（中国大唐集团观音岩水电开发有限公司 四川攀枝花 617000）
摘要：观音岩水电站坝基帷幕灌浆地质条件复杂、规模大、施工难度大，帷幕灌浆是关键项目之一，也是难点之一。坝基岩体多裂隙、溶蚀发育，灌浆孔涌水大。帷幕灌浆使用了水泥灌浆、化学灌浆等手段，已达到了比较理想的效果。水泥灌浆采用孔口封闭灌浆法。本文对水泥灌浆的施工技术做简要总结。
关键词：帷幕；难度大；水泥灌浆；孔口封闭
1 观音岩水电站简介
观音岩水电站是金沙江中游河段规划八个梯级电站的最末一个梯级，电站为一等大（1）型工程，开发任务以发电为主，兼顾供水和防洪，并促进地方经济社会协调发展。
挡水建筑物由左岸、河中碾压混凝土重力坝和右岸土质心墙堆石坝组成，为混合坝，坝顶总长1158m。碾压混凝土重力坝部分坝顶长838.035m，最大坝高为159m；土质心墙堆石坝部分坝顶长319.965m，最大坝高75m。水库总库容22.50亿m3，调节库容5.55亿m3。电站总装机容量为3000MW，安装5台600MW的混流式机组。
2 帷幕灌浆概述
观音岩水电站坝基岩体主要为钙质细砂岩、砾岩夹粉砂岩和泥质粉砂岩，属“红层”岩体，裂隙发育，成幕难度大。在地下水作用下，岩体沿层理方向或陡倾角裂隙产生溶蚀现象，溶蚀后的岩体呈砂糖状或砂土状，可灌性差，溶蚀最大发育深度大于150米。在底层灌浆廊道内的灌浆孔，普遍存在孔口涌水，灌浆施工难度大。帷幕灌浆是观音岩水电站的关键项目之一，也是难点之一。
由于地质条件复杂、帷幕灌浆施工难度大，帷幕分三个阶段完成。第一阶段为常规布孔水泥灌浆，根据勘探阶段了解的不同地质情况，采用单排孔、双排孔或三排孔。第二阶段为加密补强水泥灌浆，针对地质条件较复杂的部位布置了加密补强孔。第三阶段为局部化灌，针对溶蚀砂层发育的局部部位布置了化学灌浆孔。
本文简述的是第一阶段、第二阶段的水泥灌浆施工技术。灌浆孔最大孔深为146m，先导孔最大孔深达161m。帷幕轴线总长1742.44m，帷幕灌浆总进尺约40万m。
3 帷幕水泥灌浆施工技术
3.1 灌浆孔布置概述
根据地质条件，各部位有不同的灌浆孔布置密度和布孔形式。
三排孔排距为1.5m，孔距为2m；两排孔排距为1.5m，孔距为2m；单排孔孔距为2m或1.5m。
左、右岸帷幕由位于不同高程的几层帷幕孔搭接而成，采用近水平孔搭接，搭接帷幕孔布置与下层帷幕孔相同。
多排孔的部位，各排采用了不同的孔深。在垂直方向上，到达一定深度后，随着深度加大，灌浆孔排数减少。
加密孔布置根据基本孔灌浆效果确定，不同部位采用了不同的布置形式。采用排间、孔间两种形式，在已施工两排间之间增加一排灌浆孔或者在已施工的某排孔的每两个孔之间增加一个灌浆孔。
3.2 帷幕灌浆开始条件
坝基灌浆按先固结、后帷幕的顺序进行。相应部位坝基固结灌浆已完成，并检查合格后才能开始帷幕灌浆。
灌浆洞内进行的帷幕灌浆，衬砌支护完成、固结灌浆和回填灌浆完成并检查合格才能开始。混凝土坝段坝基帷幕灌浆，1#～3#坝段已浇筑混凝土不小于10m后才能开始，4#～35#坝段已浇筑混凝土不小于30m后才能开始。堆石坝坝基帷幕灌浆，填筑高度不小于30m后才能开始。
3.3 主要施工设备和机具
（1）钻孔设备：大于50m的孔，一般使用XY-2型地质钻机，设计钻孔深度300m，配备动力22kW；小于50m的孔，一般使用XY-2PC型地质钻机，设计钻孔深度150m，配备动力17kW。
（2）钻头和钻具：有取芯要求的先导孔、检查孔采用金刚石钻头、双管单动钻具。灌浆孔深度30m以内的灌段使用金刚石或硬质合金钻头配单管钻具钻进；孔深30m以上的灌段使用全断面硬质合金钻头钻进。全断面钻进在深度较大时可有效减小起下钻时间，提高施工效率。
（3）灌浆设备：主要使用3SNS型、SGB9-12型灌浆泵。容许工作压力12MPa，最大排量大于150L/min，配备动为18.5kW。
（4）高压灌浆机具：灌浆管路系统采用钢丝编织胶管、接头、耐蚀灌浆阀门，能承受1.5倍最大灌浆压力。孔口封闭器允许灌浆过程中升降或旋转钻杆。
