)鄬訋в械叵滤疂B滴狀出露。

(2)節(jié)理裂隙：該洞段節(jié)理裂隙按走向統(tǒng)計(jì)可分為3組，分述如下：

NWW向組：N74°W/SW∠80°，J23，裂隙不發(fā)育，零星分布于整個(gè)洞段，陡傾角，基本平行于斷層f24，裂隙走向與洞軸線夾角較小，呈張開狀，裂面粗糙，延伸長，充填泥質(zhì)、鈣質(zhì)，鐵錳質(zhì)渲染，有地下水滲滴狀出露。

NNW向組：N14°W/SW∠80°，J24，分布樁號(hào)0+620～0+690，裂隙不發(fā)育，零星分布，陡傾角，閉合～微張狀，充填鈣質(zhì)，裂隙走向基本與斷層f24、f80走向垂直，使斷層處洞段圍巖不穩(wěn)定。

NNE向組：N24°E/NW∠85°，J25，裂隙不發(fā)育，零星分布，平行于斷層f20，陡傾角，閉合～微張狀，充填泥質(zhì)、鈣質(zhì)，與斷層f24、f80相互切割，使斷層處圍巖不穩(wěn)定。

(3)地下水。

該洞段除斷層帶和沿近東西向及北西西向組節(jié)理裂隙有滲滴～股狀水出露外，其余洞段干燥。

2 灌漿施工存在的難點(diǎn)

(1)將該洞段灌漿量增加到10 440 m，孔深為12 m，原投標(biāo)文件中的施工工藝已不能適應(yīng)實(shí)際現(xiàn)場施工要求。

(2)根據(jù)灌漿檢查情況，工程量呈漸進(jìn)式增加，而隧洞原定充水工期不變。

(3)該洞段地質(zhì)情況極其復(fù)雜，巖石裂隙發(fā)育，有三條較大的斷層以及裂隙在該洞段交匯，在鉆進(jìn)過程中易發(fā)生卡鉆，部分灌漿孔流沙、涌泥形成塌孔。

(4)該洞段在開挖期間支護(hù)類型復(fù)雜，主要有工字鋼、連接筋、鋼筋網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿、超前錨桿、隨機(jī)錨桿、鎖腳錨桿及超前小導(dǎo)管等，在鉆進(jìn)過程中極易碰到鋼筋和錨桿等。

3 灌漿參數(shù)與采取的施工工藝

由于該部位工程量的大量增加，且在隧洞充水工期不變的情況下，采取了一系列趕工應(yīng)對(duì)措施。針對(duì)地質(zhì)情況復(fù)雜的現(xiàn)狀，改進(jìn)了施工工藝，采用地質(zhì)鉆機(jī)回旋鉆進(jìn)與沖擊鉆進(jìn)相結(jié)合及分段多循環(huán)灌漿的施工工藝；在灌漿過程中，采用復(fù)合灌漿的施工工藝，保證了灌漿質(zhì)量；灌漿結(jié)束后，采用多種方法檢查灌漿質(zhì)量，有效地保證了該洞段的灌漿質(zhì)量。

3.1 加快鉆灌的施工措施

建立了施工項(xiàng)目進(jìn)度和質(zhì)量控制的組織系統(tǒng)及目標(biāo)控制體系，成立了快速應(yīng)變工作小組，發(fā)現(xiàn)問題當(dāng)場解決，不推不拖，化解矛盾，減少了工期損失并增加了資源投入。

為加快鉆灌進(jìn)度，將2臺(tái)地質(zhì)鉆機(jī)固定在鉆灌平臺(tái)上，將鉆機(jī)的回轉(zhuǎn)器中心處于隧洞中心線上。2臺(tái)地質(zhì)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)器中心之間的水平距離正好為同序排灌漿孔之間的距離。在灌漿施工過程中，嚴(yán)格按照施工順序，從下游向上游灌漿，盡量完成同序灌漿孔的鉆孔施工。

