1、水利水電技術 第40卷 2009年第12期W aterResources and Hydropo wer EngineeringVol140 N o112向家壩水電站右岸地下廠房施工帷幕灌漿方案與技術研究易 志,溫文森(中國長江三峽工程開發總公司,云南 水富 657800)摘 要:向家壩水電站右岸地下廠房水文地質條件復雜,為滿足施工期和永久運行阻水防滲要求,需進行廠房周邊的帷幕灌漿。因工程前期灌漿廊道開挖滯后,對帷幕灌漿乃至地下廠房開挖形成制約。經方案調整,合理解決了以上問題。通過灌漿試驗,驗證了帷幕設計的合理性,并取得了合適的灌漿參數。大面施工后的直觀效果表明,施工期帷幕達到了阻水防滲的預期

2、目的,其研究成果可供類似工程參考。關鍵詞:帷幕灌漿;施工方案;灌漿試驗;地下廠房;向家壩水電站中圖分類號:TV73116 + TV54315(271) 文獻標識碼: B 文章編號: 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作者簡介:易

7、志(1981) ,男,工程師。1 工程水文地質條件向家壩水電站是金沙江梯級開發最后一級電站,工程以發電為主,同時兼有改善航道、防洪、灌溉、攔沙等綜合效益。地下廠房布置于右岸壩頭上游山體內,水平埋深126371 m,鉛直埋深110220 m。該區巖體受地質構造破壞的程度相對較低,無較大斷層發育,主要結構面為層面、層間軟弱夾層和節理裂隙。巖層以厚至巨厚層砂巖為主,分布少量薄至中厚層砂巖,巖層走向60 80,傾向下游偏山內,傾角15 20,絕大部分巖體為微風化 新鮮,中等風化的巖體為泥質砂巖、粉砂質泥巖和中細砂巖夾泥巖,局部地層含煤,煤層一般為薄至極薄層狀,或呈透鏡狀煤脈分布,其中7個煤層成層較好,

8、有民間開78易 志,等 向家壩水電站右岸地下廠房施工帷幕灌漿方案與技術研究水利水電技術 第40卷 2009年第12期圖1 第 組帷幕灌漿試驗孔位布置(單位: m)采歷史。地下廠房區水文地質結構較復雜,分布有上、下兩層基巖裂隙水,下層地下水水位低,與江水關系較密切,邊坡淺部卸荷巖體透水性較強,巖體滲透性具有明顯的非均質性,主要滲透通道為節理密集帶、斷層破碎帶等透水性較強的巖體(帶)。裂隙水水質類型主要為HCO-3- SO2 -4- Ca2 +- K+Na+和SO2 -4-HCO-3- Ca2 +- K+Na+。2 帷幕灌漿施工方案211 原方案按原設計方案,地下廠房布置4層灌漿廊道和排水廊道,沿

9、主廠房及主變洞周邊設有4層防水帷幕,單層帷幕孔深5080 m,孔間距115210 m,排距1150 m。設計要求上游側帷幕灌漿后透水率小于1 Lu,下游側帷幕灌漿后透水率小于3 Lu。部分裂隙水對普通水泥有硫酸鹽類弱 強腐蝕性,因此采用高抗硫酸鹽水泥灌漿。同時,由于地下廠房屬于庫內式,與水庫距離較短,而且地下廠房中下部和邊坡淺部卸荷帶巖體的滲透性好,地下水位與江水相關性較密切,主廠房下部、尾水管等部位在河床水位和地下水位以下,若按地下水與一期圍堰擋水標準20年一遇洪水位289113 m持平考慮,尾水管底板高程約220100 m,施工期地下水水頭將達69 m,開挖時可能發生較大涌水,因此,設計要

10、求將背水側的一排帷幕先行施工,作為施工期的防滲屏障。212 調整方案工程前期受征地、移民等多方面影響,灌排廊道開挖進度嚴重滯后,無法在第三層帷幕施工之前完成第四層廊道的開挖,如先施工第三層帷幕,再開挖第四層廊道,由于兩者最小距離僅有116 m,開挖爆破對已施工帷幕的損傷難以避免。根據灌排廊道開挖進度,為保證帷幕質量和地下廠房開挖期間的安全,滿足總進度的要求,對設計方案進行了調整:取消第四層灌漿廊道,將第三、第四層帷幕合并,從第三層灌漿廊道鉆垂直孔至防滲帷幕底線高程,最大孔深約為102 m,帷幕排數、排距、孔距等暫按原設計參數執行,待帷幕灌漿試驗完成后視情況調整。3 灌漿試驗為驗證和優化帷幕設計

