论文部分内容阅读
【摘要】 功果桥电站因砂、板岩岩性及节理、断层发育等复杂地质条件决定了其岩体透水率极大。库区蓄水后厂房左端墙岩体内水压进一步增高，最大水压0.04MPa，导致厂房边墙出现一定渗水。为确保厂房全生命周期的正常运行，在厂房左端墙37.5m范围，自第三层排水廊道向下新增加强帷幕灌浆孔26个，孔距1.5m，倾角79.9°，单孔深42.65m。本文阐述了高内水压力情况下加强帷幕灌浆的具体施工方法、特殊情况处理及灌浆成果，以期为类似工程之借鉴。
【关键词】 功果桥电站;地下厂房;三层排水廊道;加强帷幕灌浆;施工
中图分类号： TV 文献标识码： A
1 前言
1.1工程概况
功果桥水电站位于云南省云龙县境内大栗树西侧，是澜沧江中下游河段梯级开发的最上游一级电站，下游为小湾电站，上游为在建的苗尾水电站。本工程以发电为主，正常蓄水位1307.0m，装机四台，单机容量225MW，总容量900MW，年均发电量40.41亿Kw·h。电站引水发电系统布置在右岸，由进水口、引水隧洞、地下厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞和户外出线场等组成。以主厂房为防护中心分别于厂房的顶拱以上、厂房顶拱部位、厂房中部（发电机层）和厂房底部各布置了一层排水廊道，编号为一层~四层。4层排水廊道在厂房上游面均布置有厂前防渗帷幕，且均在库区蓄水前完成。但库区蓄水后厂区，尤其是厂前帷幕与大坝帷幕衔接段仍然存在一定渗水，故为进一步减少厂区渗水量，在厂房左端墙37.5m范围，自第三层排水廊道向下新增加强帷幕灌浆。加强帷幕孔倾角79.9°，孔距1.5m，单孔深42.65m。
1.2加强帷幕灌浆区地质条件
功果桥右岸山体地下水位为1270～1320m高程，厂房顶拱为1283.05m高程，故地下厂房系统位于右岸地下水位线以下。加之库区蓄水后加强帷幕灌浆区域岩体含水率进一步加大，岩体内水压增高，灌浆区域孔内大量涌水的情况较为普遍，据实测涌水压力最大0.04MPa，普遍涌水压力在0.01MPa左右。
地下厂房系统围岩主要由青灰色变质砂岩与灰白色变质石英砂岩组成，间夹灰黑色砂质板岩。其中青灰色变质砂岩占37%，灰白色变质石英砂岩占41%，灰黑色砂质板岩占22%。总体上围岩岩性以变质砂岩与变质石英砂岩为主（占74%），以中厚层状结构为主。岩体中断层主要以顺层结构为主，规模较大为F2断层，该断层发育于变质砂岩与砂质板岩接触带，贯穿右岸地下厂房系统各建筑物围岩，破碎带宽度一般为1～2m，带内充填灰白色断层泥、糜棱巖、角砾等，两侧影响带宽度0.6～4m，影响带内岩体一般呈锈黄色，较破碎。其余断层规模一般较小，多为层间挤压带或砂岩与板岩接触带。
新增帷幕区域围岩以Ⅱ～Ⅲ1类为主。该区域变质砂岩干密度均值为2.73g/cm3，单轴饱和抗压强度均值为93.94MPa，软化系数均值为0.81；砂质板岩干密度均值为2.77g/cm3，单轴饱和抗压强度均值为54.85MPa，软化系数均值为0.79。
2 灌浆系统布置
根据帷幕灌浆现场实际情况，制浆站设置在三层排水廊道的上一层即二层排水廊道内。制浆站为小型制浆站，包括40t储量水泥平台、制浆平台、输浆泵等。制浆站结构如图1所示。灌浆系统布置在三层排水廊道加强帷幕灌浆区附近，由2台3SNS灌浆泵、2台高速搅拌桶、GJY-Ⅵ型三参数自动灌浆记录仪等组成。制浆站集中拌制0.5:1浆液，采用3SNS输浆泵，配以1寸钢管，通过二三层廊道间连通排水孔输送至灌浆站搅拌缸（浆液输送流速1.4～2.0m/s，浆液温度5～30℃），再按需用浓度调制后灌浆。
图1制浆站结构图
3 主要灌浆材料
本工程帷幕灌浆采用P.O42.5级袋装硅酸盐水泥，所使用水泥由业主统供，每批均经过实验检测合格。灌浆用水符合JGJ63-2006的规定，水温度不高于40℃。速凝剂采用水玻璃（Na2SiO3）。
4 帷幕灌浆施工
4.1帷幕灌浆工艺流程
帷幕灌浆工艺流程见图2。
图2 帷幕灌浆工艺流程图
4.2帷幕灌浆方法
帷幕灌浆 (curtaingrouting)是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。本工程帷幕主要起减少厂房边墙渗流量的作用。帷幕灌浆采用循环式灌浆法，射浆管距离孔（段）底不大于50cm。循环式灌浆工艺流程见图3。
