功果桥水电站地下厂房排水廊道加强帷幕灌浆施工

YUNNAN WATER POWER

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功果桥水电站地下厂房排水廊道加强帷幕灌浆施工

苏政宇，白晓英

（中国水利水电第十四工程局有限公司，云南 昆明 650041）

摘　要：功果桥水电站因砂岩、板岩岩性及节理、断层发育等复杂地质条件，其岩体透水率极大，库区蓄水后厂房左端墙岩体内水压进一步增高，最大水压0.04MPa，导致厂房边墙出现一定渗水。为确保厂房安全生命周期的正常运行，在厂房左端墙37.50m范围，自第3层排水廊道向下游新增加强帷幕灌浆孔26个。阐述高内水压力情况下加强帷幕灌浆的具体施工方法、特殊情况处理及灌浆成果，经过精心的组织和精细的施工，帷幕灌浆取得了良好的防渗效果。关键词：功果桥电站；地下厂房；三层排水廊道；加强帷幕灌浆

+

中图分类号：TV543.5 文献标识码：B 文章编号：1006-3951(2017)04-0041-05

DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2017.04.012

1 总述

1.1 工程概况

功果桥水电站位于云南省云龙县境内大栗树西侧，是澜沧江中下游河段梯级开发的最上游一级电站，下游为小湾电站，上游为苗尾水电站。工程以发电为主，正常蓄水位1307m，装机4台，单机容量225MW，总装机容量900MW，年均发电量40.41×108kW·h。电站引水发电系统布置在右岸，由进水口、引水隧洞、地下厂房、主变室、尾水调压室、尾水洞和户外出线场等组成。以主厂房为防护中心分别于厂房的顶拱以上、厂房顶拱部位、厂房中部（发电机层）和厂房底部各布置了1层排水廊道，编号为1层～4层。4层排水廊道在厂房上游面均布置有厂前防渗帷幕，且均在库区蓄水前完成。但库区蓄水后厂区，尤其是厂前帷幕与大坝帷幕衔接段仍然存在一定渗水，故为进一步减少厂区渗水量，在厂房左端墙37.50m范围，自第3层排水廊道向下新增加强帷幕灌浆。加强帷幕孔倾角79.9°，孔距1.50m，单孔深42.65m。

1.2 加强帷幕灌浆区地质条件

功果桥右岸山体地下水位为1270～1320m高程，厂房顶拱为1283.05m高程，故地下厂房系统位于右岸地下水位线以下。加之库区蓄水后加强帷幕灌浆区域岩体含水率进一步加大，岩体内水压增高，灌浆区域孔内大量涌水的情况较为普遍，据实测涌水压力最大0.04MPa，普遍涌水

*

收稿日期：2017-05-02

压力在0.01MPa左右。

地下厂房系统围岩主要由青灰色变质砂岩与灰白色变质石英砂岩组成，间夹灰黑色砂质板岩。总体上围岩岩性以变质砂岩与变质石英砂岩为主（占74%），以中厚层状结构为主。岩体中断层主要以顺层结构为主，规模较大为F2断层[1]，该断层发育于变质砂岩与砂质板岩接触带，贯穿右岸地下厂房系统各建筑物围岩，破碎带宽度一般为1～2m，两侧影响带宽度0.60～4m，影响带内岩体一般呈锈黄色，较破碎。其余断层规模一般较小，多为层间挤压带或砂岩与板岩接触带。

2 灌浆系统布置

根据帷幕灌浆现场实际情况，制浆站设置在3层排水廊道的上1层即2层排水廊道内。制浆站为小型制浆站，包括40t储量水泥平台、制浆平台、输浆泵等。制浆站结构见图1。灌浆系统布置在3层排水廊道加强帷幕灌浆区附近，由2台3SNS灌浆泵、2台高速搅拌桶、GJY-Ⅵ型3参数自动灌浆记录仪等组成。制浆站集中拌制0.50:1浆液，采用3SNS输浆泵，配以25mm钢管，通过2、3层廊道间连通排水孔输送至灌浆站搅拌缸（浆液输送流速1.40～2m/s，浆液温度5～30℃），再按需用浓度调制后灌浆。

