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        南俄5水電站引水隧洞固結(jié)灌漿工程施工技術(shù)淺析

        2020-11-12 05:32:14張劍波吳長(zhǎng)庚
        四川水利 2020年5期
        關(guān)鍵詞:施工

        張劍波,吳長(zhǎng)庚,劉 竹

        (1.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司,天津,301700;2.中國(guó)水電基礎(chǔ)局有限公司西藏分公司,拉薩,850000)

        1 工程概況

        南俄5水電站位于老撾南俄河上游右岸支流南汀河上,電站壩址距首都萬(wàn)象以北300km左右,位于老撾北部山區(qū),主壩位于萬(wàn)象省,廠房位于鄰近的川壙省。電站采用混合式開(kāi)發(fā),以發(fā)電為單一開(kāi)發(fā)目標(biāo)。樞紐總布置主要由首部樞紐、引水工程和廠區(qū)樞紐三部分組成。南俄5水電站引水隧洞固結(jié)灌漿工程主要位于引水隧洞內(nèi),上至進(jìn)水塔,下至調(diào)壓井,總計(jì)長(zhǎng)度8700余米。根據(jù)合同要求對(duì)混凝土襯砌和鋼襯砌段進(jìn)行固結(jié)灌漿。

        2 地質(zhì)條件

        南俄5水電站壩址區(qū)為侵蝕深切中山峽谷地貌,相對(duì)切割高差500m~830m,南汀河在工程區(qū)內(nèi)呈反“S”型,流向N44°~83°E,壩址區(qū)上游側(cè)河道坡降較小,水流平穩(wěn),下游側(cè)河道坡降漸大,水流湍急,總的坡降在6.36‰。上游取水口及以上河谷稍開(kāi)闊,岸坡稍緩,往下河谷狹窄,岸坡下陡上稍緩,下方岸坡坡度多在50°以上。引水隧洞巖性為板巖夾石英砂巖,石英砂巖夾板巖,板巖,石英砂巖,石英砂巖夾泥質(zhì)粉砂巖,泥巖泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、石英砂巖、長(zhǎng)石石英砂巖等根據(jù)軸線分布,微風(fēng)化夾弱風(fēng)化,構(gòu)造擠壓嚴(yán)重,巖體較破碎,完整性差,節(jié)理裂隙較發(fā)育,局部很發(fā)育,有貫穿性軟弱結(jié)構(gòu)面,地下水活動(dòng)中等,沿結(jié)構(gòu)面有滴水或滲水,洞線與巖層走向交角在16°~86°。

        3 固結(jié)灌漿試驗(yàn)

        固結(jié)灌漿試驗(yàn)采用孔內(nèi)阻塞灌漿法灌漿施工工藝。試驗(yàn)鉆孔環(huán)間孔夾角45°,排距分別為3.0m。

        (1)灌漿試驗(yàn)孔孔向、深度:試驗(yàn)孔孔深3.0m,孔向垂直圍巖面。

        (2)最大灌漿壓力:Ⅰ序環(huán)上孔壓力最大0.5MPa;Ⅱ序環(huán)上孔壓力最大1.0MPa。

        (3)鉆孔設(shè)備型號(hào)為PLKDY30G,固結(jié)灌漿孔開(kāi)孔孔徑φ50mm,終孔孔徑46mm。灌漿孔均應(yīng)進(jìn)行沖洗,從孔底向孔外沖洗的方法進(jìn)行沖洗。

        (4)沖洗壓力:沖洗水壓采用80%的灌漿壓力,壓力超過(guò)1MPa時(shí),則采用lMPa;沖洗風(fēng)壓采用50%灌漿壓力,壓力超過(guò)0.5MPa,則采用0.5MPa。裂隙沖洗應(yīng)沖至回水澄清后10min結(jié)束,且總的時(shí)間要求,單孔不少于30min,串通孔不少于2h,對(duì)回水達(dá)不到澄清要求的孔段,應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行沖洗,孔內(nèi)殘存的沉積物厚度不得超過(guò)20cm。

        (5)壓水試驗(yàn)在裂隙沖洗后進(jìn)行,采用“簡(jiǎn)易壓水”法,壓力為灌漿壓力的80%,該值若大于1MPa時(shí),采用1MPa。水泥細(xì)度為通過(guò)80μm方孔篩的篩余量不大于5%。灌漿用水要符合JGJ63-89第3.0.4條規(guī)定,拌制用水的溫度不超過(guò)40℃。

        (6)灌漿在特殊地質(zhì)條件下如破碎帶、溶洞等特殊部位,發(fā)現(xiàn)大量漏漿,可根據(jù)需要,在水泥漿液中摻入砂或其他混合料。砂:質(zhì)地堅(jiān)硬的天然砂或人工砂,細(xì)度模數(shù)不大于2.0,最大粒徑不大于2.5mm,S03含量不大于1%,含泥量不大于3%,有機(jī)物含量不大于3%。

