錦屏二級水電站引水隧洞高壓固結灌漿試驗

漆巨彬

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

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錦屏二級水電站引水隧洞高壓固結灌漿試驗

漆巨彬

(中國水利水電第七工程局成都水電建設工程有限公司，成都，611130)

錦屏二級水電站東端1#、2#引水隧洞工程，因邊界條件及各種原因影響，導致C4標關鍵線路實際施工進度大幅滯后主合同約定進度計劃。其中1#引水隧洞TBM掘進滯后12個月，2#引水隧洞混凝土襯砌滯后21個月，導致灌漿滯后約21個月。為緩解后期工程強度與工期壓力，引水隧洞工程進行了無蓋重高壓固結灌漿試驗，取得了滿意的成果。

錦屏二級水電站 無蓋重 高壓固結灌漿試驗

1 工程概況

錦屏二級水電站位于四川省涼山彝族自治州境內的雅礱江錦屏大河彎處雅礱江干流上，系利用雅礱江錦屏150km長U形大河彎的天然落差，截彎取直鑿洞引水發電。工程樞紐主要由首部低閘、引水系統、尾部地下廠房三大部分組成，采用“4洞8機”布置，引水隧洞共四條，電站裝機容量為4800MW，單機容量600MW。該電站是雅礱江上水頭最高、裝機規模最大的水電站，為埋深大隧洞長的特大型地下水電工程。引水隧洞洞線平均長度約16.67km，上覆巖體一般埋深1500m～2000m，最大埋深約為2525m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點，其設計、施工技術水平均處于世界前列。

本工程引水隧洞高壓固結灌漿，目的是通過灌漿在周邊形成一定深度的灌漿加固圈，使其成為隧洞承載和防滲阻水的主要結構。

東端1#、2#引水隧洞在技施階段，合同條件發生了巨大變化，雖然灌漿工程量大幅減少，但其開挖支護、襯砌、灌漿、混凝土消缺等多工序呈多點、密集、交叉、高強作業，施工難度和施工強度世所罕見，需對施工方案、設備等及時進行優化，以提高功效。

2 無蓋重防滲固結灌漿試驗設計

根據設計文件及設計圖紙要求，固結灌漿試驗分為兩個單元，每個單元均為30m洞段長度，其中引(1)13+750m～780m布孔形式每斷面16個灌漿孔，排距3m，共布置10排；引(1)13+780m～13+810m布孔形式每斷面20個灌漿孔，排距3m，共布置11排。0～4m段不進行灌漿，4m～8m、8m～12m灌漿壓力均采用6MPa，其斷面形式如圖1所示。

圖1 試驗區孔位布置斷面示意

3 施工工藝設計

3.1 灌漿工藝

3.1.1 灌漿順序。引(1)13+780m～13+810m的固結灌漿孔，先施工各排的Ⅰ序孔，待各排Ⅰ序孔施工完成后，再進行各排Ⅱ序施工；引(1)13+750m～13+780m的固結灌漿孔按環間分序，環內加密原則進行施工，即環間分Ⅰ、Ⅱ序，環內逐步加密，先灌奇數孔，后灌偶數孔。

3.1.2 灌漿方法。主要采用自淺而深分段卡塞灌漿法。引(1)13+750m～13+780m采用循環式灌漿，引(1)13+780m～13+810m采用純壓式灌漿。為驗證循環式與純壓式灌漿在同一區域的灌漿效果，引(1)13+780m～13+810m試驗段在施工部分孔后，全部改為孔內循環式灌漿工藝。

3.2 鉆孔

3.2.1 鉆孔施工順序。先施工抬動孔和灌前聲波孔，再施工固結灌漿孔，最后施工檢查孔和灌后聲波孔。施工前由監理工程師根據現場實際情況，定出抬動孔位置和灌前聲波孔位置。抬動觀測裝置安裝和灌前聲波測試在灌漿施工前進行。引(1)13+750m～13+780m的固結灌漿孔按環間分序，環內加密原則進行施工，即環間分I、II序，環內逐步加密，先施工奇數孔，后施工偶數孔；引(1)13+780m～13+810m的固結灌漿孔按先施工各排的Ⅰ序孔，待各排Ⅰ序孔施工完成后，再進行各排Ⅱ序施工。引(1)13+750m～13+780m洞段按先施工底板，再施工邊頂拱的順序施灌；引(1)13+780m～13+810m洞段按先施工邊頂拱，再施工底板的順序施灌。