該段灌漿以水泥灌漿為主，化學(xué)灌漿為輔，在水泥灌漿結(jié)束后進(jìn)行化學(xué)灌漿補(bǔ)強(qiáng)。

(1)水泥灌漿參數(shù)。

在Y0+607.582～Y0+649.582Ⅴ類圍巖段，固結(jié)灌漿為每圈15個(gè)孔，排距1.5 m，入巖12 m，將灌漿壓力控制在4.5 MPa。每孔分為兩個(gè)灌漿段，第一段鉆進(jìn)長度為6 m，將栓塞置于混凝土襯體內(nèi)逐級(jí)加壓施灌，以4.5 MPa壓力結(jié)束灌漿。第二段鉆進(jìn)長度為設(shè)計(jì)孔深，將栓塞置于已灌漿段內(nèi)1 m處施灌，逐級(jí)加壓，以該洞段相應(yīng)設(shè)計(jì)壓力結(jié)束灌漿。Ⅴ類圍巖灌漿起始水灰比為3∶1。施工時(shí)先施工Ⅰ序排，再施工Ⅱ序排，環(huán)內(nèi)先Ⅰ序孔，再Ⅱ序孔，灌漿時(shí)由低處往高處，從底孔往頂孔灌注。

(2)化學(xué)灌漿參數(shù)。

中平洞V類圍巖化學(xué)灌漿處理總長度為42 m，分三個(gè)單元，每個(gè)單元為14 m長，9或10環(huán)，排距為1.5 m,孔間距約2 m,每環(huán)布置15個(gè)灌漿孔。灌漿孔采用梅花型布置，分兩序進(jìn)行灌漿。采用純壓式全孔一次灌漿法，鉆入基巖7.5 m為1段，阻塞于基巖50 cm處或阻塞于混凝土內(nèi)進(jìn)行化學(xué)灌漿，化學(xué)灌漿壓力為4.5 MPa。

(3)鉆孔工藝。

采用正確的鉆孔工藝。利用XY-2型地質(zhì)鉆鉆孔，采用前期混凝土施工預(yù)埋灌漿管的辦法。前期采用金剛石鉆頭回旋鉆進(jìn)，磨穿位于開挖線外的工字鋼、連接筋、鋼筋網(wǎng)片、系統(tǒng)錨桿、超前錨桿、隨機(jī)錨桿、鎖混凝土錨桿及超前小導(dǎo)管等。當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)1 m后，將回旋鉆頭更換為沖擊鉆頭，避免了打斷襯砌鋼筋且有效地解決了鉆孔過程中的卡鉆現(xiàn)象，提高了施工效率，保證了隧洞充水工期。

上述灌漿參數(shù)和施工方法的實(shí)施，有效地解決了該洞段圍巖類別復(fù)雜且節(jié)理裂隙較多(其中充填泥質(zhì)、鈣質(zhì)，裂隙開度微細(xì))、單純水泥灌漿存在水泥漿液灌注不進(jìn)漿、壓水呂榮值較大的問題；同時(shí)解決了該段斷層交錯(cuò)發(fā)育、圍巖局部存在高嶺土蝕變現(xiàn)象，在開孔進(jìn)行水泥灌漿過程中遇到斷層處經(jīng)常出現(xiàn)卡鉆、涌沙、涌泥的問題。

3.2 多種灌漿質(zhì)量檢測方法相結(jié)合

該洞段在灌漿結(jié)束后，按規(guī)范要求進(jìn)行了回填灌漿的壓漿試驗(yàn)及固結(jié)灌漿的壓水試驗(yàn)。

中平洞作為高水頭電站的關(guān)鍵建筑物,須根據(jù)洞內(nèi)靜水壓力設(shè)計(jì)最小覆蓋厚度,并要求洞內(nèi)靜水壓力小于圍巖最小地應(yīng)力。對(duì)于斷層破碎帶，需校核斷層結(jié)構(gòu)的抗劈裂強(qiáng)度。另外，為校核襯砌和圍巖結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和防滲性能，需對(duì)鉆孔實(shí)施該段巖體的壓水試驗(yàn)、聲波試驗(yàn)、鉆孔取芯及彈模試驗(yàn)，獲得該部位巖體的抗?jié)B性能、彈性模量與變形模量。鉆孔變形試驗(yàn)與地質(zhì)取芯、高壓壓水、水力劈裂試驗(yàn)共用鉆孔。中平洞塌方段水泥化學(xué)灌漿鉆孔變形試驗(yàn)在水泥灌漿后、化灌前布置了3個(gè)孔，化灌后布置了5個(gè)孔，具體孔位布置由設(shè)計(jì)、業(yè)主和監(jiān)理指定。

