王 軍 紅

(中國水利水電第七工程局有限公司,四川 成都 610213)

1 概 述

固增水電站位于四川省涼山彝族自治州木里藏族自治縣固增苗族自治鄉(xiāng),屬于多民族居住區(qū),電站采用引水式發(fā)電,主要建筑物等級為Ⅲ級,引水隧洞布置于木里河左岸,全長11.06 km,縱坡降i=2.086 9‰,隧洞襯砌后的凈斷面尺寸為6.1 m×7.8 m;隧洞位于高山峽谷地貌區(qū),地形高差懸殊,沿線溝谷深切,多呈不對稱的“U”和“V”型谷,植被較發(fā)育,洞軸線垂直埋深為60～760 m;隧洞處于前山背斜和甲溝向斜NW末端,向斜地下水儲量豐富;規(guī)模較大的斷層有4條,分別為基洼斷層、撒洼斷層、索根斷層和曼念吉岡斷層,斷層破碎帶一般寬約20～40 m,其中撒洼、索根斷層寬達50～100 m,由碎裂巖、糜棱巖、角礫巖、少量斷層泥、裂隙密集帶等組成,斷層均為非活動性斷層。地質調查顯示:巖體中小斷層、層間錯動帶較為發(fā)育,小斷層破碎帶的寬度一般為0.5～2 m;地層中揉皺、撓曲等小褶皺現(xiàn)象普遍,巖層產(chǎn)狀變化較大,節(jié)理較為發(fā)育。施工期間共設置了6條施工支洞輔助主洞掘進,襯砌后的施工支洞與引水隧洞相接部位采用混凝土封堵。根據(jù)水壓力的不同,封堵段長度不等,其中2號、4號、6號支洞封堵段設置了2.5 m×2.5 m進人門供運行檢修用。充水后隧洞內水壓力較大,其中6號支洞三岔口處的壓力達0.4 MPa。因隧洞地質條件差而對支洞封堵段的施工防滲要求高。支洞與主洞三岔口封堵段平面圖見圖1。

圖1 支洞與主洞三岔口封堵段平面圖

2 滲水原因分析

施工支洞與引水隧洞相交三岔口段開挖揭露的巖性主要為炭質板巖、少量砂巖和粉質巖,裂隙較多且發(fā)育,受爆破開挖影響造成裂隙擴大,滲水嚴重。此處的滲水由三部分組成:(1)山體中的巖石裂隙貫穿地表形成滲水通道,滲水主要受降雨補給;(2)引水隧洞過水充壓導致混凝土產(chǎn)生裂縫并與巖體滲水通道相接貫通形成貫穿性滲水通道,滲水受洞內充水補給;(3)因混凝土施工縫防滲不當形成貫穿性滲水通道并受洞內充水補給。山體中的巖石裂縫與混凝土施工縫的滲水因隧洞埋深較大、滲徑較長、開挖支洞形成的臨空面滲徑較短、滲水擊穿支洞封堵段防滲體系后流出,其余直接從施工縫面滲出。分析得知:上述滲水均在支洞封堵段產(chǎn)生滲透破壞,進而影響到隧洞整體結構的穩(wěn)定和使用安全,必須通過有效的防滲施工技術解決滲透破壞問題。

3 所采用的防滲施工技術

3.1 預固結灌漿

控制開挖爆破震動以降低擾動周邊巖體完整性的程度,控制裂隙發(fā)育,減少滲水通道。鑒于支洞封堵段巖體主要為Ⅳ、Ⅴ類圍巖,對于三岔口的開挖采用光面、短進尺、弱爆破[1]技術,Ⅰ16型鋼及錨噴支護;在主洞臨近三岔口開挖前施工鎖口錨桿。由于開挖斷面較大、裝藥量大,對于主洞距三岔口30 m范圍內的開挖采用中導洞短進尺施工方法,并對其周邊采用擴挖弱爆破方式以減少爆破對圍巖的擾動。封堵段的長度為21～35 m。由于封堵段混凝土澆筑完成后不具備設計要求的固結灌漿施工條件,最終選擇在混凝土澆筑前采用預固結灌漿的方式以達到設計灌漿的目的。

預固結灌漿的目的是為帷幕灌漿做準備:引水隧洞三岔口襯砌完成后,必須按照設計的要求進行回填灌漿并需檢查驗收合格。在主洞內按設計要求完成固結灌漿并需檢查驗收合格。封堵段初期為錨噴支護,選擇0.5 MPa的低壓濃漿預固結灌漿[2]。預固結灌漿孔入巖4.5 m,間排距為3 m×3 m。預固結灌漿提高了支洞開挖輪廓范圍巖體的完整性和巖體強度,為深孔帷幕灌漿提供了蓋重,防止了高壓灌漿冒漿、漏漿等情況的出現(xiàn)。

