白鶴灘水電站柱狀節(jié)理玄武巖帷幕灌漿試驗(yàn)研究

2019-10-29 06:34張熊君石焱炯

中國水利 2019年18期

張熊君，石焱炯，李毅

（中國三峽建設(shè)管理有限公司，610000，成都）

白鶴灘水電站受地形條件限制，采用地下廠房形式，地下廠房洞室群規(guī)模居世界第一位。廠區(qū)賦存柱狀節(jié)理玄武巖、層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，玄武巖質(zhì)地堅(jiān)硬、隱裂隙發(fā)育，可灌性較差，然而層間錯(cuò)動(dòng)帶內(nèi)部為含泥化夾層防滲效果較差，存在局部滲漏風(fēng)險(xiǎn)。為保證白鶴灘水電站長期穩(wěn)定運(yùn)行，防滲是必須解決的關(guān)鍵問題之一。

一、工程概況

1.工程規(guī)模

白鶴灘水電站左、右岸地下廠房各布置8臺水輪發(fā)電機(jī)，單機(jī)容量1000 MW，電站總裝機(jī)容量16000 MW，是目前在建的世界第一大水電站，廠區(qū)防滲系統(tǒng)采用廠壩帷幕相連接半包圍廠房布置方案（見圖1）。

圖1 白鶴灘水電站帷幕布置示意圖

廠區(qū)防滲帷幕平面上布置在引水豎井上游距離廠房上游墻86.5 m處，北端與壩體帷幕連接成一體，南端兼顧廠房頂部交通洞、尾水調(diào)壓室交通洞等輔助洞室運(yùn)行要求，將帷幕轉(zhuǎn)向山體內(nèi)并延至與進(jìn)廠交通洞延伸洞堵頭帷幕灌漿環(huán)連接再向山體內(nèi)延伸150 m。從高程825 m至高程590.6 m，布置6層灌漿廊道，通過灌漿廊道布置帷幕灌漿孔進(jìn)行帷幕灌漿，形成上游庫水防滲體系，將廠區(qū)與庫區(qū)隔離。防滲帷幕從825 m延伸至550 m高程，總深度約為275 m，局部層間錯(cuò)動(dòng)帶部位的防滲帷幕加深，帷幕灌漿總量約為103萬m3。

2.工程地質(zhì)

左岸由峨眉山組 P2β34～P2β42層玄武巖構(gòu)成，巖性為隱晶質(zhì)玄武巖、杏仁狀玄武巖、角礫熔巖、斜板玄武巖及凝灰?guī)r等；高程550～740 m段分布有 P2β32、P2β33層第一類、第二類柱狀節(jié)理玄武巖。右岸由峨眉山組玄武巖第四～九巖流層（P2β4～P2β9）構(gòu)成，巖性為隱晶質(zhì)玄武巖、杏仁狀玄武巖、角礫熔巖及凝灰?guī)r等。巖體以微透水～弱透水為主。同時(shí)，左岸沿線沒有發(fā)育大的斷層，C2、C3-1、C3層間錯(cuò)動(dòng)帶貫穿整個(gè)線路，右岸地質(zhì)構(gòu)造主要有F16、F16-1陡傾斷層，沿線層間錯(cuò)動(dòng)帶發(fā)育，主要有 C3、C3-1、C4、C5層間錯(cuò)動(dòng)帶等，層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、斷層部位巖體呈弱～中等透水。C2、C4層間錯(cuò)動(dòng)帶構(gòu)成見圖2。

圖2 C2、C4層間錯(cuò)動(dòng)帶構(gòu)成情況

二、帷幕灌漿試驗(yàn)