3.2.2 孔口管鑲鑄。由于底板有積水及淤泥，厚度約1m左右，為確保底板覆蓋層段成孔及防止灌漿過程中有污水進入孔內，在底板孔鉆進時先進行孔口管鑲鑄，孔口管孔徑為φ91mm，長度1m～2m不等。

3.3 鉆孔沖洗及壓水試驗

3.3.1 鉆孔沖洗。灌漿孔鉆孔結束后，利用鉆桿作為導管，通入大量的壓力水進行孔壁沖洗，至孔口回水澄清即可。

3.3.2 單點法壓水試驗。灌前壓水試驗孔布設在Ⅰ序孔，試驗孔數為所有的Ⅰ序孔，布孔位置應能較全面反映地質情況，并盡量沿洞周、洞段長度均勻布置。采用單點法壓水，壓水試驗壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1.0MPa；壓入流量穩定標準，在穩定壓力下每隔5min測讀一次壓入流量，連續4次讀數中最大值與最小值之差小于最終值的10%，或最大值與最小值之差小于1L/min時，即可結束壓水，以最終值作為計算值。

3.3.3 簡易壓水。除需進行單點法壓水試驗的孔外，其余孔均結合裂隙沖洗進行簡易壓水，壓力為灌漿壓力的80%，并不大于1.0MPa；壓水時間20min，每5min測讀一次壓入流量，取最后的流量作為計算流量，其成果以透水率q表示，單位為呂榮Lu。

3.4 灌漿材料

灌漿使用的水泥品種為“乃托”牌水泥，水泥強度等級為P.O42.5MPa；水泥細度通過80μm方孔篩的篩余量不大于5%。灌漿用水泥按批號進行物理和力學性能試驗，主要測定水泥強度、細度、初凝和終凝時間以及水泥體積的安定性等。灌漿使用純水泥漿，灌漿用水泥均符合規定的質量標準，檢驗合格，方投入使用。

3.5 灌漿

試驗孔灌漿方法采用自淺而深卡塞循環式灌漿法，配備三參數灌漿自動記錄儀進行記錄，最大灌漿壓力為6MPa。

本次防滲固結灌漿生產性試驗水灰比主要采用1∶1、0.8∶1、0.5∶1三個比級，開灌水灰比根據現場實際壓水情況，靈活采用3∶1或2∶1。

3.5.1 砂漿灌注

當灌漿孔出現下列情況之一：①鉆孔過程中發現掉鉆或孔口不返水現象；②孔段壓水試驗透水率大于100Lu。且經探明，溶蝕發育，溶蝕寬度大于10cm，可直接采用水泥砂漿灌注。砂漿采用純壓鐵打塞卡在孔口灌注，最大灌漿壓力為1.0MPa(一因砂漿灌注的目的是回填空腔或溶蝕寬縫，1.0MPa的壓力足以充填密實；二因灌注砂漿為純壓式灌注，且砂漿泵為螺桿泵，在灌注砂漿的過程中不能自動卸壓，安全隱患較大)。

3.5.2 大耗漿孔段統計

采用低壓、濃漿、限流、限量、間歇的處理措施，灌漿壓力與注入率必須相適應，短時間內壓力升幅不得過大，灌漿壓力與注入率控制如表1。

表1 大耗漿孔段灌漿壓力與注入率對應參數

當流量大于30L/min，壓力低于1.2MPa，灌注時間已大于30min，且灌注壓力和注入率均無改變或改變不顯著，采取每灌注30min間歇10min，每灌注5t干灰待凝8h后掃孔復灌。

在采取上述處理措施孔段累計耗灰量達到15t后效果仍不明顯時，則灌注穩定漿液(即在水泥漿中摻入一定比例的膨潤土，具體摻量根據試驗確定)或速凝漿液(即在最稠水灰比的水泥漿液中摻加速凝劑，如氯化鈣等促使盡快凝結)等。

當流量小于30L/min，壓力大于1.2MPa后，不采取間歇和待凝措施，按上述灌漿壓力與注入率對應參數進行分級升壓灌注，達到設計灌漿壓力后屏漿結束。

4 灌漿成果分析

4.1 灌漿工程量

試驗共歷時44d，鉆孔4560m，灌漿760段，總灌注水泥686288.9kg，平均鉆孔功效103.6m/d，灌漿17.3段/d，總平單耗225.8kg/m(不包括聲波孔、檢查孔、砂漿、封孔水泥)。完成情況見表2。

表2 13+750m～13+810m試驗段完成情況統計

4.2 13+750m～13+780m灌漿資料分析

本單元共完成160個基本灌漿孔，5個灌后聲波測試孔灌漿，16個灌后檢查孔壓水及灌漿；共計完成鉆孔2204m，基本孔灌漿370段，灌注水泥316.5t。單元完成情況見表3，各次序孔單位注入量頻率分布見表4。

