黑麋峰抽水蓄能电站引水岔管F15复合灌浆技术
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梁 雨
中国水利水电第十二工程局有限公司 浙江 310004
摘要：近年来，随着抽水蓄能电站的蓬勃发展，一些蓄水电站不可避免的要受到各种地质条件的制约，为了争取更好的运行方案，有的引水隧洞必须从大的断层部位穿过。这不仅要考虑经济成本，而且要保证工程的运行和发电安全。
黑麋峰抽水蓄能电站引水隧洞高压岔管段位于F15断层部位，为了保证运行的安全，对断层部位进行综合处理。在对不良地质进行开挖、锚杆支护、混凝土衬砌的基础上，对断层进行复合灌浆。
中国水利水电第十二工程局有限公司开展科技创新，取得“引水岔洞断层复合灌浆施工技术”这一国内领先的新成果，开创断层部位设置引水岔洞的新记录。同时形成引水岔洞断层复合灌浆施工工法。由于在处理断层方面效果明显，技术先进，具有良好的社会效益、经济效益，为地下类似工程提供了借鉴。
关键词：复合灌浆 高压固结灌浆 高压化学灌浆综合检查
中图分类号：TU644文献标识码： A
1、工程概况
黑麋峰抽水蓄能电站位于湖南省望城县桥驿镇境内，工程枢纽主要由上水库、输水发电系统和下水库三大建筑物组成，装4台单机容量为300MW的可逆式水轮水泵机组，总装机1200MW，为一等大(1)型工程。
黑麋峰抽水蓄能电站F15断层正好横穿1#和2#高压引水隧洞，同时该部位又处在引水支洞分岔部位，由于该部位处在高压水流区，为了提高围岩的强度和抗渗性能，且为了在断层部位减少断层的开挖、锚杆支护、混凝土浇筑以及为缩短工期等，对该断层部位采用复合灌浆进行处理。
2、设计要求
1Y0+914.370～1Y0+934.370m段断层破碎带、影响带布置固结孔、化学灌浆孔，间排距750mm×1500mm，超细水泥固结灌浆孔深10m,化学灌浆孔深5m,固结、化学灌浆环向相间梅花形布置。
固结灌浆采用超细P.O.52.5水泥，化学灌浆采用“帕斯卡PSI-501” 化学灌浆。
固结灌浆采用自上而下分段、孔口封闭、孔内循环、三参数大循环高压灌浆法。化学灌浆采用全孔一次性灌注，纯压式灌浆，化学灌浆压力4.5Mpa。
3、复合灌浆目的
3.1 利用高压超细水泥固结灌浆,先对断层进行大的裂隙进行充填固结, 高压固结灌浆提高围岩品质（包括提高围岩的抗渗能力、弹性模量等）的程度。
3.2 在高压固结后,在固结孔间布置化学灌浆孔进行高压化学灌浆,利用化灌材料的特点,对围岩再次进行加强，提高其抗渗强度,降底围岩的渗透系数。
3.3 施工过程中采用抬动观测，灌浆前后压水检测，灌浆前后声波检测，灌浆前后弹(变)性模量检测，灌后检查孔钻取岩芯等综合检测方法，对灌浆过程进行控制及灌后质量检查。
3.4 通过复合灌浆，减少对断层的开挖程度，减少化学灌浆对周围环境的影响。
3.5论证断层破碎带采用水泥固结灌浆和化学灌浆的可行性与可靠性。
4、固结灌浆施工工艺流程及操作要点
4.1固结灌浆工艺施工流程
4.2固结灌浆操作要点
4.2.1 分序施工
固结灌浆分两序环，每环分两序孔进行。先进Ⅰ序环钻灌施工，后进行Ⅱ序环钻灌施工。环内先进行Ⅰ序孔的钻灌施工，后进行Ⅱ序孔的钻灌施工。
4.2.2 压水
高压灌浆前对设计选定的固结孔作压水，压水分常规压水和高压压水2种情况。且对灌后检查孔均进行常规压水和高压压水。
4.2.3 灌浆
固结灌浆根据设计要求进行分段及压力控制。