1.試驗(yàn)區(qū)域劃分

左岸帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)位于灌漿廊道LGL4南側(cè)區(qū)域、樁號LGL4 K0+352.49～K0+384.49段，灌漿段長 32 m。灌漿對象為P2β32層第二類柱狀節(jié)理玄武巖層，出露LS3255、LS3256等層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶，節(jié)理密集發(fā)育。右岸帷幕試驗(yàn)區(qū)位于灌漿廊道RGL4南側(cè)區(qū)域、樁號 RGL4 K0+227.32～K0+252.32m 段，灌漿段長25m。灌漿對象為P2β61層柱狀節(jié)理玄武巖，層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶及緩傾角裂隙較為發(fā)育。試驗(yàn)區(qū)特性見表1、單元規(guī)劃見表2。

表1 左、右岸帷幕試驗(yàn)區(qū)特性

表2 左、右岸帷幕試驗(yàn)區(qū)單元規(guī)劃

2.灌漿工序及參數(shù)要求

①灌漿方法：自上而下分段、孔內(nèi)循環(huán)、孔口封閉法。

②孔位布置：主帷幕孔間排距為2.0 m×1.5 m（間距×排距），銜接帷幕孔間排距為2.0 m×0.5 m（間距×排距）。

③分段方式：漿孔表層兩段段長分別為2.0 m、3.0 m，第三段至終孔段均為5 m。

④漿液比級及變換原則：普通水泥采用 5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1 共6 個(gè)水灰比，開灌比按 3∶1/5∶1 對比試驗(yàn)；濕磨細(xì)水泥采用 2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1共4個(gè)水灰比。

④灌漿壓力：主帷幕壓力1.0～6.0 MPa，銜接帷幕壓力 0.8～4.5 MPa。

⑤結(jié)束條件：一是帷幕灌漿試驗(yàn)各灌漿段在最大設(shè)計(jì)壓力下，注入率不大于1 L/min后，繼續(xù)灌注30分鐘即可結(jié)束灌漿。二是當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜、地下水水流流速大、漿液注入量較大、灌漿壓力較低時(shí)，持續(xù)灌注的時(shí)間適當(dāng)延長；當(dāng)巖體較完整、漿液注入量較小時(shí)，持續(xù)灌注的時(shí)間適當(dāng)縮短。

⑥檢查方式：常規(guī)壓水、高壓壓水和耐久性壓水，壓水壓力為主帷幕0～5 m采用1.0 MPa，5 m以下采用2.0 MPa；銜接帷幕采用1.0 MPa。

⑦檢查合格標(biāo)準(zhǔn)：高程760 m以上q≤3 Lu，高程760 m 以下q≤1 Lu。

3.灌漿成果分析

根據(jù)帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿成果可知，各序孔灌前透水率和單位注入量總體上隨孔序增加呈遞減趨勢，符合灌漿正常規(guī)律。銜接帷幕灌前平均透水率最大為4.18Lu、最小為3.16Lu，平均單位注入量最大為27.35 kg/m、最小為9.19 kg/m；主帷幕灌前平均透水率最大為0.9 Lu、最小為0.63 Lu，平均單位注入量最大為10.13 kg/m、最小為7.63 kg/m?？傮w單耗較小，表明試驗(yàn)區(qū)基巖可灌性較差，同時(shí)部分單元存在反序，主要原因是由于個(gè)別孔段如銜接帷幕XWSL6-01-02-03（Ⅱ序孔）第001段單位注入量高達(dá)652.35 kg/m，表明柱狀節(jié)理玄武巖地區(qū)存在隨機(jī)發(fā)育的裂隙。對比銜接帷幕第二單元平均單耗為27.35 kg/m大于第一單元9.19 kg/m，主帷幕第二單元平均單耗為10.13 kg/m大于第一單元7.63 kg/m，表明同為普通水泥漿液時(shí)，開灌水灰比5∶1可灌性優(yōu)于3∶1。左岸帷幕試驗(yàn)區(qū)灌漿成果見圖3。

