范華偉 朱家好

(貴州烏江水電開發(fā)有限責任公司東風發(fā)電廠，貴州 清鎮(zhèn) 551408)

1 工程概況

東風水電站位于貴州省清鎮(zhèn)市和黔西縣交界的烏江干流鴨池河段上，是烏江水電梯級開發(fā)的第二級，距貴陽市88km。工程以發(fā)電為主，原設(shè)計總裝機容量為510MW。1987 年主體工程開工，1994 年4 月下閘蓄水，1995 年底整個工程全面竣工。2003 年汛后至2005 年汛前對原機組改造增容60MW，2004 ～2005年擴機一臺125MW，現(xiàn)裝機容量為695MW。

東風水電站樞紐主要由攔河大壩、泄洪系統(tǒng)、防滲系統(tǒng)、引水發(fā)電系統(tǒng)四大部分組成。攔河大壩為拋物線雙曲率薄拱壩，最大壩高162m，壩頂寬6m，底寬25m，厚高比為0.163。泄洪系統(tǒng)由壩身三個表孔、三個中孔、左岸一條泄洪洞和一條溢洪道組成。在大壩左右岸及河床布置了較長的防滲帷幕線，兩岸各設(shè)三層灌漿隧洞，灌漿主隧洞總長8.57km，帷幕灌漿總量32.15 萬m，防滲總面積55 萬m2，防滲面積與鉆灌量之比1.71，為當時全國之首。引水發(fā)電系統(tǒng)位于右岸山體內(nèi)，岸塔式進水口位于右岸拱壩上游60 ～120m 處。

2 工程地質(zhì)

東風水電站壩址區(qū)地形為略不對稱的“U”形河谷。壩址區(qū)斷層較多，規(guī)模大小不一，主要正斷層有F6、F7、F33、F34、F35、F37、F38、F42、F45、F46和逆斷層F18。壩址區(qū)無大的順河斷層，所有通過河床的斷層均與河床呈較大角度斜交。河段流向S60°E，河床狹窄，兩岸由多級平臺與陡壁相間組成。

左岸地形比較完整，略呈NNW 走向，分水嶺海拔在1250m 左右。左岸地質(zhì)條件較好，構(gòu)造較簡單，巖溶不甚發(fā)育，洞體自穩(wěn)定條件好，不存在大范圍的滲漏及暗河間的滲漏。

右岸地形比較復雜，沖溝分割較劇烈，地形有所解體。分水嶺海拔1300 ～1350m。右岸地質(zhì)條件較復雜，斷裂較多、較大，巖溶發(fā)育，大型巖溶洞穴及管道都集中在右岸。庫首右岸出露地層屬古生界二疊系與中生界三疊系，總厚度1232m，可溶巖類占76%，非可溶巖類占24%，面積巖溶率為5.2 個/km2。不存在大范圍的滲漏，但小范圍的滲漏仍然存在。庫首右岸的小范圍滲漏地帶是指從魚洞至涼風洞一弦長2.5km、繞滲長4.8km 的河灣地帶，河道距離3.5km，河水面庫水位838 ～835m，水力比降0.86‰。

3 防滲工程設(shè)計

3.1 防滲線路選擇

防滲帷幕線路的布置原則是確保大壩、地下廠房及其他主要水工建筑物的運行安全，有效地攔截巖溶管道式的滲漏通道，變巖溶滲漏為裂隙性滲流，以使?jié)B漏量減少到不影響水電站的正常運行。防滲帷幕線路選擇充分利用本區(qū)域巖溶發(fā)育不均一的特點，盡量選擇在巖溶發(fā)育程度相對較弱、發(fā)育深度相對較淺、巖溶管道空間位置比較明確、構(gòu)造單一的地段通過，以減少防滲工程量、降低工程施工處理難度和減少工程投資。

廠壩區(qū)不存在較大的巖溶管道式滲漏通道，防滲線路的布置主要依據(jù)水工建筑物的布置和地質(zhì)構(gòu)造。廠壩區(qū)防滲線路劃分為左岸段、河床及壩肩段和右岸地下廠房段，全長1323m。