        (7)灌漿主要設(shè)備包括:BW150型灌漿泵、3SNS型高壓送漿泵、高速制漿機(jī)、立式雙桶儲(chǔ)漿攪拌機(jī)、灌漿自動(dòng)記錄儀等。

        (8)純水泥漿液的攪拌時(shí)間:使用普通攪拌機(jī)時(shí),應(yīng)不少于3min;使用高速攪拌機(jī)時(shí),應(yīng)不少于30s。

        (9)漿液在使用前應(yīng)過(guò)篩,從開(kāi)始制備至用完的時(shí)間宜小于4h。拌制細(xì)水泥漿液和穩(wěn)定漿液,應(yīng)加入減水劑和采用高速攪拌機(jī),高速攪拌機(jī)攪拌轉(zhuǎn)速為1450r/min,攪拌時(shí)間應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)確定。細(xì)水泥漿液的攪拌,從制備至用完的時(shí)間宜小于2h。

        (10)制漿:本試驗(yàn)采用人工制漿站制備漿液。制漿站采用高速攪拌機(jī)拌制水灰(固)比為0.5∶1的純水泥漿液,通過(guò)輸漿泵、輸漿管經(jīng)中轉(zhuǎn)站將漿液輸送至各需求點(diǎn),輸送漿液流速為1.4m/s~2.0m/s,施工機(jī)組測(cè)定來(lái)漿密度將其調(diào)制成所需要的比級(jí)的漿液后使用。漿液溫度保持在5℃~40℃,低于或超過(guò)此標(biāo)準(zhǔn)的漿液視為廢漿做廢棄處理。

        (11)灌漿段長(zhǎng)與灌漿壓力:灌漿試驗(yàn)最大灌漿壓力暫擬Ⅰ工序環(huán)上孔壓力最大0.5MPa,Ⅱ序環(huán)上孔壓力最大1.0MPa進(jìn)行施工。

        (12)灌漿壓力控制:在灌漿泵和進(jìn)漿管路均安裝壓力表,并在灌漿孔口處回漿管路上安裝壓力表和壓力傳感器,記錄儀記錄壓力擺動(dòng)的平均值,壓力波動(dòng)范圍不大于灌漿壓力的20%。為穩(wěn)定灌漿壓力,灌漿泵一律配備穩(wěn)壓裝置(空氣蓄能器)。配備的壓力表量程應(yīng)為最大灌漿壓力的2~2.5倍。灌漿壓力盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力。

        (13)漿液及變換:灌漿漿液配合比,純水泥漿水灰比為5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七個(gè)比級(jí)。灌漿漿液變換遵循由稀到濃逐級(jí)變換。當(dāng)灌漿壓力保持不變,注入率持續(xù)減少時(shí),或當(dāng)注入率保持不變而灌漿壓力持續(xù)升高時(shí),不得改變水灰比。當(dāng)某一比級(jí)漿液注入量己達(dá)300L以上,或灌注時(shí)間己達(dá)1h,而灌漿壓力和注入率均無(wú)顯著改變時(shí),應(yīng)換濃一級(jí)水灰比漿液灌注;當(dāng)注入率大于30L/min時(shí),根據(jù)施工具體情況,可越級(jí)變濃。

        (14)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):每次固結(jié)灌漿需滿足下列條件即可結(jié)束灌漿,在規(guī)定壓力下,當(dāng)注入率不大于0.4L/min時(shí),繼續(xù)灌注30min,灌漿即可結(jié)束。

        (15)固結(jié)灌漿孔封孔應(yīng)采用“壓力灌漿封孔法”。封孔前將孔內(nèi)污物沖洗干凈。各種灌漿孔的封孔質(zhì)量均要進(jìn)行抽樣檢查,封孔質(zhì)量的合格標(biāo)準(zhǔn)為檢查孔取芯獲得率不小于95%、芯樣密實(shí)度滿足設(shè)計(jì)要求。

        4 引水隧洞固結(jié)灌漿

        4.1 施工要求

        引水隧洞圍巖固結(jié)灌漿在該部位的回填灌漿結(jié)束7d后進(jìn)行,固結(jié)灌漿分二序施工,按環(huán)間分序、環(huán)內(nèi)加密的原則進(jìn)行。灌漿時(shí)密切監(jiān)視襯砌混凝土的變形,根據(jù)設(shè)計(jì)要求安裝變形觀測(cè)裝置,監(jiān)視時(shí)專人進(jìn)行監(jiān)測(cè)并作好記錄;灌漿過(guò)程中,采用自動(dòng)記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和分析;固結(jié)灌漿結(jié)束后,對(duì)所有灌漿孔采取機(jī)械灌注水泥砂漿封孔。