11、,探求符合向家壩工程地質條件的帷幕灌漿施工工藝、工法,在大面施工之前選取不同位置進行了幾組試驗,因施工期帷幕多為單排,現以與其對應的第 組試驗為例進行介紹。311 試驗目的(1)第 組試驗為單排帷幕,主要代表地下廠房下游側帷幕灌漿區的地層和工況,通過試驗探求下游側帷幕合適的灌漿參數和優質、高效的灌漿工藝、工法。(2)施工期帷幕雖屬永久帷幕的一部分,但只施工先序排,不具備最終的質量檢查條件,本組試驗的質量檢查可以驗證施工期單排帷幕的防滲效果和可靠性。(3)因灌漿方案調整,帷幕深度比原方案大為增加,本組試驗施工了5個100 m深的灌漿孔,以驗證深孔灌漿的可行性。(4)通過試驗了解耗灰情況,對合同經

12、濟問題做出預判。312 試驗施工方法根據已有工程經驗,試驗采用孔口封閉、孔內循環、自上而下分段灌漿法施工,灌漿孔布孔方式為直線單排式,分序加密施工。試驗區孔位布置圖如圖1所示。灌漿試驗工藝流程為:底板澆筑抬動孔施工臨界壓力測試錄像孔和壓水試驗先導孔施工一般試驗孔分序灌漿待凝14 d檢查孔施工封孔。對主要工序做簡單介紹。(1)鉆孔。鉆孔采用XY - 2型回轉式鉆機,金剛石鉆頭鉆進,鉆孔過程中嚴格控制孔位和孔斜偏差。(2)抬動觀測孔。布置3個抬動觀測孔,分別深入基巖9 m、15 m、17 m,壓水試驗和灌漿過程中嚴密監測。實測最大抬動變形138m,滿足小于200m88易 志,等 向家壩水電站右岸地

13、下廠房施工帷幕灌漿方案與技術研究水利水電技術 第40卷 2009年第12期的設計要求。(3)錄像孔施工。為更直觀地了解試驗區地質情況,施工一個孔徑 4注入率/Lmin- 1303020201010(5)特殊情況處理。對WS4 - 5 (先導孔)第13段(52155715 m)、第14段(57156215 m)、第15段(62156715 m)施灌時,試驗區所在施工支洞的邊墻、底板冒水冒漿。第13、第15段冒漿量較小,采用逐漸加濃漿液低壓灌注,冒漿部位返較濃漿液后停止冒漿;第14段冒漿量較大,逐級加濃漿液低壓灌注,冒漿部位返11濃漿后冒漿量仍未減小,做短時間間歇(不超過30 min) ,繼續灌注

14、冒漿量仍較大,將漿液變濃至0151低壓限流、間歇灌注后不再冒漿。313 試驗效果分析31311 檢查孔取芯檢查根據灌漿成果資料布設2個質量檢查孔,逐孔施工。WS4 - JC01檢查孔取芯鉆孔40 m,巖芯采取率9613% , RQD指數9212% , WS4 - JC02檢查孔取芯鉆孔10012 m,巖芯采取率9413% ,RQD指數8719%。芯樣水泥結石較多,將層面和裂隙充分充填,水泥結石密實,強度較高,說明灌漿效果較好。31312 單位注入率分析本組試驗各次序孔平均單位耗灰量(以下簡稱“ 單耗 ”)為271176 kg/m,遠大于投標預測值7014 kg/m,其中 、序孔平均單耗分別為4

15、82147 kg/m、283113 kg/m、85166 kg/m,序孔平均單耗比 序孔遞減4113% , 序孔比 序孔遞減6917% ,各次序孔平均單耗隨孔序遞增而依次遞減的變化規律非常明顯。31313 壓水試驗效果分析(1)灌前壓水試驗。試驗區各次序孔灌前壓水透水率見圖2,透水率頻率分布見表3。從圖2看出,各次序孔灌前平均透水率隨孔序的遞增而依次遞減的變化規律非常明顯;從表3看出,、 序孔灌前透水率小于1 Lu的孔段,累積頻率分別為2718%、5311%、8113% ,隨著孔序加密而提高的規律明顯,說明隨著孔序加密,巖層裂隙逐漸被水泥漿液充填密實,透水率逐步減少而處于均勻。圖2 第 組帷幕