3 主要灌浆材料

该工程帷幕灌浆采用P.O42.5级袋装硅酸盐水泥，所使用水泥由业主统供，每批均经过实验检测合格。灌浆用水符合JGJ63-2006的规定，水

作者简介：苏政宇（1985），男，云南双柏人，工程师，主要从事水利水电工程基础施工管理工作。

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云南水力发电2017 年第4 期

图1 制浆站结构图

温度不高于40℃。速凝剂采用水玻璃（Na2SiO3）。

[2]

4 帷幕灌浆施工

4.1 帷幕灌浆工艺流程

帷幕灌浆工艺流程见图2。

4.3 灌浆单元划分及灌浆分序

3层排水廊道帷幕灌浆加强孔布置在厂下0+001.90m～厂上0+035.60m范围，共计26孔，单排孔布置，孔距1.50m，划分为1个灌浆单元。共分3序[4]，按先Ⅰ序，后Ⅱ序，再Ⅲ序的顺序逐加密原则进行施工，其中Ⅰ序孔7个，Ⅱ序孔6个，Ⅲ序孔13个。灌浆孔布孔及分序情况见图4。4.4 帷幕灌浆钻孔施工

4.4.1 帷幕灌浆钻孔及分段

加强帷幕灌浆钻孔采用XY-2型地质钻机，配金刚石钻头钻进，孔口段孔径91mm，入岩2m，以下各段孔径60mm。孔位偏差不大于10cm。灌浆孔分段详见表1。

表1 帷幕灌浆钻孔分段统计表

段 次段长/m孔底深度/m（混凝土与岩石接触面为零）

122

235

338

4513

以下各段一般为5m，不大于

8m。

图2 帷幕灌浆工艺流程图

在钻孔遇到塌孔或掉块难以继续时，缩短段长作为一个灌浆段进行灌浆处理，待凝24h后继续施工。

4.4.2 帷幕灌浆钻孔方向控制

为确保钻孔质量，严格执行了以下3点：1）确保设备安装和开孔质量。设备安装前，地基平整至坚实，基台木水平和稳固。天车、立轴和孔口保持“三点一线”。保证按设计方向开孔，

4.2 帷幕灌浆方法

帷幕灌浆 (curtain grouting)是用浆液灌入岩体或土层的裂隙、孔隙，形成阻水幕，以减小渗流量或降低扬压力的灌浆[3]。该工程帷幕主要起减少厂房边墙渗流量的作用。帷幕灌浆采用循环式灌浆法，射浆管距离孔（段）底不大于50cm。循环式灌浆工艺流程见图3。

图3 书室循环式灌浆施工工艺流程图

苏政宇，白晓英 功果桥水电站地下厂房排水廊道加强帷幕灌浆施工43

图4 帷幕灌浆孔布孔平面图

开孔粗径钻具要直，孔口管按设计方向固定牢靠。

2）采用合理的钻进方法和钻进规程参数[5]。减小孔壁间隙，减小下部钻具弯曲。钻具应直而圆，连接后同心度好，粗径钻具应有足够长度。做到“以满保直”和“以刚保直”。

3）做好钻孔测斜工作。为及时掌握实际钻孔方向，以便及时调整以满足设计及规范要求，帷幕灌浆钻孔时采用KXP-1型轻便测斜仪对孔向进行测量。孔深大于20m时按每5m测斜1次，孔深小于20m时10m测斜1次，终孔段必须测斜。顶角大于5°钻孔的孔底允许偏差不大于孔深的3%，方位角偏差不大于5°。孔底允许偏差见表2。实际测斜成果见表3。