固结灌浆时尽快达到设计压力，并专人控制灌浆压力，防止压力过大产生抬动造成事故或灌浆压力过小而影响灌浆质量。
⑴ 水泥浆液水灰比和变浆标准：
超细水泥拌制浆液时使用高速搅拌机，转速达到1200转/min以上。
超细水泥灌浆浆液逐级由稀变浓，灌浆浆液水灰比采用1:1、0.8:1、0.6:1 (或0.5:1)三个比级，开灌水灰比1:1。
当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或当注入率保持不变而灌浆压力持续升高时，不得改变水灰比。
当某一比级浆液注入量已达100L以上，或灌注时间已达30min，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，应换浓一级水灰比浆液灌注。
⑵ 灌浆结束标准和封孔
各灌浆段的结束条件为：在该段最大设计压力下，当注入率不大于0.2L/min，继续灌注60min，结束灌浆。在本段最大设计灌浆压力下，总灌浆时间不少于120min，各孔灌浆结束后立即封孔，封孔采用“全孔灌浆封孔法”，封孔水灰比为0.6:1(超细水泥)，封孔灌浆压力为本孔最大设计灌浆压力。
4.2.4 抬动观测
灌浆时设点进行衬砌混凝土的变形观测，抬动控制标准为0.1～0.2mm。
⑴ 抬动变形观测装置的安装
1）灌浆施工前，为防止灌浆抬动而引起混凝土的破坏，安装抬动变形观测装置。
2）抬动孔钻孔深度根据基本孔孔深确定，确保能够进行最后一段固结灌浆抬动的观测，抬动孔最底部埋设在稳定的基岩中。
3） 抬动变形观测装置采用千分表观测，该千分表经过率定合格后使用。
⑵ 抬动变形观测
抬动观测采用人工监测。在压水、洗孔和灌浆时都进行了不间断的人工观测。
4.2.5 特殊情况处理
根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、加浓浆液、降低压力、间歇灌浆等方法处理。
5、化学灌浆施工工艺流程及操作要点
5.1化学灌浆工艺施工流程
5.2化学灌浆工艺施工操作
5.2.1 分序施工
化学灌浆分两序进行，先进行Ⅰ环的施工，再进行Ⅱ序孔施工，按环内加密的原则进行。
5.2.2化学灌浆孔钻孔
化学灌浆孔入岩5m，采用手风钻钻孔，孔口段钻孔孔径Φ50mm。
5.2.3 洗孔
在灌浆前采用高压风冲洗。
5.2.4 压水
高压化学灌浆对选定的化学灌浆孔进行灌前压水，压水标准同高压固结灌浆压水标准。
5.2.5 灌浆
化学灌浆孔采用单孔灌浆。
化学灌浆孔采用全孔一次性灌注，纯压式高压灌浆，灌浆压力4.5Mpa。化学灌浆材料配比采用A组∶B组=5.0∶1进行。
化学灌浆结束条件为：在本段最大设计压力下，原则上达到不吸浆后，再继续灌注12h，可结束灌浆，对化学灌浆孔补压60h。
5.2.6抬动观测
在化学灌浆过程对衬砌混凝土进行抬动变形观测。
6、灌浆综合检查
6.1灌浆检查标准
靠近衬砌混凝土的5m围岩防渗圈的防渗标准为：经高压灌浆和化学灌浆处理后，应满足在设计压力4.0MPa作用下，透水率小于0.5Lu。
孔深5～10范围固结灌浆验收标准为：经处理后，应满足在设计压力4.0MPa作用下，透水率小于3Lu。
6.2 固结灌浆质量检查
灌前12只压水孔进行压水质量检查。灌前12孔中有24段做了5点法压水，12段做了11级高压压水，最大的透水率G2-5第1段，透水率为25.24Lu，最小为0Lu。平均透水率为1.40 Lu。