表3 13+750m～13+780m試驗單元完成情況統計

單元孔序孔數灌漿米數(m)注灰量(kg)單位注灰量(kg/m)平均透水率(Lu)13+750m～13+780mⅠ序孔40320148242.1463.313.24Ⅰ序孔加密孔40320101203.5316.310.19Ⅱ序孔4032045013.1140.73.57Ⅱ序孔加密孔4032012817.240.11.86檢查孔及灌后聲波孔21152157.71.040.11

表4 13+750m～13+780m試驗單元各次序孔單位注入量頻率分布區間統計

從對本試驗單元的單位注入量頻率區間統計成果來看，Ⅰ序孔中注入量頻率最大的是300kg/m～500kg/m的段次，占比46.9%；其次是100kg/m～300kg/m的段次，占比31.2%；而大于1000kg/m以上的段次僅占3.7%。由此可以反映出，T2y6洞段巖層大理巖主要以網狀的中、小裂隙發育為主，少有溶蝕發育現象，而溶蝕及斷層又是漿液的主要消耗地方，也是水流滲透的主要通道，因此必須將溶洞及斷層等薄弱部位處理好。

從單位注入量的統計情況看，隨著灌漿分序的增加，各次序的單位注入量值分布上遵循遞減規律。灌漿孔中單位注入量≥300kg/m的頻率，Ⅰ序孔占63.7%，Ⅱ序孔占6.3%，說明隨著灌漿次序的增進，地層逐漸被灌注密實，地層的滲透性得到明顯的改變。

從單位注入量均值的對比情況看，隨著灌序的增進，各次序孔的單位注入量呈明顯遞減規律。Ⅰ序孔的單位注入量為390kg/m，Ⅱ序孔的單位注入量為90.4kg/m，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔遞減76.8%。

4.3 13+780m～13+810m灌漿資料分析

本單元共完成220個基本灌漿孔，5個灌前聲波測試孔，5個灌后聲波孔測試灌漿，3個抬動孔的鉆孔與安裝，22個灌后檢查孔壓水及灌漿、16個淺層封閉灌漿孔。共計完成鉆孔3002m，灌漿504段，灌注水泥417.3kg。單元完成情況統計見表5，各次序孔單位注入量頻率分布見表6。

表5 引(1)13+780m～13+810m試驗單元完成情況統計

表6 引(1)13+780m～13+810m試驗單元各次序孔單位注入量頻率分布區間統計

從各區間的單位注入量頻率分布區間統計情況來看，在注入量為0～100kg/m的分布區間上，Ⅰ序孔為22.2%，Ⅱ序孔為73.2%，提高率為229.7%；在注入量大于300kg/m的分布區間上，Ⅰ序孔為48.2%，Ⅱ序孔為1.4%，遞減率為97.1%，說明隨著灌漿次序的增進，地層逐漸被灌注密實，地層的滲透性得到顯著的改變。

從單位注入量均值的對比情況看，隨著灌序的增進，各次序孔的單位注入量呈明顯遞減規律。Ⅰ序孔的單位注入量為348.7kg/m，Ⅱ序孔的單位注入量為82.0kg/m，Ⅱ序孔比Ⅰ序孔遞減76.5%。

5 灌漿效果檢查

5.1 灌前壓水檢查

13+750m～13+780m單元Ⅰ序孔大于5Lu的孔段占Ⅰ序孔總數的84.4%，Ⅱ序孔透水率大于5Lu的占Ⅱ序孔總數的13.1%。由于Ⅰ序孔的透水率基本反應了原始地層的透水率情況，而Ⅱ序孔透水率是在Ⅰ序孔已灌注完畢的情況下進行的透水率測試，反應出的透水率是地層被改善后的透水率。

13+780m～13+810m單元Ⅰ序孔在5Lu～10Lu的孔段占Ⅰ序孔總數的42.0%，其次為10Lu～100Lu的孔段占Ⅰ序孔總數的32%；Ⅱ序孔透水率在1Lu～5Lu的占Ⅱ序孔總數的74.5%。由此可以看出，環間分序的施工順序，隨著Ⅰ序孔的灌注，地層逐步被漿液充填密實，異環間的Ⅰ序孔也逐步向異環間的Ⅱ序孔滲透，故地層改善效果明顯，Ⅱ序孔的整體透水性較Ⅰ序孔下降，從表7、表8和以上分析可以看出：(1)試區頻率較高的透水率Ⅰ序孔均集中在5Lu～10Lu區間，Ⅱ序孔集中在1Lu～5Lu區間；(2)從頻率集中的區間來看，隨著孔序的增加灌前透水率有逐漸降低，即低透水率區間頻率增加，大透水率區間頻率減??；(3)隨著排序的增加灌前透水率有逐漸降低的趨勢。