表2 垂直孔和顶角小于5度的灌浆孔孔底允许偏差表孔深/m允许偏差/m

200.25

300.45

400.7

501

601.3

如下。

1）埋钻事故原因分析及处理：①埋钻事故的

原因。在钻进中，岩石软，易破碎，导致岩粉多和颗粒粗，部分粗粒岩粉和粉砂不易排出地面残留于孔内，一旦钻孔冲洗液停止循环，岩粉就迅速沉淀，以至埋住钻具。钻孔冲洗液泵量不足，不能使岩粉排出地面，在经过长时间的钻进中粉砂沉积的太多发生埋钻。而且钻头也得不到应有地冷却，造成重复破碎。孔壁不稳定掉块也会导致埋钻事故；②埋钻事故的预防。地层不完整，孔壁不稳定时减小钻压，使钻杆尽可能不弯曲。保证水泵正常合理工作。钻具带沉砂管。注意冲孔；

③钻孔埋钻处理。埋钻事故发生后，用油缸上下

活动或用卷扬机适当的提拔事故钻具，可以根据施工经验活动钻具，在埋钻事故不是很严重的情况下是有效的；在事故严重的情况下，采用打吊锤和千斤顶顶；若无效，返起孔内钻杆，用大一级的钻具扩孔到事故点，套扫事故钻具，把事故钻具打捞上来；如若还不能有效的处理孔内事故，可以采用“补孔法”来处理。

4.4.3 钻孔孔内事故的预防和处理

常见钻孔事故有埋钻和卡钻，还有断杆、钻具脱落、烧钻和孔内落物等事故[6]，现就最常见的埋钻和卡钻事故原因、预防措施及处理方法分述

表3 灌浆孔测斜成果表（以1号孔为例）

孔号：CP3-X01测点序号123456789X轴总投影-0.4165最终结果

实测顶角17.06 17.07 17.07 17.08 17.09 17.12 17.18 17.26 17.36 Y轴总投影12.5846 孔深合格

设计孔深：42.65实测方位角92.10 92.60 92.40 91.90 91.60 91.60 91.50 91.90 92.00 孔深投影40.7488 偏差合格

段长2.50 3 3555 5 77.15 总偏量12.5915 方位角　

设计方位角：92投影段长0.7334 0.8806 0.8806 1.4685 1.4694 1.4719 1.4769 2.077 2.1334 总方位角　设计孔深投影12.5124

X轴投影-0.0269 -0.0399 -0.0369 -0.0487 -0.041 -0.0411 -0.0387 -0.0689 -0.0745 总顶角17.1713 　　

设计顶角：17.06Y轴投影0.7329 0.8797 0.8798 1.4677 1.4688 1.4713 1.4764 2.0758 2.1321 本孔设计偏差1.2795 偏斜率0.0014

孔深投影2.39 2.8678 2.8678 4.7795 4.7792 4.7785 4.7769 6.6848 6.8243 实际偏差0.057 　　

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2）卡钻事故原因分析及处理：①卡钻事故的原因。孔壁不稳定掉块，探头石（活石），或岩层滑移、错动和缩径均会造成卡钻；②卡钻事故的预防措施，在保证冷却钻头和排除岩粉的前提下，尽量减小泵量。适当控制起下钻速度。缩径地层用肋骨钻头。钻头排队使用；③卡钻事故处理。卡钻事故发生后，用油缸上下活动提动事故钻杆或用卷扬机适当的提拔事故钻具，或是用振动器振动钻杆，都是很有效的。