（5）灌浆塞：孔口段灌浆使用液压式栓塞，容许工作压力10MPa。
（6）灌浆记录仪：使用业主招标指定的最新型四参数自动记录仪。压力量程为10MPa、精度为±0.5％，流量量程为150L/min、精度为±0.5％，密度量程为3g/cm3、精度为±0.5％，抬动量程为2000um、精度为1um。
（7）制浆设备：采用集中制浆，水泥库容量不小于200吨，制浆使用高速制浆机，转速大于1200r/min。制浆站制备0.5：1的浓浆，送到各工作面稀释后使用。
（8）储浆设备：使用200L或400L双层低速搅拌机。
3.4 灌浆水泥及主要外加剂
灌浆材料主要使用普通硅酸盐水泥，P.O 42.5，细度为80um方孔筛的筛余量不大于5%。局部部位使用超细水泥，比表面积大于7500cm2/g，D50<5～8um，Dmax<30um。
遇到大涌水、耗浆量极大的孔段，经现场监理人同意，掺加速凝剂，主要使用水玻璃。
3.5 工艺流程
灌浆按分序加密的原则进行。设三排孔的部位，先施工下游排孔，再施工上游排孔，后施工中间排孔，每排孔内分三序施工。设两排孔的部位，先施工下游排孔，后施工上游排孔，每排孔内分三序施工。设单排孔的部位，排内分三序施工。布置有先导孔的部位，先施工先导孔。
同一部位，同一排相邻两个次序孔之间，以及后序排的第一次序孔与前序排最后次序孔之间，在岩石中钻孔灌浆的高差不得小于15m。
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灌浆孔工艺流程：混凝土段钻孔及第1段钻孔→第1段钻孔冲洗→第1段裂隙冲洗→第1段压水试验→第1段灌浆→镶铸孔口管→待凝72h→以下各段钻孔、钻孔冲洗、裂隙冲洗、压水试验、灌浆→终孔段钻孔、洗孔→验孔深→终孔段裂隙冲洗、压水试验、灌浆→封孔灌浆。搭接帷幕孔不镶铸孔口管，使用液压栓塞进行止浆。
3.6 钻孔和洗孔
（1）孔径：先导孔和检查孔孔径采用91mm。灌浆孔开孔采用91mm，终孔不小于56mm。抬动观测孔孔径为91mm。
（2）钻进方法：采用地质钻机回转式钻进。
（3）孔斜控制：钻机安装平稳牢固，用地锚固定钻机。钻机就位后，调整立轴方向与设计方向一致，然后才能开钻。钻孔过程中，20m以内每5m测量一次孔斜，20m以上每10m～15m测量一次孔斜，发现偏斜过大及时纠偏，纠偏无效时，报废原孔、重新钻孔。
（4）先导孔和检查孔全孔取芯，按取芯次序统一编号，填牌装箱，拍照并绘制钻孔柱状图。
（5）钻孔孔位偏差不大于10cm。
（6）有涌水涌砂的孔段，靠涌水自然冲洗，待涌水中不再含泥砂后再进行人工钻孔冲洗。
（9）把钻杆伸到孔底，通入大流量水，把孔内沉淀从孔口冲出，直到沉淀厚度不大于20cm。
3.7 裂隙冲洗和灌前压水试验
（1）裂隙冲洗和灌前压水试验可结合进行。坝基浅表部位和溶蚀、沙化发育区是裂隙冲洗的重点，冲洗方法主要采用有压单孔脉动冲洗。
（2）有压单孔脉动裂隙冲洗方法：首先用高压水连续冲洗5min～10min，再将孔口压力在极短时间内突然降到零，形成反向脉冲流，当回水由混变清后，再升到原来的冲洗压力，持续5 min ～10min 后，再次突然降到零，如此一升一降，一压一放，反复冲洗，直至回水洁净后，再延续10 min ～20min。有压单孔冲洗压力宜控制在灌浆压力的80％，压力超过1MPa 时，采用1MPa。
（3）裂隙冲洗应冲至回清水后10min～20min 结束。
（4）当邻近有正在灌浆的孔或邻近孔灌浆结束不足24h 时，不进行裂隙冲洗。
（5）灌浆孔（段）裂隙冲洗后，该孔（段）须立即连续进行灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h 者，在灌浆前重新进行裂隙冲洗。
（6）先导孔灌前压水试验采用单点法，灌浆孔灌前压水试验采用简易压水。压力为灌浆压力的80%，该值若大于1MPa，则采用1MPa。
3.8 灌浆