右岸庫區(qū)存在著壩上游的魚洞暗河系統(tǒng)和壩下游的涼風洞暗河系統(tǒng)，能否切斷其間的水力聯(lián)系，關(guān)系到東風水電站水庫的形成與否。經(jīng)大量地勘資料分析，證明在魚洞暗河系統(tǒng)與涼風洞暗河系統(tǒng)之間有一地下分水嶺，當庫水位超過900m 以后，庫水位將倒灌魚洞暗河，超過兩暗河系統(tǒng)間的地下分水嶺地帶，經(jīng)涼風洞暗河向下游滲漏。封堵該滲漏通道是水庫防滲的主要任務。防滲線路選擇通過該分水嶺地帶做一防滲帷幕，截斷兩暗河系統(tǒng)間的水力聯(lián)系。右岸庫區(qū)防滲線路在包圍地下廠房后，通過兩暗河系統(tǒng)間的地下分水嶺至帷幕端點，全長2340m。

3.2 防滲結(jié)構(gòu)布置

根據(jù)東風水電站的工程地質(zhì)條件及水工建筑物的布置要求，防滲體采用挖、填、堵、灌、排相結(jié)合的結(jié)構(gòu)形式。廠壩區(qū)帷幕為封閉式，以水泥漿液灌注成幕為主;庫區(qū)帷幕為懸掛式，右岸庫區(qū)及遠壩區(qū)以摻粉煤灰水泥漿液成幕為主。兩岸幕底高程在770 ～820m，帷幕深度達158 ～208m。為確保帷幕質(zhì)量和減少鉆灌施工難度，在大壩的左右岸分別設(shè)置上、中、下三層帷幕灌漿隧洞，其中左岸三層灌漿隧洞洞長分別為0.51km、0.57km 和0.53km，高程分別為975.5m、915m 和860m;右岸三層灌漿隧洞洞長分別為2.91km、2.39km 和1.55km，高程分別為978m、915m 和851m。以使平均鉆灌孔深控制在70m 左右，左右岸最大灌漿孔深97m，在右岸庫區(qū)915m 灌漿隧洞內(nèi)。河床壩段在壩體內(nèi)設(shè)置830m 灌漿廊道，最大灌漿孔深120m。灌漿廊道全為3.0m ×3.9m (寬×高)的城門洞形斷面，上層廊道只澆筑混凝土底板，中、下層廊道全周邊混凝土襯砌。上下層廊道帷幕灌漿采取分層垂直搭接，上層帷幕插入下層廊道底板5.0m 搭接帷幕連接，壩肩采用斜孔相交搭接，形成了一道完整、連續(xù)的搭接式防滲幕墻。壩基、壩肩、右岸廠前區(qū)及左岸近壩部分帷幕是防滲工程的重點帷幕區(qū)，壩肩采用三排帷幕，孔距為1.0m ～2.0m;其他采用雙排帷幕，孔距為2.5m。右岸庫區(qū)為單排帷幕，孔距3.0m，在斷層部位雙排布置。

對地勘查明及灌漿隧洞開挖施工過程中揭露的集中滲漏通道、溶洞、暗河等，采用回填混凝土封堵形成截水體;對于在鉆灌過程中發(fā)現(xiàn)的大型溶洞，采用擴孔回填混凝土或粗骨料或細骨料后，施灌水泥砂漿或大摻量粉煤灰水泥漿或純水泥漿;對于斷層破碎帶或溶蝕裂隙或孤立小型溶洞采用灌漿方法處理。

4 試驗研究

東風水電站防滲工程地質(zhì)條件復雜，巖溶發(fā)育，灌漿量大、面廣、線長，鉆灌孔深，施工難度大，而且施工要求高、工期緊。為了尋求合理的灌漿控制參數(shù)、施工工藝和經(jīng)濟技術(shù)指標，以便指導施工，確保帷幕質(zhì)量，特進行了室內(nèi)試驗和現(xiàn)場試驗。