4.5 裂隙冲洗与压水试验

帷幕灌浆钻孔结束后进行钻孔冲洗，孔内残留不大于20cm。灌浆段在进行灌浆前进行裂隙冲洗，裂隙冲洗结合简易压水进行，冲洗压力为灌

表4 灌前简易压水成果表

序灌浆孔钻孔长灌浆长灌前透水率/Lu

号次序数度/m度/m孔数/

段数最大值最小值平均值

1Ⅰ序7298.55295.057/635041.1638.722Ⅱ序6

255.9

252.90

6/54

77.82

4.4412.933

Ⅲ序

13554.45547.9513/117104.83

1.41

7.16

浆压力的80%，最大不超过1MPa，冲洗时间不小于30min。简易压水20min，每5min记读1次，取最后值作为计算值。简易压水成果见表4。4.6 帷幕灌浆施工4.6.1 灌浆方法

帷幕灌浆采用“孔口封闭、孔内循环、自上而下、分段灌浆法”工艺进行施工。孔口管采用89×5mm无缝钢管，每孔长度2.60m，埋入岩石2m，入混凝土0.50m，外露0.10m。孔口段钻孔压水结束后，使用91mm机械灌浆塞卡塞灌浆，灌浆塞安装在混凝土内，射浆管距离孔底不大于50cm。第1段灌浆结束后安装孔口管，方法是：将注浆管下到孔底，注入0.50:1浓浆填满钻孔，再下入孔口管至孔底，并校正孔口管的方位和角度后固定。孔口管镶筑后待凝3d，自第2段开始使用孔口封闭器施工。灌浆过程中经常转动和上下提升灌浆管，回浆管保持15L/min以上的回浆量，防止灌浆管在孔内被水泥浆筑塞。4.6.2 浆液水灰比

该工程帷幕灌浆均采用纯水泥浆液，水灰比为质量比[7]。其中，Ⅰ序孔浆液水灰比采用:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1五级；Ⅱ序孔和Ⅲ序孔采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1、0.5:1六级水灰比；根据相邻部位和先导孔灌浆情况，经监理工程师同意，

可采用较浓比级浆液开灌。4.6.3 灌浆压力

表5 帷幕灌浆压力控制表

段次/段1234以下各段段长/m2335一般5m，不大于8m

Ⅰ序/MPa

1

1.50233.50MPaⅡ、Ⅲ序/MPa1.20

1.80

2.50

3.50

3.50MPa

帷幕灌浆压力孔口段1～1.20MPa，第2段1.50～1.80MPa，第3段2～2.50MPa，以下各段3 ～3.50MPa。见表5。4.6.4 浆液变换标准

浆液变换标准为：①当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。②当某级浆液注入量已达到300L以上，或灌浆时间已达30min，而灌浆压力和注入率无改变或改变不显著时，改浓一级水灰比[8]。显著与否的标准按照原数值的70%控制，即当变化值大于原值的30%时，可变浆。③当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。4.6.5 灌浆结束标准

灌浆结束标准为：①当注入率小于1L/min后，持续灌注1h结束；当该孔有涌水时，注入率小于1L/min后，持续灌注2h结束。②灌浆中，某一比级浆液吸浆很长时间仍大于1L/min，压力已经达到设计值，仍达不到结束标准，而回浆浓度出现变浓现场，经测量较原浆液密度比率浓一级以上，可认定为“失水异常”。此时稀释浆液至原水灰比并不断测量密度比率，当回浆二次变浓开始，设计压力下持续30min结束灌浆[9]。4.6.6 封孔

灌浆结束后射浆管下到孔底，置换0.50:1浓浆至满孔，上提钻杆并补充孔内浓浆保持满孔，然后使用孔口封闭纯压式灌浆封孔，封孔压力为该孔最大灌浆压力，持续时间1h。灌浆封孔待凝后对孔口段空腔采用水泥:砂:水=1:1:0.50的砂浆封孔。

4.6.7 灌浆特殊情况处理实例

3层排水廊道加强帷幕灌浆施工中，在CP3-X01号孔（I序）第2段灌浆时，灌前洗孔压水时发现灌浆孔周边岩石喷锚支护表面出现渗水，后以3:1浆液开灌时，渗水部位出现地表漏浆情况，随越级变浆采用1:1浆液和低压限流灌浆，5min后漏浆情况未见缓解，则直接越级变浆用0.50:1浆液进行低压限流灌浆，灌浆压力无明

