水利水电工程隧洞灌浆技术探索

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1工程概况

某水利枢纽位于河流中下游河段的山峡谷中,由大坝、表孔溢洪洞、引水发电洞、中孔泄洪洞、深孔排沙放空洞和发电厂房组成。拦河坝为粘土心墙坝,坝顶高程1000m,最大坝高105m。水库调节库容12.32×108m3,调洪库容2.57×108m3,死库容3.2×108m3。排沙放空洞位于联合进水口1#、2#发电洞中间,高程低于1#、2#发电洞8m多(洞底高程930m,洞顶高程936.5m),主要用于排砂放空,在汛期有泄洪功能。本文主要针对隧洞回填及固结灌浆技术在该工程表孔溢洪洞基础防渗处理中的应用进行阐述。

2隧洞回填及固结灌浆施工

2.1设备配置

该水库表孔溢洪洞灌浆主要投入了4台2PC型地质钻机和2台B100型潜孔钻用于主体工程施工。另外投入3台YGJ-340型双层立式搅拌机,3台BW-250型泥浆泵,1台12立方空压机,1台5T卷扬机,潜水泵及污水泵各2台,以及电焊机,交通车辆等。

2.2施工技术设计要求

(1)钻头

根据设计要求,隧洞灌浆施工中,手风钻和B100潜孔钻孔径40mm,钻头直径取38mm,2PC型地质钻机-孔径75~110mm,钻头直径取80mm。

(2)垂直度

施工前应用水平尺、经纬仪检验校正。使钻杆垂直,垂直度误差不得大于2‰。

(3)浆液配制

灌浆浆液采用425#抗硫酸盐水泥,通过80mm方孔筛的筛余量小于2%,拌浆桶采用高速搅拌机,转速为1400转/min的速度,储浆桶采用YGJ-340型双层立式搅拌机,高速搅拌机内水泥浆液应筛后放入低速搅拌桶内使用,浆液浓度采用重量比为3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1共6个比级,通过计算确定各比级的浆液配合比,施工中为计量准确,同时便于施工,水泥应以整袋加入,不足整袋应以台秤称量。

水泥浆液的配制应严格控制水灰比,施工中可根据土层性质及室内实验数据初步确定,然后根据现场施工情况修正。本工程施工回填灌浆采用0.5∶1;固结灌浆采用3∶1、2∶1、1∶1、0.5∶1;均满足设计要求。150L和272L搅拌机浆液配合比分别见表1、表2。

表1150L搅拌机浆液配合比

表2272L搅拌机浆液配合比

(4)灌浆材料

主要采用32.5R抗硅酸盐水泥,孔口一般采用丙乳酸砂浆。

(5)设计规范范围要求

回填灌浆孔深为深入围岩10cm;固结灌浆孔深为深入围岩4m。

2.3施工工艺

隧洞灌浆—表孔溢洪洞灌浆工程:本着“先回填,后固结”的原则。先进行洞顶回填灌浆施工,待回填灌浆施工结束并经质量检查验收后,再进行该部位的固结灌浆施工。

(1)回填灌浆设计的施工技术要求及规范原则

回填灌浆采取“推赶式灌浆法”,从下游向上游逐排施工,在同排上分两序进行,即先Ⅰ序,后Ⅱ序。在表孔溢洪洞的顶拱处加密深入基岩10cm的回填灌浆孔。孔排、距为1.5m×1.5m,矩形布置;防渗标准均满足设计规范要求。

(2)固结灌浆的设计施工技术要求及规范原则

在表孔溢洪洞拱形一周布置固结灌浆孔,孔排、距为3.0m×3.0m;孔深深入基岩4m,矩形布置;防渗标准均满足设计规范要求。固结灌浆施工依据“环间分序,环内加密”的原则,从下游向上游隔排施工。环间分两序,环内分两序,即先进行Ⅰ序环的Ⅰ序孔,然后进行Ⅰ序环的Ⅱ序孔,再进行Ⅱ序环的Ⅰ序孔,最后进行Ⅱ序环的Ⅱ序孔施工。

(3)回填灌浆孔施工工艺流程

布孔—钻孔—钻孔冲洗—灌浆—封孔

(4)固结灌浆孔施工工艺流程

布孔—钻孔—钻孔冲洗—压水试验—灌浆—封孔

3施工质量保证措施

3.1浆液质量控制

灌浆施工前,应对水泥进行检验,检验结果应满足规范要求。灌浆施工过程中,还应随时抽检,受潮结块的水泥不能用于灌浆;同时还应抽测浆液的比重,采用经检验合格的液体密度计进行检测,不符合要求的水泥浆不能用于灌浆。

3.2灌浆方法及灌浆压力

灌浆采用孔口循环、孔内纯压式的方法进行全孔一次性灌浆法,灌浆机采用BW-250型泥浆泵压送浆液。止浆塞采用挤压式机械塞,灌浆管采用高压钢编管。灌浆压力按设计及规范要求执行,回填灌浆采用0.3~0.4MPa;固结灌浆采用0.3~0.5MPa。