4.1 室內(nèi)試驗

東風水電站防滲工程灌漿隧洞總長達8.57km，隧洞斷面尺寸小，襯砌厚度僅40cm，施工難度大?；炷吝\輸、澆筑形式、配比的確定直接關(guān)系到隧洞的襯砌進度，影響防滲工程的工期。為此，開展了高流態(tài)混凝土室內(nèi)試驗，結(jié)果表明隧洞襯砌采用二級配高摻粉煤灰高流態(tài)泵送混凝土，施工簡單，速度快，強度能達到工期要求;其孔隙率較常態(tài)混凝土要小，骨料與漿體包裹密實，和易性好，便于混凝土運輸和泵送，性能指標滿足要求。

東風水電站防滲工程帷幕灌漿工程量達32.15 萬m，灌漿材料的選擇和漿液配比的確定直接影響到防滲帷幕質(zhì)量和工程投資，為此對水泥、粉煤灰、黏土、赤泥、外加劑等進行了大量的室內(nèi)試驗研究，最終選出以在水泥中摻粉煤灰和外加劑為主的漿液配方，并在灌漿現(xiàn)場試驗中驗證其可灌性和灌注質(zhì)量。

4.2 現(xiàn)場試驗

試驗結(jié)果表明:①第一試區(qū)永寧鎮(zhèn)組灰?guī)r具有良好的可灌性，布置雙排孔，孔距2.5m，不論采用普通水泥漿液還是摻風選粉煤灰的水泥混合穩(wěn)定性漿液灌注，均能達到滲流控制標準;②第二試區(qū)在玉龍山灰?guī)r中選取不同孔距，高壓灌注穩(wěn)定性漿液，可灌性好，在右岸庫區(qū)帷幕采用孔距3.0m 的單排孔，高壓灌注穩(wěn)定性漿液能達到防滲標準;③高壓灌漿對隧洞襯砌底板的抬動較顯著，灌漿過程中應根據(jù)灌漿孔所在位置的地質(zhì)條件、建筑物布置和要求，嚴格控制灌漿壓力和注入率，以免發(fā)生破壞性抬動變形;④灌漿壓力應隨孔深逐步加大，直至孔深20m 達最大灌漿壓力(P=4.0 ～5.0MPa)，巖體和襯砌是安全的;⑤采用低水膠比漿液高壓灌漿有利于提高防滲帷幕的耐久性，并可以改善漿液的可灌性，有利于漿液的長距離輸送，減少棄漿量，提高施工效率;⑥集中制漿長距離輸送切實可行，并有利于降低勞動強度和減少洞室內(nèi)粉塵污染。

5 防滲工程施工

5.1 灌漿隧洞施工

灌漿隧洞開挖過程中，常發(fā)生洞頂塌方、涌水等情況，溶洞成群，風化嚴重，難以成洞。遇見的大小溶洞不少于100 個，主要大型溶洞有9 個。其中，廠壩區(qū)3 個，右岸庫區(qū)6 個。溶洞中充填物較復雜，主要有砂、卵礫石、黏土等。施工中采用了噴、錨、錨噴、型鋼支撐、超前錨桿法、超前固結(jié)法及全斷面鋼筋混凝土襯砌等工程措施。灌漿隧洞及施工支洞開挖采用光面爆破技術(shù)，全斷面一次開挖成型。對Ⅱ類圍巖，只對底板進行鋼筋混凝土襯砌，周邊不做任何支護;對Ⅲ類圍巖，底板進行鋼筋混凝土襯砌，邊頂拱還需做錨噴支護;對不良地質(zhì)洞段分別做型鋼臨時支護和全斷面混凝土襯砌。