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显变化，堵漏效果也不明显；再采用间歇性灌浆也达不到堵漏效果；又采用限量来处理此段灌浆，在灌入2t水泥后，待凝24h后扫孔复灌，仍存在漏浆情况。最后加入适量的水玻璃，在灌入12min后灌浆压力有明显变化，在经过低压限流灌浆后，堵漏效果较好，得以继续下一段灌浆。

4.7 帷幕灌浆抬动变形观测

加强帷幕灌浆区域共布置抬动监测孔3个，孔径76mm，每孔深度12m，铅直钻孔。具体布孔见图4。抬动监测装置施工步骤为：钻孔→埋设内管→埋设外管→待凝→孔口观测装置的安装、调试。抬动监测装置见图5。

200μm，安装的3块千分表读数显示全部抬动变形值均为0，无抬动现象发生。

5 3层排水廊道加强帷幕灌浆成果

加强帷幕灌浆在结束后14d进行质量检查，检查孔数量和孔位由设计、监理和施工单位根据实际灌浆数据商定，其中钻孔取芯压水检查孔按设计总孔数的10%确定数量为3个，封孔取芯检查孔按设计总孔数的2%确定为1个，具体布置见图4。帷幕灌浆合格标准为q≤3Lu，岩芯获取取芯率大于90%。灌浆质量压水检查采用5点法，压力为0.3MPa、0.6MPa、1.0MPa、0.6MPa、0.3MPa，取最后的流量值进行透水率计算。灌浆检查结果见表6。

根据表6统计数据，3层排水廊道加强帷幕灌浆灌后压水试验显示，透水率最大2.71Lu，最小0.00Lu，平均0.860Lu，所有检查孔透水率均小于3Lu；各检查孔取芯芯样密实饱满，芯样水泥结石明显，岩芯获取率最小90.70%，最大92.20%，平均91.65%；灌浆质量达到设计要求，综合评定为合格，合格率100%。帷幕灌浆注入灰量随着灌浆次序的增加而逐渐减少，平均单耗220.60kg/m，其中Ⅰ序孔522.43kg/m，Ⅱ序孔270.83kg/m，Ⅲ序孔34.89kg/m。注入量Ⅱ序孔比Ⅰ序孔下降48.16%，Ⅲ序孔比Ⅱ序孔下降87.12%。灌前简易压水平均透水率为17.081Lu，而灌后平均透水率为0.860Lu，灌后平均透水率比灌前下降94.97%。灌浆完成后灌区后厂房排水廊道渗水明显减少，帷幕灌浆加强防渗效果明显。

图5 帷幕灌浆抬动监测孔结构图

6 结语

功果桥水电站3层排水廊道加强帷幕灌浆在库区蓄水后，围岩保水且内水压0.01～0.04MPa的较大情况下进行施工，经过精心的组织和精细的施工，帷幕灌浆取得了良好的防渗效果。但在灌浆中也遇到一些问题，

监测孔控制范围内的灌浆孔段其抬动监测起始于钻孔冲洗，终于该部位灌浆结束，全过程设专人观测，并定期对附近洞室进行巡视观察，填写《抬动变形观测记录》。帷幕灌浆钻孔冲洗、压水试验和灌浆过程每5～10min观测记录1次测值。该工程帷幕灌浆抬动变形观测允许值为