16、灌漿試驗各次序孔灌前透水率柱狀圖表3 第 組帷幕灌漿試驗各次序孔灌前透水率統計項目總段數平均透水率/Lu區間段數(頻率/% )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)合計150 3195 84(5610) 45(3010) 11 (713)7(417)3(210)0(0)(2)灌后檢查孔壓水試驗。對2個檢查孔做灌后壓水檢查,壓水壓力按相應孔段灌

17、漿壓力的80%且不98易 志,等 向家壩水電站右岸地下廠房施工帷幕灌漿方案與技術研究水利水電技術 第40卷 2009年第12期表4 第 組帷幕灌漿試驗檢查孔壓水試驗成果統計項目壓水試驗段數平均透水率/Lu區間段數(頻率/% )透水率0 Lu0015 Lu 0151 Lu13 Lu3 Lu說 明WS4 - JC011001131(1010)9(9010)0(0)0 (0)0(0)WS4 - JC022201506(2713)10(4515)3 (1316)2(911)1(415)合 計3201327(2119)19(5914)3(914)2(613)1(311)設計防滲標準3 Lu大于2 MPa

18、控制,試驗結果見表4。統計表中看出,總共壓水32段,其中31段的透水率小于設計值3 Lu,合格率9619% ,不合格孔段僅有1段且是非基巖接觸段,其透水率也僅3105 Lu (分析認為該孔段陡傾角裂隙發育,漿液水平延伸相對較差,防滲幕體相對較薄) ,透水率小于015 Lu的孔段占8113% ,且有7段透水率為0 Lu,占2119%。從圖3灌前、灌后透水率頻率分布曲線可以看出,灌漿對巖體防滲性能改善明顯。圖3 第 組帷幕灌漿試驗灌前、灌后透水率頻率曲線31314 耐久性及破壞性壓水檢查為檢驗高水頭工況下防滲帷幕的耐久性,對2個檢查孔全孔做耐久性及破壞性壓水試驗。耐久性壓水試驗在4 MPa壓力下壓

19、水48 h,分析漏水量的變化情況,接著逐漸加大壓力進行破壞性壓水試驗,發現漏水量突增或流量達到灌漿泵最大排量時保持壓力30 min后停止,記錄相應的破壞壓力,如壓力增大到6 MPa而漏水量仍未見突增情況時,繼續壓水30 min即可停止,耐久性及破壞性壓水試驗每510 min升壓不超過015 MPa。WS4 - JC02號孔耐久性試驗在4 MPa壓力下壓水48 h,流量穩定在96 L /min左右,破壞性試驗壓力逐步升至6MPa,流量逐漸增大,穩定在148 L /min(透水率0126 Lu) ; WS4 - JC01號孔耐久性試驗在4 MPa壓力下壓水511 h,流量達到灌漿泵最大排量1951

20、21 L /min(透水率1159 Lu) ,繼續壓水壓力呈下降趨勢,結束壓水。試驗表明, WS4 - JC02號孔能在4 MPa壓力下耐壓48 h,能承受6 MPa壓力的破壞試驗,整體效果較好;WS4 - JC01號孔的耐久性和抗高壓能力雖然有限,但在整個壓水過程中透水率并不大,同時考慮到下游側帷幕在施工和永久運行期間承受水頭較小,其防滲性能能夠滿足要求。綜合分析以上試驗成果,說明帷幕設計合理,施工工藝和參數可以滿足設計要求。4 施工期帷幕生產及效果前文已述,地下廠房中下部開挖之前,需預設施工期帷幕,具體地,須在2008年汛前完成臨河側和部分上游側第三層帷幕的先序排灌漿(見圖4) ,后序排則

21、待洞室開挖爆破結束后進行,對先序排帷幕補強。施工期帷幕工程量約115萬m,于2007月12月中旬開始施工, 2008年6月初完成(根據不同部位的工況,結合幾組灌漿試驗成果,灌漿參數較試驗有所調整,不再贅述)。圖4 施工期帷幕布置施工期帷幕暫未做灌后質量檢查,但從直觀看,達到了預期效果:2008年1月江水位僅26815 m左右,但尾水管開挖面滲流量達250 m3/h,曾一度因開挖遇集中滲水點而停工。隨著施工期帷幕逐步形成,滲流量隨之減小,8月10日實測2008年度最高江水位28211 m時,滲流量不足100 m3/h,可見帷幕施工前后滲流量變化明顯。目前主廠房即將挖完,基本處于干地施工,施工期帷