3.2 防滲帷幕灌漿

帷幕防滲灌漿的目的主要是解決三岔口處的巖體受爆破震動或自然發(fā)育產(chǎn)生的深層裂隙滲水,系進一步提高防滲體系的施工技術手段。對于施工支洞三岔口直段全斷面采用了一排帷幕灌漿以阻斷滲水通道,孔間距為1.5 m,孔深9 m,孔向與支洞軸線的夾角為45°,孔口距封堵混凝土末端的距離為1.5 m,施工順序為Ⅰ→Ⅲ→Ⅱ→Ⅲ,共分Ⅲ序,開灌壓力為0.5 MPa,結束壓力為3 MPa。28 d后進行簡易壓水檢查,對不合格區(qū)域實施補灌并需滿足相關規(guī)范要求。帷幕灌漿為引水隧洞襯砌后進行的回填、固結和支洞段預固結灌漿的高壓補強灌漿,通過灌漿加強三岔口混凝土封堵段的巖體完整性,提高防滲體系的強度,降低第一部分和第二部分的滲透破壞[3]。

3.3 封堵段混凝土澆筑

(1)基礎縫面的處理。待引水隧洞施工任務完成或支洞無車輛通行干擾時開始清理基礎,清除施工期間底板的浮渣和保護層,露出新鮮巖石,摳除倒角及松動形成的塊體,必需用高壓風管將其清理至無積水、無積渣,嚴禁水洗或外來水入倉,及時澆筑C25墊層混凝土進行封閉,且墊層混凝土收倉線低于設計襯砌混凝土結構線2 cm、靠河側形成2%的坡比以便于沖洗倉面;對于封堵混凝土與開挖支護的接觸區(qū)域,除需清除松動的塊體外,還需采用高壓風清除灰塵與雜物以保證所澆筑的混凝土結合良好;待混凝土施工縫面初凝后,采用高壓水槍沖掉乳皮、微露小石成毛面,將鋼筋、止水等預埋件除銹清洗干凈以防止油漬等污染。

(2)安裝止水。

①無進人門支洞的封堵:在每道施工縫面安裝651型橡膠止水,保護層厚50 cm,縱橫止水接頭采用硫化連接并確保連接牢靠,與引水隧洞襯砌混凝土預留止水連接形成閉合,止水迎水面貼2 cm×2 cm的吸水膨脹止水條[4],止水條在現(xiàn)澆塊和后澆塊內各埋設一半并固定牢靠,以防止混凝土澆筑時造成止水移位。

②有進人門支洞的封堵:封堵段設斷面為2.5 m×2.5 m的檢修廊道,主洞側設封堵金屬閘門。鑒于閘門安裝后澆筑的二期混凝土造成施工縫面較多,運行時受主洞有壓水長期侵蝕導致其易漏水,為提高施工質量、防止漏水,在一期混凝土內預埋了651型橡膠止水,在先澆混凝土內埋設一半,預留二期混凝土澆筑時埋設另一半。人工鑿毛一期混凝土施工縫面并刻槽1 cm×2 cm(深×寬),安裝2 cm×2 cm的吸水膨脹止水條;在預埋門檻部位焊接5 cm×5 cm的角鋼,涂刷防銹漆,安裝吸水膨脹止水條以阻斷施工縫面的滲水通道。一、二期混凝土及預埋門檻止水布置情況見圖2。

圖2 一、二期混凝土及預埋門檻止水布置截面圖

(3)混凝土澆筑。支洞封堵段的斷面尺寸為6.1 m×7.8 m,澆筑C25W4F50二級配混凝土,封堵段長度為21～35 m,符合相關規(guī)范要求。鑒于大體積混凝土施工時的水化熱易產(chǎn)生裂縫,因此,控制溫度裂縫和振搗密實度是施工中的重點。

一期混凝土澆筑時采取的控制溫度裂縫措施:①混凝土澆筑選擇在低溫時進行以降低澆筑溫度;②通過配合比優(yōu)化以提高粉煤灰的用量,減少水泥用量或使用低熱水泥以降低水化熱;③對于混凝土的分倉分段,考慮到溫控和減少施工縫,防滲采用2 m一段,升層分兩次封閉完成并控制混凝土澆筑的單倉方量;④預埋灌漿管路,鋪設Φ50 mm PVC冷卻水管[5],通入冷水以加快混凝土凝固水化熱的散熱;⑤延長混凝土澆筑塊的間歇期,對施工縫面進行灑水養(yǎng)護、降溫。