表7 13+750m～13+780m試驗單元各序孔透水率區間段數和頻率

表8 引(1)13+780m～13+810m試驗單元各序孔透水率區間段數和頻率

5.2 灌后檢查孔壓水檢查

檢查孔壓水試驗壓力為灌漿壓力的70%，在壓水試驗壓力下，85%以上試段的透水率不大于3.0Lu，其余試段的透水率值不超過4.5Lu，且分布不集中時為合格。本試區灌后檢查孔壓水透水率頻率值見表9。

表9 引(1)13+750m～13+810m試驗檢查孔壓水透水率頻率

從檢查孔壓水情況來看,13+750m～13+780m試驗單元共布置16個灌后壓水檢查孔，5個灌后聲波測試孔，壓水檢查孔全部滿足設計要求，合格率100%；13+780m～13+810m試驗單元共布置22個灌后壓水檢查孔，5個灌后聲波測試孔，壓水檢查孔除JC-21#檢查孔002段壓水第一次不合格外(補灌后為3.75Lu)，其余段全部合格，合格率97.7%。

5.3 部分檢查孔取芯情況

灌后對兩個試驗單元的部分檢查孔進行了鉆探取芯，共對15個檢查孔進行了取芯。其中，引(1)13+750m～13+780m單元有6個檢查孔進行了取芯素描，引(1)13+780m～13+810m單元有9個檢查孔進行了取芯素描，總體灌后檢查孔采取率為89.5%，獲得率83.6%，RQD值67.1%。

5.4 物探測試檢查

灌漿前和灌漿后均進行了聲波測試并進行對比，13+750m～13+780m洞段無蓋重防滲固結灌漿聲波檢測資料分析，所有檢測孔灌漿檢測質量均合格，灌漿后5個檢測孔4.0m～12.0m段縱波波速均大于4500m/s，灌后VP平均值略高于灌前，平均增長率為3.7%。

13+780m～13+810m洞段無蓋重防滲固結灌漿聲波檢測資料分析，所有檢測孔灌漿檢測質量均合格，灌漿后5個檢測孔4.0m～12.0m段縱波波速均大于4500m/s；灌后VP平均值略高于灌前，平均增長率為2.0%。

6 結語

6.1 采用如試驗中所用的施工工藝、灌漿參數及鉆灌設備，可以將固結灌漿防滲能力提高到透水率滿足設計技術標準。防滲固結能力是穩定的，主要技術參數是合適的；

6.2 適當加大開灌水灰比，以稀漿來灌注巖層細微裂隙，進一步保障受灌巖體達到設計防滲標準，在本次防滲固結灌漿試驗中得到了很好的驗證。灌漿前后透水率改善明顯，后期大規模施工均采用2∶1開灌，個別孔段調整至3∶1；

6.3 根據試驗工程實踐，若采用自上而下分段灌漿，在設計規定的穩定灌漿壓力(6MPa)下，當注入率不大于1L/min，繼續灌注30min，可結束灌漿。若采用自下而上分段灌漿，在設計規定的穩定灌漿壓力下，當注入率不大于1L/min時，灌漿孔深部段繼續灌注10min，可結束灌漿?？卓诙?，吸漿量不大于1L/min，繼續灌注30min，可結束灌漿，結束標準能夠滿足技術要求；

6.4 本次試驗灌漿施工順序采用了兩種方案：(1)按環間分序、環內加密的順序施工；(2)按環內分兩序、環間不分序的順序施工。從施工效率來看，環內分兩序的施工順序節約了鉆機搬遷時間，提高了鉆孔效率。從試驗結果來看，兩種方案的灌后質量均能達到合格標準。鑒于此，在大規模的灌漿施工中，采用環內分兩序、環間不分序的方案進行施工，可極大緩解后期施工強度與工期壓力，為錦屏二級水電站首臺機組發電奠定了堅實基礎。

〔1〕熊 進，祝 紅，董建軍等.長江三峽工程灌漿技術研究.北京：中國水利水電出版社，2003.

〔2〕孫 釗.大壩基礎灌漿.北京：中國水利水電出版社，2004.

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2095-1809(2015)05-0001-05

漆巨彬(1970-)，男，重慶市江津區人，高級工程師，主要從事水利水電地基與基礎工程施工技術管理工作。