向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究-易志（5页）.pdf

1、水利水电技术 第40卷 2009年第12期W aterResources and Hydropo wer EngineeringVol140 N o112向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究易 志,温文森(中国长江三峡工程开发总公司,云南 水富 657800)摘 要:向家坝水电站右岸地下厂房水文地质条件复杂,为满足施工期和永久运行阻水防渗要求,需进行厂房周边的帷幕灌浆。因工程前期灌浆廊道开挖滞后,对帷幕灌浆乃至地下厂房开挖形成制约。经方案调整,合理解决了以上问题。通过灌浆试验,验证了帷幕设计的合理性,并取得了合适的灌浆参数。大面施工后的直观效果表明,施工期帷幕达到了阻水防渗的预期

2、目的,其研究成果可供类似工程参考。关键词:帷幕灌浆;施工方案;灌浆试验;地下厂房;向家坝水电站中图分类号:TV73116 + TV54315(271) 文献标识码: B 文章编号: 100020860(2009) 1220087205Study on curta in grouting scheme and technology for construction of underground powerhouse onright bank of Xiangjiaba Hydropower StationYI Zhi, WEN Wen2sen(China Three Gorges Project

3、 Corporation, Shuifu657800, Yunnan, China)Abstract: As the hydro2geological condition of the underground powerhouse on the right bank of Xiangjiaba Hydropower Sta2tion is complicated, the curtain groutingmust be made around the powerhouse, so as to meet the water2resistance and anti2seepage requirem

4、ents for both the construction and the permanent operation1However,the delay of the excavation of thegrouting gallery during the prophase of the construction not only restricts the grouting, but also restricts the excavation of thepowerhouse1Through the modification of the construction scheme, the p

5、roblems hereinabove are solved reasonably1Basedon the related grouting experiment, the rationality of the grouting curtain design is verified and the suitable grouting parame2ters are obtained aswell1The visual effect of the grouting after the actual construction shows that the expected object ofwa2

6、ter proof and anti2seepage for the grouting curtain is got, and then the study result can be used as the references for the sim i2lar project concerned1Key words: curtain grouting; construction scheme; grouting experi ment; underground powerhouse; Xiangjiaba Hydropower Station收稿日期: 2009203227作者简介:易

7、志(1981) ,男,工程师。1 工程水文地质条件向家坝水电站是金沙江梯级开发最后一级电站,工程以发电为主,同时兼有改善航道、防洪、灌溉、拦沙等综合效益。地下厂房布置于右岸坝头上游山体内,水平埋深126371 m,铅直埋深110220 m。该区岩体受地质构造破坏的程度相对较低,无较大断层发育,主要结构面为层面、层间软弱夹层和节理裂隙。岩层以厚至巨厚层砂岩为主,分布少量薄至中厚层砂岩,岩层走向60 80,倾向下游偏山内,倾角15 20,绝大部分岩体为微风化 新鲜,中等风化的岩体为泥质砂岩、粉砂质泥岩和中细砂岩夹泥岩,局部地层含煤,煤层一般为薄至极薄层状,或呈透镜状煤脉分布,其中7个煤层成层较好,

8、有民间开78易 志,等 向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究水利水电技术 第40卷 2009年第12期图1 第 组帷幕灌浆试验孔位布置(单位: m)采历史。地下厂房区水文地质结构较复杂,分布有上、下两层基岩裂隙水,下层地下水水位低,与江水关系较密切,边坡浅部卸荷岩体透水性较强,岩体渗透性具有明显的非均质性,主要渗透通道为节理密集带、断层破碎带等透水性较强的岩体(带)。裂隙水水质类型主要为HCO-3- SO2 -4- Ca2 +- K+Na+和SO2 -4-HCO-3- Ca2 +- K+Na+。2 帷幕灌浆施工方案211 原方案按原设计方案,地下厂房布置4层灌浆廊道和排水廊道,沿

9、主厂房及主变洞周边设有4层防水帷幕,单层帷幕孔深5080 m,孔间距115210 m,排距1150 m。设计要求上游侧帷幕灌浆后透水率小于1 Lu,下游侧帷幕灌浆后透水率小于3 Lu。部分裂隙水对普通水泥有硫酸盐类弱 强腐蚀性,因此采用高抗硫酸盐水泥灌浆。同时,由于地下厂房属于库内式,与水库距离较短,而且地下厂房中下部和边坡浅部卸荷带岩体的渗透性好,地下水位与江水相关性较密切,主厂房下部、尾水管等部位在河床水位和地下水位以下,若按地下水与一期围堰挡水标准20年一遇洪水位289113 m持平考虑,尾水管底板高程约220100 m,施工期地下水水头将达69 m,开挖时可能发生较大涌水,因此,设计要