（1）灌浆方法：主要采用孔口封闭灌浆法。搭接帷幕孔深小于15米，采用了自上而下分段灌浆法。涌水特别大的孔段，射浆管无法装入孔内，采用纯压式灌浆。
（2）灌段长度：接触段长度为2m～3m，其余灌浆段长度采用5m～6m，特殊情况下可适当缩短或加长，但不大于8m。
（3）灌浆压力：孔口段灌浆压力为1MPa～1.5MPa，随着孔深加大，灌浆压力递增，第5段及以后各段，达到最大设计压力。第一阶段最大灌浆压力采用4.0MPa，第二阶段（加密阶段）最大灌浆压力提高到4.5MPa。
（4）水灰比：浆液水灰比采用3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1、0.5：1几个比级。0.5：1的浆主要用于封孔。第一阶段开灌水灰比采用2：1，第二阶段调整到3：1。
（5）变浆标准：第一阶段每级水灰比的浆液注入量达到300L，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，变浓一级；第二阶段调整为300L～500L，而灌浆压力和注入率均无显著改变时，变浓一级。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。当注入率大于30L/min时，根据施工具体情况，可越级变浓。
（6）灌浆时，射浆管距孔底的距离不大于0.5m。灌浆过程中，回浆管一般要求有15L/min以上的回浆量。
（7）结束标准：第一阶段，注入率小于1L/min后持续30min结束灌浆。第二阶段进行了调整，注入率小于1L/min后持续60min才能结束灌浆。有涌水的孔段，注入率小于1L/min后持续90min才能结束灌浆。
（8）封孔：采用“全孔灌浆封孔法”。全孔灌完后，先将孔内余浆置换成0.5：1 的浓浆，而后继续使用浓浆进行纯压式灌浆封孔。封孔压力为该孔最大灌浆压力，封孔时间60min。
（9）冒浆的处理：出现冒浆时，首先查明造成冒浆的灌浆孔，采用间歇、待凝、加速凝剂的方法处理。
（10）串浆：发生串浆时，阻塞串浆孔，待灌浆孔灌浆结束后，再对串浆孔进行扫孔、冲洗，而后继续钻进或灌浆。具备灌浆条件时，一泵一孔同时灌浆。
（11）大耗浆孔段的处理：一般采用灌入水泥量大于5t进行待凝，部分孔段掺加了速凝剂进行处理。
（12）涌水孔的处理：大涌水一般伴随有涌砂，先待涌水把地层中的泥砂冲出孔外、涌水清净后，才进行下一步作业。大涌水孔因灌浆管无法装入孔内，只能采用纯压式灌浆，部分孔段掺加了速凝剂进行处理。
4 结语
观音岩水电站坝基帷幕灌浆地质条件复杂、规模大、施工难度大，经过参建各方的认真研究、精心组织，进行了三个阶段的施工，目前已达到比较理想的防渗效果。三个阶段中，前两个阶段主要为水泥灌浆，水泥灌浆完成后，除溶蚀特别发育的部位外，已达到设计防渗标准。第三个阶段为局部化学灌浆，针对溶蚀特别发育的部位进行处理。帷幕灌浆完成后，电站已于2014年10月底下闸蓄水，现已有3台机组投产发电。
本文将水泥灌浆技术做了简要总结，供类似工程参考。
参考文献：
[1] 金沙江中游河段观音岩水电施施工详图设计大坝坝基帷幕灌浆施工技术要求（A版）[Z].昆明：中国水电顾问集团昆明勘测设计研究院，2012.
[2] DL/T5148-2012，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，2012.
作者简介：
姓名：翟秉星，出生：1980.11，性别：男，籍贯：河南省新乡市，民族：汉，单位：中国大唐集团观音岩水电开发有限公司，职称：中级，职务：专责，学历：本科，主要研究方向或从事的工作：水电工程，联系电话：13529397271，通信地址：四川省攀枝花市观音岩水电开发有限公司，邮编：617000
论文作者:翟秉星
论文发表刊物:《电力设备》2015年第10期供稿
论文发表时间:2016/4/20
标签：帷幕论文; 裂隙论文; 钻孔论文; 坝基论文; 压力论文; 水泥论文; 部位论文; 《电力设备》2015年第10期供稿论文;