聲波檢測分三個(gè)階段進(jìn)行檢查：階段Ⅰ(固結(jié)灌漿前)，階段Ⅱ(水泥灌漿結(jié)束后28 d)，階段III(化學(xué)灌漿結(jié)束后28 d)。通過對(duì)比不同階段的檢測成果，對(duì)灌漿效果進(jìn)行了分析，其中第三方檢測在化學(xué)灌漿結(jié)束后28 d進(jìn)行。聲波檢測成果見表1。

表1 Ⅴ類圍巖洞段各階段聲波檢測成果表

彈模檢測分兩個(gè)階段進(jìn)行檢查：階段Ⅰ(固結(jié)灌漿后)，階段Ⅱ(化學(xué)灌漿結(jié)束后28 d)。通過對(duì)比不同階段的檢測成果，對(duì)灌漿效果進(jìn)行分析。

變形試驗(yàn)采用CJBE91-Ⅰ型鉆孔彈模儀，該鉆孔彈模儀最大工作壓力可達(dá)70 MPa，活塞最大行程為15 mm，變形量測精度達(dá)0.001 mm。試驗(yàn)利用儀器內(nèi)部的四個(gè)千斤頂活塞推動(dòng)兩塊剛性承壓板對(duì)鉆孔壁巖體施加一對(duì)稱的條帶荷載。在承壓板上裝有LVDT線性差動(dòng)變壓器式位移傳感器，用于測量鉆孔孔壁巖體在加載時(shí)的徑向變形。

分段壓水檢查的分段壓水段長1.5 m，采用分段鉆進(jìn)、分段壓水的方式。第一段栓塞須位于混凝土襯砌上，以檢查混凝土襯砌和圍巖交界處的薄弱部位，壓力為1 MPa；第一段后，以充分取得蝕變帶或破碎帶段壓水試驗(yàn)值為原則，可以適當(dāng)調(diào)整壓水塞位。中平洞檢查壓力為3.6 MPa。

高壓壓水檢查分兩個(gè)階段進(jìn)行檢查：階段Ⅰ(固結(jié)灌漿前)，階段Ⅱ(化學(xué)灌漿結(jié)束后28 d)。通過對(duì)比不同階段檢查成果，對(duì)灌漿效果進(jìn)行分析。多點(diǎn)壓水栓塞位于斷層以外0.5 m，試驗(yàn)壓力以1MPa為級(jí)差逐級(jí)升壓至4.5 MPa。

鉆孔取芯檢查嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)布置的取芯孔進(jìn)行施工，取芯采用雙套管小進(jìn)尺進(jìn)行，對(duì)于蝕變帶或破碎帶盡可能采用干鉆，采取率要求達(dá)到85%以上；巖芯要按順序擺放，每回次進(jìn)尺必須詳細(xì)記錄清楚。

為保證灌漿質(zhì)量檢查的科學(xué)性、客觀性、準(zhǔn)確性，該洞段還引入了第三方檢測，最終檢測成果顯示該洞段灌后平均最大透水率僅為0.31 Lu，遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)不大于1 Lu的灌漿質(zhì)量防滲要求。具體試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)參數(shù)見表2。

表2 Ⅴ類圍巖洞段灌漿檢查孔壓水試驗(yàn)(第三方檢測)統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié) 語

清遠(yuǎn)抽水蓄能電站在中平洞灌漿施工過程中，克服了工作面狹小、地質(zhì)條件差、工作任務(wù)量大、施工難度大的難題，采取了正確的灌漿參數(shù)和適宜的灌漿施工工藝以及多種質(zhì)量檢查試驗(yàn)相結(jié)合的措施，有效地提高了隧洞灌漿的施工進(jìn)度，取得了良好的灌漿效果。

(責(zé)任編輯：李燕輝)

2017-04-23

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1001-2184(2017)03-0075-04

寇文博(1987-)，男，河北衡水人，項(xiàng)目工程質(zhì)量部主任，助理工程師，從事水利水電工程施工技術(shù)與管理工作.