10、求将背水侧的一排帷幕先行施工,作为施工期的防渗屏障。212 调整方案工程前期受征地、移民等多方面影响,灌排廊道开挖进度严重滞后,无法在第三层帷幕施工之前完成第四层廊道的开挖,如先施工第三层帷幕,再开挖第四层廊道,由于两者最小距离仅有116 m,开挖爆破对已施工帷幕的损伤难以避免。根据灌排廊道开挖进度,为保证帷幕质量和地下厂房开挖期间的安全,满足总进度的要求,对设计方案进行了调整:取消第四层灌浆廊道,将第三、第四层帷幕合并,从第三层灌浆廊道钻垂直孔至防渗帷幕底线高程,最大孔深约为102 m,帷幕排数、排距、孔距等暂按原设计参数执行,待帷幕灌浆试验完成后视情况调整。3 灌浆试验为验证和优化帷幕设计

11、,探求符合向家坝工程地质条件的帷幕灌浆施工工艺、工法,在大面施工之前选取不同位置进行了几组试验,因施工期帷幕多为单排,现以与其对应的第 组试验为例进行介绍。311 试验目的(1)第 组试验为单排帷幕,主要代表地下厂房下游侧帷幕灌浆区的地层和工况,通过试验探求下游侧帷幕合适的灌浆参数和优质、高效的灌浆工艺、工法。(2)施工期帷幕虽属永久帷幕的一部分,但只施工先序排,不具备最终的质量检查条件,本组试验的质量检查可以验证施工期单排帷幕的防渗效果和可靠性。(3)因灌浆方案调整,帷幕深度比原方案大为增加,本组试验施工了5个100 m深的灌浆孔,以验证深孔灌浆的可行性。(4)通过试验了解耗灰情况,对合同经

12、济问题做出预判。312 试验施工方法根据已有工程经验,试验采用孔口封闭、孔内循环、自上而下分段灌浆法施工,灌浆孔布孔方式为直线单排式,分序加密施工。试验区孔位布置图如图1所示。灌浆试验工艺流程为:底板浇筑抬动孔施工临界压力测试录像孔和压水试验先导孔施工一般试验孔分序灌浆待凝14 d检查孔施工封孔。对主要工序做简单介绍。(1)钻孔。钻孔采用XY - 2型回转式钻机,金刚石钻头钻进,钻孔过程中严格控制孔位和孔斜偏差。(2)抬动观测孔。布置3个抬动观测孔,分别深入基岩9 m、15 m、17 m,压水试验和灌浆过程中严密监测。实测最大抬动变形138m,满足小于200m88易 志,等 向家坝水电站右岸地

13、下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究水利水电技术 第40卷 2009年第12期的设计要求。(3)录像孔施工。为更直观地了解试验区地质情况,施工一个孔径 4注入率/Lmin- 1303020201010(5)特殊情况处理。对WS4 - 5 (先导孔)第13段(52155715 m)、第14段(57156215 m)、第15段(62156715 m)施灌时,试验区所在施工支洞的边墙、底板冒水冒浆。第13、第15段冒浆量较小,采用逐渐加浓浆液低压灌注,冒浆部位返较浓浆液后停止冒浆;第14段冒浆量较大,逐级加浓浆液低压灌注,冒浆部位返11浓浆后冒浆量仍未减小,做短时间间歇(不超过30 min) ,继续灌注

14、冒浆量仍较大,将浆液变浓至0151低压限流、间歇灌注后不再冒浆。313 试验效果分析31311 检查孔取芯检查根据灌浆成果资料布设2个质量检查孔,逐孔施工。WS4 - JC01检查孔取芯钻孔40 m,岩芯采取率9613% , RQD指数9212% , WS4 - JC02检查孔取芯钻孔10012 m,岩芯采取率9413% ,RQD指数8719%。芯样水泥结石较多,将层面和裂隙充分充填,水泥结石密实,强度较高,说明灌浆效果较好。31312 单位注入率分析本组试验各次序孔平均单位耗灰量(以下简称“ 单耗 ”)为271176 kg/m,远大于投标预测值7014 kg/m,其中 、序孔平均单耗分别为4

15、82147 kg/m、283113 kg/m、85166 kg/m,序孔平均单耗比 序孔递减4113% , 序孔比 序孔递减6917% ,各次序孔平均单耗随孔序递增而依次递减的变化规律非常明显。31313 压水试验效果分析(1)灌前压水试验。试验区各次序孔灌前压水透水率见图2,透水率频率分布见表3。从图2看出,各次序孔灌前平均透水率随孔序的递增而依次递减的变化规律非常明显;从表3看出,、 序孔灌前透水率小于1 Lu的孔段,累积频率分别为2718%、5311%、8113% ,随着孔序加密而提高的规律明显,说明随着孔序加密,岩层裂隙逐渐被水泥浆液充填密实,透水率逐步减少而处于均匀。图2 第 组帷幕