控制二期混凝土澆筑密實度采取的措施:①選用二級配高流態(tài)混凝土澆筑,嚴格控制下料高度不大于1 m,防止骨料分離及振搗不密實;②止水部位混凝土澆筑前必須清理干凈,采用Φ50 mm軟軸振搗密實,振搗過程中嚴禁碰撞止水;③混凝土澆筑前對模板涂刷脫模劑,澆筑過程中在模板外側用錘子敲擊以促進混凝土模板面的排氣;④對于迎水面混凝土施工縫必須打磨干凈,涂刷環(huán)氧膠泥,厚度為2 mm,寬度為20 cm以防止其滲漏。

3.4 封閉灌漿

(1)回填灌漿:按照設計要求的間排距3 m×3 m埋設回填灌漿管,造孔打穿墊層混凝土或噴射混凝土,入巖深度為15 cm。埋管選用Φ48 mm鋼管,對入巖段管壁布設梅花型滲漿通道,將埋管引出封堵混凝土結構外以便于灌漿。待封堵混凝土強度達到設計強度的70%時進行回填灌漿,壓力為0.3 MPa,分兩序進行:一序孔灌注水灰比為0.5∶1的水泥漿,二序孔灌注水灰比為1∶1的水泥漿。采用注漿法進行質量檢查,單孔注入水灰比為2∶1的水泥漿,與灌漿壓力相等且在10 min內注入量不大于10 L即為合格。

(2)帷幕灌漿:①對于無檢修門的封堵段,在封堵廊道內施工一環(huán)帷幕灌漿,孔間距為1.5 m,孔深6 m,孔向垂直洞壁混凝土面;②對于有進人門的封堵段,在封堵端頭按上述3.2中的方法施工一環(huán)帷幕灌漿孔。

3.5 充水檢查及處理

(1)充水檢查:待混凝土強度達到凝期后進行靜水與動水充水試驗。靜水試驗時關閉引水隧洞末端的調壓室閘門,按照設計要求充水灌滿并保壓7 d,檢查并記錄支洞封堵段的漏水情況和壓力表讀數(shù);動水試驗時打開調壓室閘門并保持引水隧洞過水7 d,同樣觀察滲水部位及壓力表讀數(shù),對于滲水情況需聯(lián)合設計、監(jiān)理和業(yè)主進行技術分析,制定處理方案。

(2)處理:對滲水部位采取化學灌漿[6],安裝灌漿嘴,采用化學材料A∶B=5∶1的重量比配制的漿液,灌漿壓力為0.2～0.4 MPa。清除裂縫或滲水表面的臟物,用毛刷蘸酒精、丙酮等有機溶劑將裂縫兩側30～50 mm范圍擦洗干凈并保持干燥。在灌漿嘴位于裂縫交叉處、較寬處、端部裂縫貫穿處埋設灌漿孔,灌漿孔采用斜孔布置,灌漿孔的位置應使孔和漏水裂縫空隙相交并將其設在漏水量最大處。灌漿嘴的埋設距短縫的距離為300～500 mm,長縫為500～800 mm。對于注漿嘴的底部抹一層厚約2 mm的結構膠將進漿孔騎縫粘貼在預定位置上。通過灌漿嘴施壓將漿液注入裂縫、擠走裂縫中的滲水并使其擴散、凝固以達到防水、堵漏、補強的目的并將縫隙完全填充滿,再沿裂縫抹一層厚約1～2 mm的結構膠封縫。抹膠時,應排除氣孔和氣泡,將膠刮平整,裂縫封閉后進行壓氣試漏以檢查其密封效果。采用單孔灌漿或分區(qū)群孔灌漿的方式,封孔砂漿配合比采用水∶灰∶砂=0.3∶1∶1,膨脹劑的摻量為水泥用量的3%～3.5%。待縫內漿液達到初凝而不外流并經(jīng)檢查無漏水現(xiàn)象時可敲下灌漿嘴,再用環(huán)氧膠泥封閉,使用水泥砂漿等材料將孔補平抹光、打磨平整后刮2 mm厚的環(huán)氧膠泥并需保證處理后的結構面美觀。

4 結 語

固增水電站引水隧洞長約11.06 km,共設置輔助施工支洞6條。施工方案中三岔口處的圍巖較差,支洞封堵后的滲透破壞嚴重影響其結構安全穩(wěn)定和使用壽命。通過充分發(fā)揮EPC總承包模式的團隊合作精神,施工單位與設計單位緊密合作,根據(jù)現(xiàn)場出現(xiàn)的實際問題,能夠及時組織查看、討論分析、共同擬定切合實際的處理方案。通過施工方案的實施,最終解決了封堵段的滲透破壞問題,所采用的有壓引水隧洞支洞封堵防滲施工技術可為今后類似工程施工時借鑒。