灌后12孔中有24段做了5点法压水，24段做了11级高压压水。常规压水最大的透水率为0.22Lu，最小为0Lu，2～5m段平均透水率为0.08Lu，5～10m段平均透水率为0.005Lu。高压压水最大的透水率为0.50Lu，最小为0Lu，2～5m段平均透水率为0.16Lu，5～10m段平均透水率为0.04Lu。
从固结灌前压水，灌后压水检查数据来看，灌后常规压水、高压压水透水率全部较灌前明显减少，透水率最大值为0.50Lu，说明灌浆质量良好。
6.3化学灌浆质量检查
灌前12只化学灌浆孔进行灌前压水检查。灌前12孔中所有的12段做了5点法压水，所有的12段做了11级高压压水，常规压水最大的孔H10-16，透水率为0.02Lu，最小为0Lu。平均透水率为0.0017 Lu。高压压水最大的孔H4-11，透水率为0.12Lu，最小为0.01Lu。平均透水率为0.050 Lu。
在化学灌浆基本孔灌浆完成后，对15只孔进行压水检查，灌后15只检查孔中所有的31段做了5点法压水，所有的31段做了11级高压压水。常规压水最大的透水率为0.01Lu，最小为0Lu， 0～5m段平均透水率为0Lu，5～10m段平均透水率为0Lu，10～15m段平均透水率为0.01Lu。高压压水最大的透水率为0.05Lu，最小为0Lu，0～5m段平均透水率为0.008Lu，5～10m段平均透水率为0.04Lu，10～15m段平均透水率为0Lu。
从化灌灌前压水，灌后压水检查数据来看，灌后常规压水、高压压水透水率全部较灌前明显减少，压水最大值为0.04Lu，说明灌浆质量良好。
6.4弹模、声波检查
固结、化灌前后声波测试成果表表1
孔号 固结灌浆前后对比 化学灌浆前后对比
灌前VP 灌后VP 提高比% 灌前VP 灌后VP 提高比%
J1 5180 5405 4.4 5405 5627 4.1
J2 5340 5600 4.9 5600 5755 2.8
J3 4086 4622 12.8 4622 4853 5.0
J4 4680 5125 9.3 5125 5377 4.9
G4-6 4356 4954 13.7
G4-13 4612 5057 9.7
G4-10 4599 5040 9.6 5040 5312 5.4
G5-12 4360 4843 11.1 4843 5088 5.1
G9-12 4506 4850 7.6 4850 5182 6.9
G9-15 4922 5341 8.5 5341 5520 3.3
GJ1 5044 5353 6.1
GJ2 5115 5293 3.5
GJ3 4888 5241 7.2
GJ4 5533
从弹模孔、声波孔各阶段测试来看，每个阶段逐步提高，说明通过复合灌浆，围岩的强度得到提高。
7、经济效益和社会效益
1、黑麋峰抽水蓄能电站引水岔管断层采用复合高压灌浆，减少断层开挖量4712，减少钢筋混凝土量4712。复合灌浆方案相对于采用大面积开挖及常规灌浆方案，可节约成本150多万元。
2、断层复合高压灌浆方案缩短工程施工工期3个多月，按照3个月的发电量效益，可创造经济效益200多万元。
3、采用断层复合高压灌浆技术，提高围岩抗渗强度，降底围岩的渗透系数，减少了抽水蓄能电站的水量渗漏，1#引水隧洞充水后的总渗水量仅为0.95L/s，远远小于国内同类工程的渗流量。
4、采用断层复合高压灌浆技术，减少了对弃料场及取料场的要求，减少了对周边环境的破坏，环保效益明显。
5、断层复合高压灌浆技术今后可以用于其它地下工程施工，社会效益明显。