16、灌浆试验各次序孔灌前透水率柱状图表3 第 组帷幕灌浆试验各次序孔灌前透水率统计项目总段数平均透水率/Lu区间段数(频率/% )透水率100 Lu54 9136 15(2718) 20(3710) 10(1815) 6(1111)3(516)0(0)32 1163 17(5311) 13(4016)1(311)1(311)0(0)0(0)64 0155 52(8113) 12(1818)0(0)0(0)0(0)0(0)合计150 3195 84(5610) 45(3010) 11 (713)7(417)3(210)0(0)(2)灌后检查孔压水试验。对2个检查孔做灌后压水检查,压水压力按相应孔段灌

17、浆压力的80%且不98易 志,等 向家坝水电站右岸地下厂房施工帷幕灌浆方案与技术研究水利水电技术 第40卷 2009年第12期表4 第 组帷幕灌浆试验检查孔压水试验成果统计项目压水试验段数平均透水率/Lu区间段数(频率/% )透水率0 Lu0015 Lu 0151 Lu13 Lu3 Lu说 明WS4 - JC011001131(1010)9(9010)0(0)0 (0)0(0)WS4 - JC022201506(2713)10(4515)3 (1316)2(911)1(415)合 计3201327(2119)19(5914)3(914)2(613)1(311)设计防渗标准3 Lu大于2 MPa

18、控制,试验结果见表4。统计表中看出,总共压水32段,其中31段的透水率小于设计值3 Lu,合格率9619% ,不合格孔段仅有1段且是非基岩接触段,其透水率也仅3105 Lu (分析认为该孔段陡倾角裂隙发育,浆液水平延伸相对较差,防渗幕体相对较薄) ,透水率小于015 Lu的孔段占8113% ,且有7段透水率为0 Lu,占2119%。从图3灌前、灌后透水率频率分布曲线可以看出,灌浆对岩体防渗性能改善明显。图3 第 组帷幕灌浆试验灌前、灌后透水率频率曲线31314 耐久性及破坏性压水检查为检验高水头工况下防渗帷幕的耐久性,对2个检查孔全孔做耐久性及破坏性压水试验。耐久性压水试验在4 MPa压力下压

19、水48 h,分析漏水量的变化情况,接着逐渐加大压力进行破坏性压水试验,发现漏水量突增或流量达到灌浆泵最大排量时保持压力30 min后停止,记录相应的破坏压力,如压力增大到6 MPa而漏水量仍未见突增情况时,继续压水30 min即可停止,耐久性及破坏性压水试验每510 min升压不超过015 MPa。WS4 - JC02号孔耐久性试验在4 MPa压力下压水48 h,流量稳定在96 L /min左右,破坏性试验压力逐步升至6MPa,流量逐渐增大,稳定在148 L /min(透水率0126 Lu) ; WS4 - JC01号孔耐久性试验在4 MPa压力下压水511 h,流量达到灌浆泵最大排量1951

20、21 L /min(透水率1159 Lu) ,继续压水压力呈下降趋势,结束压水。试验表明, WS4 - JC02号孔能在4 MPa压力下耐压48 h,能承受6 MPa压力的破坏试验,整体效果较好;WS4 - JC01号孔的耐久性和抗高压能力虽然有限,但在整个压水过程中透水率并不大,同时考虑到下游侧帷幕在施工和永久运行期间承受水头较小,其防渗性能能够满足要求。综合分析以上试验成果,说明帷幕设计合理,施工工艺和参数可以满足设计要求。4 施工期帷幕生产及效果前文已述,地下厂房中下部开挖之前,需预设施工期帷幕,具体地,须在2008年汛前完成临河侧和部分上游侧第三层帷幕的先序排灌浆(见图4) ,后序排则

21、待洞室开挖爆破结束后进行,对先序排帷幕补强。施工期帷幕工程量约115万m,于2007月12月中旬开始施工, 2008年6月初完成(根据不同部位的工况,结合几组灌浆试验成果,灌浆参数较试验有所调整,不再赘述)。图4 施工期帷幕布置施工期帷幕暂未做灌后质量检查,但从直观看,达到了预期效果:2008年1月江水位仅26815 m左右,但尾水管开挖面渗流量达250 m3/h,曾一度因开挖遇集中渗水点而停工。随着施工期帷幕逐步形成,渗流量随之减小,8月10日实测2008年度最高江水位28211 m时,渗流量不足100 m3/h,可见帷幕施工前后渗流量变化明显。目前主厂房即将挖完,基本处于干地施工,施工期帷