表6 三层排水廊道主帷幕灌浆综合统计表

灌浆孔灌浆长次序数度/mⅠ序Ⅱ序

总注灰量/kg

单位耗灰量/(kg/m)最大值最小值

3.3055.994.50

平均值522.43270.8334.89

灌前透水率/lu灌后透水率/lu孔数/孔数/设计试段合格最大值最小值平均值最大值最小值平均值

段数段数标准率/%7/636/54

50477.82

1.1604.440

39.33112.9327.161

3/27

3

2.71

0

0.86

100

7295.05154322.484136.856252.90

68670.6819521.35

741.00459.82

Ⅲ序13547.9513/117104.831.410

注：封孔取芯检查39.07m，采取率91.60%；J1压水检查孔取芯39.28m，采取率92.10%；J2压水检查孔取芯38.68m，采取率90.7%；J3压水

检查孔取芯39.32m，采取率92.20%。

（下转第67页）

潘德旭，褚宣华 西成客运专线的精密控制测量技术67

严格按照《高速铁路工程测量规范》和《国家一、二等水准测量规范》中的有关要求执行，二等水准测量采用往返测进行，每一测段均为偶数站。依据规范规定，水准施测前进行i角检查。7.1.2 水准观测

1）观测流程往测时 ：

奇数站（1，3，5……）后—前—前—后 偶数站（2，4，6……）前—后—后—前返测时：

奇数站（1，3，5……）前—后—后—前偶数站（2，4，6……）后—前—前—后2）水准观测基本规定 ，见表14。 7.2 数据处理方法和控制网测量精度7.2.1 数据处理方法

二等水准网平差计算处理软件采用中铁第四勘察设计院集团有限公司研发的《铁路工程精密控制测量数据处理系统》平差软件。

水准闭合差情况。选择深埋桩XCBM08Z、XCBM09Z，以及每个洞口或斜井各选择1至2个水准点进行附合环检验。7.2.2 往返测高差比较

返测高差比较见表15。

其中最大往返测高差不符值及偶然中误差统计见表16。

表16 水准测量往返测较差及偶然中误差统计表往返测较差最大值统计起点SDBM31

终点CPI047C

较差值/mm0.81

限差值/mm0.81

偶然中误差测量值/mm0.64

限差值/mm1

8 测量结论

本次测量经计算对比，因为边长较短，造成相对精度超限外，其中平面控制点CPI053和高程控制点CPI048由于复测计算超限，在施工时需报设计院复核确认后方可使用。其它CPI控制网复测坐标与设计坐标差符合限差要求，所有相邻点间的复测与设计院复测坐标差之差的相对精度符合限差要求。测量成果与设计院提供成果相吻合，在后续施工当中按照设计院提供成果使用。

参考文献：

[1] TB 10601-2009/J 962-2009高速铁路工程测量规范[S].[2] GB 12897-2006国家一、二等水准测量规范[S].[3] TB 10101-2009/J 961-2009铁路工程测量规范[S].

[4] TB 10601-2009/J 962-2009高速铁路工程测量规范条文说明[S].

（上接第45页）故有以下建议：

帷幕灌浆施工中地质钻造孔必须按造孔工艺和该种设备操作规程进行操作，不得随意更改造孔工艺和技术要求。比如在进行60mm小孔径的非取芯孔钻孔时，为了节省少许钻孔时间和部分造孔材料，在配钻杆和钻具时，把岩芯管和扩孔器省略，直接把金刚石厚壁钻头接在50mm钻杆上，用钻杆代替岩芯管。这样会给施工带来不良的结果：①孔内事故方面。在断杆或跑钻后，下锥套去打捞事故钻杆时，会出现锥套无法下到孔内，事故钻杆无法进行打捞，只能进行扫孔到事故钻杆位置进行处理；但这种情况下扫孔会带来岩粉和碎渣不能很好的从孔内循环出来，把事故钻杆埋在孔底，使事故更加严重。②施工进度和效益方面。从地质钻造孔工艺上来讲，用厚壁钻头进行钻孔，要比同一规格的普通钻头钻进效率

差。因为厚壁钻头底唇面比普通钻头宽，钻进中厚壁钻头破碎岩石面积较大，故钻进速度较慢，反而影响施工进度和效益。

参考文献：

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