從右岸試驗(yàn)區(qū)灌漿成果可知，灌前平均透水率銜接帷幕最大為0.06 Lu、主帷幕最大為0.4 Lu，平均單位注入量銜接帷幕最大為0.34 kg/m、主帷幕最大為18.66 kg/m，總體單耗較小，表明試驗(yàn)區(qū)基巖可灌性較差，各序孔灌前透水率和單位注入量隨孔序增加呈遞減趨勢不明顯，個(gè)別孔段后序孔段注量大，表明試驗(yàn)區(qū)存在隨機(jī)發(fā)育的裂隙。對比第一、二單元，主帷幕第二單元平均單耗為18.06 kg/m大于第一單元8.66 kg/m，表明同為普通水泥漿液時(shí)，開灌水灰比5∶1可灌性優(yōu)于3∶1。右岸帷幕試驗(yàn)區(qū)灌漿成果見圖4。

左、右岸帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)第一、二單元為普通水泥漿液，第三單元上游排帷幕采用濕磨細(xì)水泥漿液，對比試驗(yàn)區(qū)第一、二、三單元（上游排帷幕），采用2∶1開灌水灰比進(jìn)行灌漿作業(yè)時(shí)，平均單位注入量——左岸為1.14 kg/m、右岸為3.33 kg/m，小于臨近單元開灌水灰比為 3∶1/5∶1普硅水泥的平均單耗，見表3，試驗(yàn)結(jié)果表明濕磨細(xì)水泥漿液在白鶴灘地下廠房帷幕灌漿中對可灌性的改善并不明顯。

4.灌后檢查情況

左、右岸帷幕試驗(yàn)區(qū)質(zhì)量檢查孔共完成23個(gè)，壓水206段，自檢結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，成果見表4。為了測定巖體在高水頭下的滲透特性、滲透穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)面張開壓力和幕墻耐久性，除了常規(guī)壓水試驗(yàn)外，還進(jìn)行了耐久性壓水試驗(yàn)。成果見表5。檢查結(jié)果表明所有檢查孔段全部合格，灌漿效果滿足設(shè)計(jì)要求。

為保證灌漿效果，白鶴灘左、右岸地下廠房帷幕試驗(yàn)區(qū)第三方檢查共完成7孔，壓水52段，檢查結(jié)果均滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求，第三方檢查成果見表6。

三、結(jié)論與展望

通過對白鶴灘左、右岸地下廠房帷幕灌漿試驗(yàn)區(qū)灌漿成果及質(zhì)量檢查成果進(jìn)行分析，得出如下結(jié)論與展望：

①白鶴灘水電站玄武巖質(zhì)地堅(jiān)硬，二類柱狀節(jié)理玄武巖層基巖可灌性較差，灌前平均透水率以及單位注灰量均不大，但玄武巖存在隨機(jī)發(fā)育裂隙，且層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、節(jié)理密集帶導(dǎo)致存在少數(shù)大注入量孔段，因此，如何處理好少數(shù)大注入量孔段是白鶴灘地下廠房帷幕灌漿的關(guān)鍵。

②灌漿成果及灌后檢查結(jié)果表明，灌漿孔間排距、灌漿壓力、漿液變換條件、屏漿時(shí)間、結(jié)束條件等灌漿參數(shù)能夠滿足最初設(shè)計(jì)要求，對圍巖防滲起到一定的改善作用。

③主帷幕和銜接帷幕無論是采用普通水泥漿液，還是濕磨細(xì)水泥漿液，灌后檢查效果能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但是普通水泥漿液開灌水灰比為5∶1的可灌性優(yōu)于3∶1。濕磨細(xì)水泥漿液在細(xì)微裂隙填充上具有一定優(yōu)勢，但試驗(yàn)結(jié)果并不理想，后期將繼續(xù)進(jìn)行開灌水灰比為3∶1/5∶1的濕磨細(xì)試驗(yàn)。

④受限于試驗(yàn)范圍，本次試驗(yàn)針對層間層內(nèi)錯(cuò)動(dòng)帶、節(jié)理密集等研究不夠透徹，然而層間錯(cuò)動(dòng)帶為白鶴灘地下廠房防滲系統(tǒng)的關(guān)鍵，后續(xù)將針對層間錯(cuò)動(dòng)帶開展超細(xì)水泥、濕磨細(xì)水泥、化學(xué)灌漿等方面的研究。