22、幕较好的防渗性能为地下厂房顺利开挖和向混凝土浇筑转序提供(下转第97页)09尚 新 利用爆破不透水层法治理发展实验区次生盐渍化探析水利水电技术 第40卷 2009年第12期值降低到7120715之间。通过近几年的种植改良,次生盐渍化土地旧貌换新颜。据2008年统计数据表明,小麦平均亩产达360 kg,油葵平均亩产172 kg,比改良前增产40%。通过对比分析种植试验情况,可以肯定,采用爆破法治理次生盐渍化土地在实验区是成功和可行的。6 建 议面对灌区次生盐渍化不断扩大的趋势,对于灌区而言,目前最紧迫的工作如下。(1)研究土壤水盐运行规律,掌握田间土壤水盐动态变化,制定相应的控制措施。(2)在灌

23、区中下游一带,大力推广爆破法治理次生盐渍化,对次生盐渍化有效遏制。(3)加强用水管理,拟定合理的灌水方法和灌溉制度,积极推广喷灌、滴灌等灌溉新技术。特别是在有机井灌溉条件的区域,应大力推广管灌和喷灌等灌溉新技术。(4)加强地下水的动态研究,有计划地开采地下水,利用地下回归水进行灌溉,降低地下水位或者使地下水位保持一定的深度,是防止次生盐渍化的有效措施。(5)建立水盐动态预测预报机构,及时掌握灌区地下水位动态变化规律和水盐动态变化,是灌区可持续发展的必然要求。(6)调整水价,促进农户自觉节水。杜绝农户大水漫灌和串灌现象发生,增强农户的水商品意识,减缓土地次生盐渍化进程。7 结 语运用爆破法打破不

24、透水层和结合水利措施来治理次生盐渍化的方法,不仅在技术上是先进的、可行的,而且投资小,见效快,脱盐效果好。该方法对土层下面含有不透水层的区域或地区均适用,适应性广泛,方法简单,便于操作。而且在经济上对于一家一户单独施工操作是可行的,具有一定的推广价值。特别是对于景电一期灌区,在三道梁及兰化一带土地次生盐渍化有不断扩大的趋势,通过采用上述技术和措施,可望对次生盐渍化获得控制和改良。综上所述,治理土壤次生盐渍化是一项长期而艰巨的工程任务,爆破法是治理次生盐渍化的方法之一,必须引起灌区管理者的高度重视,将其列入管理者重要的议事日程。只有在灌区灌排工程合理、协调发展的基础上,灌区才能长期生存和具有可持

25、续发展的后劲。参考文献:1 杜成义 1中国西北干旱地区灌溉新技术发展实验区验收集料汇编C1兰州:甘肃省水利厅水利管理局, 199212 中国农业百科全书M 1北京:农业出版社, 19871(责任编辑 林雁庆)(上接第90页)了良好条件。2008年5月12日,四川汶川发生810级特大地震,向家坝距震中约450 km,震感明显。为探求地震对已施工帷幕的影响程度,震后在前期已做检查孔压水试验的相同部位,新增检查孔压水,透水率基本无变化,震后地下洞室渗流监测也未见异常,可见汶川地震对帷幕没有造成大的影响。5 结论和建议(1)事实证明,因前期灌浆廊道开挖滞后,迫于地下电站总进度需要,将第三、四层帷幕合二

26、为一,帷幕施工总体方案的重大调整是成功的,解脱了施工期帷幕对地下洞室中下部开挖的制约,满足了总进度需要。(2)灌浆试验表明,所用的施工工艺、灌浆参数可以达到设计防渗标准,并为验证和调整帷幕设计提供了重要依据。(3)从直观效果看,施工期帷幕灌前灌后地下洞室渗流量变化明显,达到了临时帷幕阻水防渗的预期效果,确保了地下厂房顺利下卧开挖;通过压水检查和震前震后渗流量对比来看,未见汶川地震对帷幕造成重大影响。(4)灌浆廊道原设计断面316 m411 m (宽 高) ,小断面洞室开挖不利机械作业,而且相应高程的灌浆廊道在地下厂房混凝土浇筑阶段一般都还兼作重要的混凝土运输通道,需保证混凝土罐车通行。借鉴龙滩、瀑布沟等工程经验,向家坝也将部分第三层灌浆廊道断面调整为511 m5145 m (宽 高)。建议今后类似工程设计时考虑这一因素,将部分灌浆廊道断面适当加大,既有利于开挖进度,又有利于后期施工。参考文献:1DL /T 51482001,水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 S1(责任编辑 欧阳越)79