        4.2 施工程序

        洞室圍巖固結(jié)灌漿施工程序如圖1所示。固結(jié)灌漿孔施工工藝流程如圖2所示。

        圖1 洞室圍巖固結(jié)灌漿施工程序

        圖2 固結(jié)灌漿孔施工工藝流程

        4.3 施工方法

        固結(jié)灌漿孔的孔徑不宜小于50mm,孔位與設(shè)計(jì)孔位的偏差不得大于20cm,開(kāi)孔角度偏差不應(yīng)大于2°。采用風(fēng)動(dòng)鉆機(jī)和硬質(zhì)合金鉆頭鉆進(jìn),選用2臺(tái)防爆鉆機(jī)、2臺(tái)手風(fēng)鉆配1臺(tái)6m3空壓機(jī)構(gòu)成一施工機(jī)組。

        (1)鉆孔沖洗和壓水試驗(yàn):固結(jié)灌漿前對(duì)灌漿孔進(jìn)行鉆孔孔壁沖洗、裂隙沖洗和簡(jiǎn)易壓水試驗(yàn),壓水試驗(yàn)應(yīng)在鉆孔沖洗后進(jìn)行,孔數(shù)為灌漿孔數(shù)的5%。壓水試驗(yàn)壓力為灌漿壓力80%,最大不超過(guò)1MPa。

        (2)水泥漿液制備:一般采用純水泥漿液。灌漿水泥采用42.5和52.5的普通硅酸鹽水泥,灌漿水泥細(xì)度要求通過(guò)80μm方孔篩的篩余量不超過(guò)5%;灌漿用的水泥必須保持新鮮,不得使用受潮結(jié)塊的水泥,水泥不應(yīng)存放過(guò)久;袋裝水泥的儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間不得超過(guò)5個(gè)月,散裝水泥的儲(chǔ)運(yùn)時(shí)間不得超過(guò)6個(gè)月,散裝水泥運(yùn)至工地的入罐溫度不宜高于60℃。

        (3)灌漿設(shè)備:固結(jié)灌漿選用BW150型灌漿泵和螺桿擠壓膠球式灌漿塞。各孔采用全孔一次、孔內(nèi)循環(huán)式灌漿法。灌漿栓塞卡在混凝土內(nèi)(混凝土與巖石結(jié)合面以外),灌漿在裂隙沖洗及壓水試驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行。環(huán)間分兩次序施工。同一環(huán)內(nèi)分次序施工,同次序灌漿的孔數(shù)不宜超過(guò)2孔,宜對(duì)稱分布。

        (4)灌漿工藝:灌漿壓力以孔口回漿管上的表壓力為準(zhǔn),讀取中值。固結(jié)灌漿Ⅰ序孔灌漿壓力、Ⅱ序孔灌漿壓力根據(jù)灌漿實(shí)驗(yàn)確定,壓力在較短時(shí)間內(nèi)升到規(guī)定值。如開(kāi)始時(shí)由于吸漿量過(guò)大等原因不能立即升到設(shè)計(jì)壓力,則在正常注入條件時(shí)盡快達(dá)到設(shè)計(jì)壓力,固結(jié)灌漿漿液的濃度應(yīng)由稀到濃,逐級(jí)變換。固結(jié)灌漿漿液水灰比可采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1等七個(gè)比級(jí),開(kāi)灌水灰比可采用5∶1。在正常灌漿條件下,當(dāng)某一級(jí)水灰比漿液灌入量已達(dá)300L以上,而灌漿壓力和吸漿率均無(wú)改變或改變不明顯時(shí),變濃一級(jí)水灰比灌注。當(dāng)其吸漿率大于30L/min,可越級(jí)變濃。變漿后如壓力突增或注入率突減時(shí),立即查明原因,進(jìn)行處理,并報(bào)告工程師。在局部灌注量大的孔段可灌注水泥砂漿。

        (5)灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn):在規(guī)定壓力下,當(dāng)注入率小于0.4L/min時(shí),再繼續(xù)灌注30min即可結(jié)束并進(jìn)行封孔。

        4.4固結(jié)灌漿效果

        完成87個(gè)單元固結(jié)灌漿32513.0m,純灌入水泥1017298.06kg,平均單耗為31.29kg/m。Ⅰ序孔平均單位耗灰量為43.54kg/m,Ⅱ序孔平均單位耗灰量為18.85kg/m,為Ⅰ序孔的43.29%。由上述成果表明,固結(jié)灌漿過(guò)程總體服從巖體灌漿的一般規(guī)律,各次序孔的單位耗灰量均呈現(xiàn)合理的遞減規(guī)律,從檢查孔壓水情況看,各段透水率均滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn),灌漿效果比較好。

        5 結(jié)論

        南俄5水電站引水隧洞通過(guò)固結(jié)灌漿有效解決了巖體破碎,完整性差,節(jié)理裂隙較發(fā)育等問(wèn)題,對(duì)工程的快速施工,減少施工時(shí)間和人力物力資源的投入有著較好的實(shí)際意義,工程質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。南俄5水電站的開(kāi)發(fā),將為老撾電網(wǎng)提供質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的電力,有助于推動(dòng)老撾經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

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