图3循环式灌浆施工工艺流程图
4.3灌浆单元划分及灌浆分序
三层排水廊道帷幕灌浆加强孔布置在厂下0+001.90m~厂上0+035.60m范围，共计26孔，单排孔布置，孔距1.5m，划分为1个灌浆单元。共分3序，按先Ⅰ序，后Ⅱ序，再Ⅲ序的顺序逐加密原则进行施工，其中Ⅰ序孔7个，Ⅱ序孔6个，Ⅲ序孔13个。灌浆孔布孔及分序情况见图4。
图4帷幕灌浆孔布孔平面图
4.4帷幕灌浆钻孔施工
4.4.1帷幕灌浆钻孔及分段
加强帷幕灌浆钻孔采用XY-2型地质钻机，配金刚石钻头钻进，孔口段孔径φ91mm，入岩2.0m，以下各段孔径φ60mm。孔位偏差不大于10cm。灌浆孔分段详见表1。
表1 帷幕灌浆钻孔分段统计表
段次 1 2 3 4 以下各段
段长（m） 2 3 3 5 一般为5m，不大于8m。
孔底深度（m）（混凝土与岩石接触面为零） 2 5 8 13
在钻孔遇到塌孔或掉块难以继续时，缩短段长作为一个灌浆段进行灌浆处理，待凝24小时后继续施工。
4.4.2帷幕灌浆钻孔方向控制
为确保钻孔质量，严格执行了以下三点：
（1）、确保设备安装和开孔质量。设备安装前，地基平整至坚实，基台木水平和稳固。天车、立轴和孔口保持“三点一线”。保证按设计方向开孔，开孔粗径钻具要直，孔口管按设计方向固定牢靠。
（2）、采用合理的钻进方法和钻进规程参数。减小孔壁间隙，减小下部钻具弯曲。钻具应直而圆，连接后同心度好，粗径钻具应有足够长度。做到“以满保直”和“以刚保直” 。
（3）、做好钻孔测斜工作。为及时掌握实际钻孔方向，以便及时调整以满足设计及规范要求，帷幕灌浆钻孔时采用KXP-1型轻便测斜仪对孔向进行测量。孔深大于20m时按每5m测斜一次，孔深小于20m时10m测斜一次，终孔段必须测斜。顶角大于5度钻孔的孔底允许偏差不大于孔深的3%，方位角偏差不大于5度。孔底允许偏差见表2。实际测斜成果见表3。
表2 垂直孔和顶角小于5度的灌浆孔孔底允许偏差表
孔深（m） 20 30 40 50 60
允许偏差（m） 0.25 0.45 0.7 1 1.3
注：顶角（θ）：某测点对钻孔轴心的切线与铅垂线之间的夹角称为该测点的顶角。
方位角（α）：某测点对钻孔轴心的切线水平投影与磁北方向之间顺时针的夹角称为该点的方位角。
表3 灌浆孔测斜成果表（以1号孔为例）
【关键词】 功果桥电站;地下厂房;三层排水廊道;加强帷幕灌浆;施工
中图分类号： TV 文献标识码： A
1 前言
1.1工程概况
功果桥水电站位于云南省云龙县境内大栗树西侧，是澜沧江中下游河段梯级开发的最上游一级电站，下游为小湾电站，上游为在建的苗尾水电站。本工程以发电为主，正常蓄水位1307.0m，装机四台，单机容量225MW，总容量900MW，年均发电量40.41亿Kw·h。电站引水发电系统布置在右岸，由进水口、引水隧洞、地下厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞和户外出线场等组成。以主厂房为防护中心分别于厂房的顶拱以上、厂房顶拱部位、厂房中部（发电机层）和厂房底部各布置了一层排水廊道，编号为一层~四层。4层排水廊道在厂房上游面均布置有厂前防渗帷幕，且均在库区蓄水前完成。但库区蓄水后厂区，尤其是厂前帷幕与大坝帷幕衔接段仍然存在一定渗水，故为进一步减少厂区渗水量，在厂房左端墙37.5m范围，自第三层排水廊道向下新增加强帷幕灌浆。加强帷幕孔倾角79.9°，孔距1.5m，单孔深42.65m。
1.2加强帷幕灌浆区地质条件
功果桥右岸山体地下水位为1270～1320m高程，厂房顶拱为1283.05m高程，故地下厂房系统位于右岸地下水位线以下。加之库区蓄水后加强帷幕灌浆区域岩体含水率进一步加大，岩体内水压增高，灌浆区域孔内大量涌水的情况较为普遍，据实测涌水压力最大0.04MPa，普遍涌水压力在0.01MPa左右。
地下厂房系统围岩主要由青灰色变质砂岩与灰白色变质石英砂岩组成，间夹灰黑色砂质板岩。其中青灰色变质砂岩占37%，灰白色变质石英砂岩占41%，灰黑色砂质板岩占22%。总体上围岩岩性以变质砂岩与变质石英砂岩为主（占74%），以中厚层状结构为主。岩体中断层主要以顺层结构为主，规模较大为F2断层，该断层发育于变质砂岩与砂质板岩接触带，贯穿右岸地下厂房系统各建筑物围岩，破碎带宽度一般为1～2m，带内充填灰白色断层泥、糜棱巖、角砾等，两侧影响带宽度0.6～4m，影响带内岩体一般呈锈黄色，较破碎。其余断层规模一般较小，多为层间挤压带或砂岩与板岩接触带。