隧洞施工中揭露的靠近帷幕線的溶洞，要先用混凝土回填，變巖溶管道透水巖體為裂隙性巖體，再進行高壓灌漿。對于規(guī)模不大的溶洞，在澆筑邊墻和頂拱時就進行溶洞回填。方法為采用混凝土泵輸送管由溶洞處送混凝土入倉，邊墻和頂拱澆筑成型后，再用同等級混凝土回填溶洞。對于規(guī)模較大的溶洞，先澆邊頂拱混凝土，預留150cm ×150cm 的回填孔口，待邊頂拱混凝土達到設(shè)計強度后，再開始溶洞回填。施工過程中考慮到溶洞頂部距隧洞頂拱較高，最高達5.4m，在最后封拱時，模板受力較大，支撐困難。因此，在回填過程中，每隔20 ～30cm 高便內(nèi)縮30cm，即孔口四周各擴大約30cm，形成臺階狀孔口，孔口四周回填滿后即進行封拱。封拱措施為:打毛臺階狀孔口四周壁，利用臺階在孔口架設(shè)鋼筋網(wǎng)格兩層，架設(shè)混凝土輸送管，距洞頂約20cm，控制混凝土的和易性和坍落度，連續(xù)澆筑。

5.2 帷幕灌漿施工

根據(jù)防滲工程的布置和進度要求，帷幕灌漿分兩期施工。其中一期工程要求在第一臺機組發(fā)電前完成，即大壩下閘蓄水前要完成廠壩區(qū)的防滲帷幕灌漿及庫區(qū)915m 高程以下的帷幕灌漿和庫區(qū)978m 高程以下的堵漏，帷幕總量為25 萬m;二期帷幕在第一臺機組發(fā)電后施工。帷幕灌漿采用小口徑無塞高壓灌漿法，孔口封閉，孔內(nèi)循環(huán)，不待凝連續(xù)灌漿。廠壩區(qū)帷幕灌漿采用普通硅酸鹽水泥，灌注純水泥漿液2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1 五個比級;右岸庫區(qū)帷幕灌漿采用普通硅酸鹽水泥，并摻30% ～40%清鎮(zhèn)電廠風選優(yōu)質(zhì)Ⅱ級粉煤灰，灌注穩(wěn)定性漿液0.7∶1、0.6∶1、0.5∶1 三個比級。在漿液中摻入一定量的木鈣以增加漿液的和易性和可灌性。

巖溶地區(qū)防滲工程與其他地區(qū)不同，巖溶地區(qū)主要為封堵巖溶管道、洞穴及大的裂隙。東風水電站站址為典型的巖溶喀斯特地區(qū)，巖溶特性主要為受斷層或裂隙溶蝕發(fā)育的豎井狀或串珠狀溶洞和沿巖層發(fā)育的水平管狀溶洞，以右岸庫區(qū)巖溶最發(fā)育，分布廣、規(guī)模大、形態(tài)復雜，形成溶洞群和滲漏管道網(wǎng)。防滲工程施工過程中，鉆孔穿過溶洞區(qū)時常遇塌孔、不返水、有風吹出或吸入等現(xiàn)象。巖溶充填形式有無充填、半充填、全充填三種形式，充填物又分為泥砂夾石充填、砂卵石充填。針對溶洞不同的充填形式及充填物，采用了不同的處理方式。如回填一級配高流態(tài)混凝土，回填干料(如粒徑小于20mm 的小石)，回填泵送混凝土，開挖、澆筑混凝土截水墻(適用于溶洞埋深較淺的大型洞穴);灌注水泥砂漿，灌注粉煤灰水泥砂漿，灌注粉煤灰水泥混合濃漿，灌注水泥水玻璃漿(雙液法);旋噴灌漿和花管灌漿等。

以下是幾種不良地質(zhì)洞段的灌漿施工方法:

(1)鉆灌中遇黏土或流砂層時，采用擴大孔徑，縮短進尺，水泥漿固壁或下花管隔離灌漿，灌漿中采用限流、限量、增加待凝次數(shù)、水泥漿中加水玻璃等反復灌注，逐步升壓等綜合處理方法。

(2)對于涌水、冒漿情況，灌進裂隙的漿液倒流孔口的處理，主要為增加閉漿時間防止倒流。

(3)遇大裂隙和溶洞時，采用擴大孔徑進行混凝土或水泥砂漿自流式回填，填滿后再掃孔進行灌漿施工。

(4)庫區(qū)鉆孔遇含砂溶洞時，成孔困難，施工時采用高壓噴射灌漿進行固砂處理，然后再進行高壓帷幕灌漿，效果較好。

(6)鉆孔時發(fā)現(xiàn)的深層大型溶洞，采取擴大鉆孔，先回填碎石、水泥砂漿，再進行灌漿的方法。

5.3 防滲效果評價

東風水電站防滲工程主要采用高壓帷幕灌漿結(jié)合巖溶洞穴及管道的混凝土回填工法，具體的效果評價簡述如下:

(1)由于巖溶發(fā)育的不均一，致使水泥注入量在不同孔段的差別較大。以單位注入量500kg/m 為準，部分成果統(tǒng)計見表1。

由表1 可以看出，＜500kg/m 的孔段長占95%以上，所注入水泥量只占30%左右;而＞500kg/m 的孔段長只占4%左右，耗水泥量占65% ～75%。充分說明在巖溶地區(qū)灌漿，主要是對巖溶管道及洞穴的封堵，構(gòu)造裂隙是次要的。

表1 水泥注入量統(tǒng)計

(2)灌漿前對Ⅰ序孔進行了壓水試驗，灌漿后對檢查孔再行壓水，以比較其單位吸水量的變化，以驗證灌漿的效果。壓水壓力均為1.0MPa (孔口表壓)。灌漿前壓水的透水率分區(qū)百分數(shù)見表2。

表2 壓水試驗結(jié)果

由表2 可以看出，灌漿前左岸＞1.0Lu 的孔段占24.15% (765 段)，右岸＞1.0Lu 的孔段占22.18%(1634 段)，而且左、右岸均有1.5% ～1.6%的孔段透水率＞15.0Lu (左岸及廠壩區(qū)的防滲標準≤1.0Lu，右岸庫區(qū)防滲標準≤3.0 ～5.0Lu)。灌漿后經(jīng)檢查孔壓水試驗透水率幾乎100%小于1.0Lu。

(3)為了檢查帷幕灌漿的效果，在左右岸灌漿隧洞內(nèi)斷層、溶洞等重點位置，均靠下游側(cè)布置斜孔監(jiān)測水位變化與庫水位的相關(guān)性。所屬部位水位孔的監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:斷層、溶洞等重點部位的水位測值較穩(wěn)定，庫水位的升降與孔內(nèi)水位變化不密切，而與下游地下水徑流有關(guān)。

綜上所述，防滲帷幕高壓灌漿及巖溶滲漏管道的回填封堵，起到了應有的防滲效果，同時也進一步驗證了防滲線路的選擇是合理的。

6 防滲帷幕運行情況

東風水電站蓄水已18 年有余，庫水位多次達到正常蓄水位970m，廠壩區(qū)和庫區(qū)帷幕監(jiān)測資料表明:灌漿帷幕具有良好的防滲效果。2005 ～2012 年的觀測成果具體統(tǒng)計情況如下:

(1)壩基830m 廊道布置了40 個排水孔，其中1個為幕前孔，排水孔總滲流量約1.5L/min，排水孔滲流量變化與庫水位正相關(guān);830m 廊道總滲流量約為5.0L/min。

(2)兩岸山體防滲帷幕后水位監(jiān)測孔水位測值穩(wěn)定，且量值較小。其中左岸915 廊道總滲水量約為12.0L/min;左岸860 廊道總滲水量約為2.5L/min;右岸915 廊道總滲水量約為7.0L/min;右岸851 廊道總滲水量約為8.5L/min;總計30.0L/min。

7 結(jié) 語

(1)從多年運行情況看，東風水電站防滲體的處理方式是可行的，帷幕耐久性良好。

(2)施工中采用的帷幕灌漿依據(jù)是科學、合理的，形成了巖溶地區(qū)獨有的防滲處理工法。

(3)針對巖溶發(fā)育的地質(zhì)條件，我們在施工過程中不斷探索、積累的施工經(jīng)驗，其成果值得類似的巖溶地區(qū)防滲工程借鑒。

(4)經(jīng)過多年的運行考驗，東風水電站滲流場基本處于穩(wěn)定狀態(tài)，還未出現(xiàn)惡化現(xiàn)象，說明灌漿帷幕運行狀況良好。

鄭治.東風水電站防滲帷幕優(yōu)化［J］.水力發(fā)電，2006(3):30-32.