3.3灌浆结束及封孔

回填灌浆在达到设计压力的情况下,单位吸浆量每分钟小于等于0.4L时,再延续30min。在每个灌浆孔全孔灌浆结束后,应对灌浆孔进行封孔。采用压力灌浆封孔法对基岩部分进行封孔,封孔压力采用该孔段的灌浆压力。封孔时将射浆管下入距孔底约0.5m处,用泥浆泵压入0.5:1的浓水泥浆,将孔内的水和稀浆全部置换出来,待孔口返出浓浆时停止注浆,安装止浆塞,继续灌注0.5:1的浓浆,进行压力灌浆封孔;顶拱封孔和水平孔封孔采用压力灌浆封孔法对基岩部分进行封孔,封孔压力采用该段灌浆压力。用泥浆泵压入0.5:1的浓浆进行压力封孔。砼部分采用1:1的水泥砂浆进行封孔,除顶拱以外的基本孔用1:1的水泥砂浆封孔。孔口部分用丙乳砂浆封孔抹平即可。

固结灌浆封孔标准和回填灌浆相同。

4施工效果检查

4.1外观检查

每个单元工程灌浆全部结束后,立即整理资料,报送至监理部,由监理工程师布设检查孔,检查孔的孔数不低于灌浆孔总数的5%。

回填灌浆检查孔在各单元灌浆结束3~7d后进行,采用自上而下一段钻孔压浆试验方法进行,压浆实验采用单孔注浆试验。向检查孔注入2:1的水泥浆,在规定灌浆压力下,开始10min的注入量应不大于10L,否则应采取补强措施。最后对检查孔进行灌浆和封孔。

固结灌浆检查孔在各单元灌浆结束3~7d后进行,立即整理资料,报送至监理部,由监理工程师布设检查孔,检查孔的孔数不低于灌浆孔总数的5%。采用单点法常规压水试验,并辅以岩体声波测试,检查孔压水试验透水率值应不大于3Lu。

4.2检验检测

检查孔按灌浆孔总数5%以上布设,根据压水试验结束均小于设计防渗标准3Lu,均满足和符合设计规范要求。

4.3质量检验结果

0+015.086~0+139.055共计4个回填灌浆单元工程,检查孔14个,单孔注浆试验14段,通过质量检查,14段压水试验的透水率值均小于3L(最大值8.7L,最小值2L,平均值6.63L)。

0+015.086~0+139.055和0+677.50~0+698.663共计7个固结灌浆单元工程,检查孔42个,压水试验54段,通过质量检查,54段压水试验的透水率值均小于3Lu(最大值2.91Lu,最小值0.11Lu,平均值1.42Lu)。

0+015.086~0+139.055共计4个回填灌浆单元工程,检查孔14个,单孔注浆试验14段,通过质量检查,14段压水试验的透水率值均小于3L(最大值8.7L,最小值2L,平均值6.63L)。

5灌浆效果分析

5.1回填灌浆资料分析

分析单位注入量资料,从回填灌浆各次序孔灌浆成果资料看:其回填灌浆基岩灌浆总进尺884.09m,平均单位注入面积7.45kg/m2。Ⅰ序基岩灌浆总进尺357m,平均单位注入面积7.77kg/m2。Ⅱ序基岩灌浆总进尺527.09m,平均单位注入面积7.14kg/m2。Ⅰ、Ⅱ序呈递减趋势,递减率40.4%.

回填检查孔基岩灌浆总进尺8.07m,最大单位注入面积4.2kg/m2,最小单位注入面积1.15kg/m2,平均单位注入面积2.46kg/m2。较基本孔减少68.3%。

5.2固结灌浆资料分析

透水率资料分析,固结灌浆前压水试验46段,透水率最大值435.2Lu,透水率最小值4.1Lu,平均值为13.97Lu。

固结检查孔压水试验54段,透水率最大值2.91Lu,透水率最小值0.11Lu,平均值为1.42Lu。均满足和符合设计规范要求,且较灌浆前透水率减少92.4%。

单位注入量资料分析,固结灌浆各次序孔灌浆成果资料看:其固结灌浆基岩灌浆总进尺4077.63m,最大单位注入量为22483.06kg/m2,平均单位注入量42.34kg/m2。Ⅰ序基岩灌浆总进尺1966.98m,平均单位注入量51.51kg/m2。Ⅱ序基岩灌浆总进尺2110.65m,平均单位注入量33.79kg/m2。Ⅰ、Ⅱ序呈递减趋势,递减34.6%。

5.3单元工程质量评定

表孔溢洪洞灌浆共计11个单元。其中回填灌浆优良单元工程4个,固结灌浆优良单元工程7个,通过质量检查评定,回填和固结灌浆质量均达到优良标准,其中优良单元工程11个,合格率100%,优良率100%。透水率资料分析,固结灌浆前压水试验46段,透水率最大值435.2Lu,透水率最小值4.1Lu,平均值为13.97Lu。

5.4灌浆效果分析

通过对回填灌浆及固结灌浆的资料综合分析,其均符合设计规范技术要求的灌浆规律,在隧洞灌浆施工过程中效果非常明显,各项技术指标均满足设计规范要求。

6结语

通过本工程实践表明隧洞灌浆基础防渗处理技术,在水利工程隧洞灌浆施工过程中效果非常明显,适应性强。由于水泥灌浆的效果比较可靠,成本比较低廉,结石强度不高,故多用于砂砾层的防渗灌浆。