新增帷幕区域围岩以Ⅱ～Ⅲ1类为主。该区域变质砂岩干密度均值为2.73g/cm3，单轴饱和抗压强度均值为93.94MPa，软化系数均值为0.81；砂质板岩干密度均值为2.77g/cm3，单轴饱和抗压强度均值为54.85MPa，软化系数均值为0.79。
2 灌浆系统布置
根据帷幕灌浆现场实际情况，制浆站设置在三层排水廊道的上一层即二层排水廊道内。制浆站为小型制浆站，包括40t储量水泥平台、制浆平台、输浆泵等。制浆站结构如图1所示。灌浆系统布置在三层排水廊道加强帷幕灌浆区附近，由2台3SNS灌浆泵、2台高速搅拌桶、GJY-Ⅵ型三参数自动灌浆记录仪等组成。制浆站集中拌制0.5:1浆液，采用3SNS输浆泵，配以1寸钢管，通过二三层廊道间连通排水孔输送至灌浆站搅拌缸（浆液输送流速1.4～2.0m/s，浆液温度5～30℃），再按需用浓度调制后灌浆。
图1制浆站结构图
3 主要灌浆材料
本工程帷幕灌浆采用P.O42.5级袋装硅酸盐水泥，所使用水泥由业主统供，每批均经过实验检测合格。灌浆用水符合JGJ63-2006的规定，水温度不高于40℃。速凝剂采用水玻璃（Na2SiO3）。
4 帷幕灌浆施工
4.1帷幕灌浆工艺流程
帷幕灌浆工艺流程见图2。
图2 帷幕灌浆工艺流程图
4.2帷幕灌浆方法
帷幕灌浆 (curtaingrouting)是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以减小渗流量或降低扬压力的灌浆。本工程帷幕主要起减少厂房边墙渗流量的作用。帷幕灌浆采用循环式灌浆法，射浆管距离孔（段）底不大于50cm。循环式灌浆工艺流程见图3。
图3循环式灌浆施工工艺流程图
4.3灌浆单元划分及灌浆分序
三层排水廊道帷幕灌浆加强孔布置在厂下0+001.90m~厂上0+035.60m范围，共计26孔，单排孔布置，孔距1.5m，划分为1个灌浆单元。共分3序，按先Ⅰ序，后Ⅱ序，再Ⅲ序的顺序逐加密原则进行施工，其中Ⅰ序孔7个，Ⅱ序孔6个，Ⅲ序孔13个。灌浆孔布孔及分序情况见图4。
图4帷幕灌浆孔布孔平面图
4.4帷幕灌浆钻孔施工
4.4.1帷幕灌浆钻孔及分段
加强帷幕灌浆钻孔采用XY-2型地质钻机，配金刚石钻头钻进，孔口段孔径φ91mm，入岩2.0m，以下各段孔径φ60mm。孔位偏差不大于10cm。灌浆孔分段详见表1。
表1 帷幕灌浆钻孔分段统计表
段次 1 2 3 4 以下各段
段长（m） 2 3 3 5 一般为5m，不大于8m。
孔底深度（m）（混凝土与岩石接触面为零） 2 5 8 13
在钻孔遇到塌孔或掉块难以继续时，缩短段长作为一个灌浆段进行灌浆处理，待凝24小时后继续施工。
4.4.2帷幕灌浆钻孔方向控制
为确保钻孔质量，严格执行了以下三点：
（1）、确保设备安装和开孔质量。设备安装前，地基平整至坚实，基台木水平和稳固。天车、立轴和孔口保持“三点一线”。保证按设计方向开孔，开孔粗径钻具要直，孔口管按设计方向固定牢靠。
（2）、采用合理的钻进方法和钻进规程参数。减小孔壁间隙，减小下部钻具弯曲。钻具应直而圆，连接后同心度好，粗径钻具应有足够长度。做到“以满保直”和“以刚保直” 。
（3）、做好钻孔测斜工作。为及时掌握实际钻孔方向，以便及时调整以满足设计及规范要求，帷幕灌浆钻孔时采用KXP-1型轻便测斜仪对孔向进行测量。孔深大于20m时按每5m测斜一次，孔深小于20m时10m测斜一次，终孔段必须测斜。顶角大于5度钻孔的孔底允许偏差不大于孔深的3%，方位角偏差不大于5度。孔底允许偏差见表2。实际测斜成果见表3。
表2 垂直孔和顶角小于5度的灌浆孔孔底允许偏差表
孔深（m） 20 30 40 50 60
允许偏差（m） 0.25 0.45 0.7 1 1.3
注：顶角（θ）：某测点对钻孔轴心的切线与铅垂线之间的夹角称为该测点的顶角。
方位角（α）：某测点对钻孔轴心的切线水平投影与磁北方向之间顺时针的夹角称为该点的方位角。
表3 灌浆孔测斜成果表（以1号孔为例）