22、幕較好的防滲性能為地下廠房順利開挖和向混凝土澆筑轉序提供(下轉第97頁)09尚 新 利用爆破不透水層法治理發展實驗區次生鹽漬化探析水利水電技術 第40卷 2009年第12期值降低到7120715之間。通過近幾年的種植改良,次生鹽漬化土地舊貌換新顏。據2008年統計數據表明,小麥平均畝產達360 kg,油葵平均畝產172 kg,比改良前增產40%。通過對比分析種植試驗情況,可以肯定,采用爆破法治理次生鹽漬化土地在實驗區是成功和可行的。6 建 議面對灌區次生鹽漬化不斷擴大的趨勢,對于灌區而言,目前最緊迫的工作如下。(1)研究土壤水鹽運行規律,掌握田間土壤水鹽動態變化,制定相應的控制措施。(2)在灌

23、區中下游一帶,大力推廣爆破法治理次生鹽漬化,對次生鹽漬化有效遏制。(3)加強用水管理,擬定合理的灌水方法和灌溉制度,積極推廣噴灌、滴灌等灌溉新技術。特別是在有機井灌溉條件的區域,應大力推廣管灌和噴灌等灌溉新技術。(4)加強地下水的動態研究,有計劃地開采地下水,利用地下回歸水進行灌溉,降低地下水位或者使地下水位保持一定的深度,是防止次生鹽漬化的有效措施。(5)建立水鹽動態預測預報機構,及時掌握灌區地下水位動態變化規律和水鹽動態變化,是灌區可持續發展的必然要求。(6)調整水價,促進農戶自覺節水。杜絕農戶大水漫灌和串灌現象發生,增強農戶的水商品意識,減緩土地次生鹽漬化進程。7 結 語運用爆破法打破不

24、透水層和結合水利措施來治理次生鹽漬化的方法,不僅在技術上是先進的、可行的,而且投資小,見效快,脫鹽效果好。該方法對土層下面含有不透水層的區域或地區均適用,適應性廣泛,方法簡單,便于操作。而且在經濟上對于一家一戶單獨施工操作是可行的,具有一定的推廣價值。特別是對于景電一期灌區,在三道梁及蘭化一帶土地次生鹽漬化有不斷擴大的趨勢,通過采用上述技術和措施,可望對次生鹽漬化獲得控制和改良。綜上所述,治理土壤次生鹽漬化是一項長期而艱巨的工程任務,爆破法是治理次生鹽漬化的方法之一,必須引起灌區管理者的高度重視,將其列入管理者重要的議事日程。只有在灌區灌排工程合理、協調發展的基礎上,灌區才能長期生存和具有可持

25、續發展的后勁。參考文獻:1 杜成義 1中國西北干旱地區灌溉新技術發展實驗區驗收集料匯編C1蘭州:甘肅省水利廳水利管理局, 199212 中國農業百科全書M 1北京:農業出版社, 19871(責任編輯 林雁慶)(上接第90頁)了良好條件。2008年5月12日,四川汶川發生810級特大地震,向家壩距震中約450 km,震感明顯。為探求地震對已施工帷幕的影響程度,震后在前期已做檢查孔壓水試驗的相同部位,新增檢查孔壓水,透水率基本無變化,震后地下洞室滲流監測也未見異常,可見汶川地震對帷幕沒有造成大的影響。5 結論和建議(1)事實證明,因前期灌漿廊道開挖滯后,迫于地下電站總進度需要,將第三、四層帷幕合二

26、為一,帷幕施工總體方案的重大調整是成功的,解脫了施工期帷幕對地下洞室中下部開挖的制約,滿足了總進度需要。(2)灌漿試驗表明,所用的施工工藝、灌漿參數可以達到設計防滲標準,并為驗證和調整帷幕設計提供了重要依據。(3)從直觀效果看,施工期帷幕灌前灌后地下洞室滲流量變化明顯,達到了臨時帷幕阻水防滲的預期效果,確保了地下廠房順利下臥開挖;通過壓水檢查和震前震后滲流量對比來看,未見汶川地震對帷幕造成重大影響。(4)灌漿廊道原設計斷面316 m411 m (寬 高) ,小斷面洞室開挖不利機械作業,而且相應高程的灌漿廊道在地下廠房混凝土澆筑階段一般都還兼作重要的混凝土運輸通道,需保證混凝土罐車通行。借鑒龍灘、瀑布溝等工程經驗,向家壩也將部分第三層灌漿廊道斷面調整為511 m5145 m (寬 高)。建議今后類似工程設計時考慮這一因素,將部分灌漿廊道斷面適當加大,既有利于開挖進度,又有利于后期施工。參考文獻:1DL /T 51482001,水工建筑物水泥灌漿施工技術規范 S1(責任編輯 歐陽越)79