金沙江向家坝水电站河底勘探平硐涌水特征及灌浆堵水施工.pdf

1 9 q 8年 1 2月 ；氖 勘 硼，漏 撕 曦 泉 中南水 力发 电 第4 期 金沙江向家坝水 电站河底勘探平硐 涌水特征及灌浆堵水施工 中南勘测设计研究院 朱元球 r 弋 2 一 1概 述 向家坝水电站是金沙江流域规划中最下游 的一个梯级。为了进一步查 明河床立煤湾背斜 倾伏端、F 1 等断裂构造和缓倾角结构面的性 状 及其对工程的影响，特打 河底勘探乎硐。经综 合比较河底勘探乎硐施工方案采用“斜井+平 硐”方案。即 由斜 井段和平硐段两 部分组成。斜井井 口定在公路 内侧，斜 井掘进 方 向 1 3 4。，自上 游 向 下 游 掘 进，坡 度 2 6 5。，净 断 面 高 1 8 m 宽 2 2 m，长 2 1 7 m；平硐段掘进方向 6 3 ，净断面高 2 0 m，宽 2 0 m，长 2 3 0 m。当斜井掘进到硐深 1 3 4 m(高程 2 3 2 m，较当 时河水位低 3 5 m)时，掌子面左下角炮眼中发生 涌水，其涌水量约 6 0 m h。因事先准备不足导 致淹井。2 地质概况 河底勘探平硐位于立煤湾背斜的 S W 倾伏 端。背斜轴向 NW，形 态不对称。岩层产状变 化大，背斜 NE翼为 3 5 0。N E 4 5 5 5。，背斜 S W 翼为 6 0。8 0。S E 1 8 2 2。河底平硐开 挖区遇到的地层为三迭系上统须家河组地层。岩性 以中粗粒砂岩为主，其中所夹较大 的相对 软弱层有 T；。亚岩组和 T；层内的泥质粉砂 岩和粉砂质泥岩。岩性、岩相无论在纵向上还 是横向上变化都较大，交错层理发育，泥质岩石 分布不稳定，多呈透镜体状夹于砂岩 之中。根 据平硐揭露未发现 F 1 等大型断层，岩体完整性 较好，仅在背斜 NE翼近核部 发现了几条层 间 挤压带。走 向 3 5 0。，倾 向 NE，倾角 6 5。7 5。层间挤压带单层厚 0 5 5 c m，由粉砂质泥岩碎 块、角砾岩屑夹泥等组成，不透水。岩体内较发育的节理裂隙主要有两组：第 一组，为构造裂 隙，产状 以 6 5。8 5。NW 6 0。-7 5。为主。节理面多平直光 滑，张开宽度 0 2 ram，局部达 5 ram。一般无充填物，节理 可见 长度 5 1 5 m。第二组 为层 面裂隙，张开宽度 0 2-2 ram，充填物 主要 有泥膜、煤线、中细砂 和泥岩碎块等。另外，还有少量随机发育 的构 造节理 裂隙，多呈 闭合状，可见 延伸 长度小于 2 m。3涌水 特 征 须家何组岩层中没有一个成层稳定的、分 布连续的相对隔水层，但岩体中节理裂隙较发 育，构成 了具有统一水力联系的基岩裂隙潜水 含水体。乎硐内涌水有喷射和渗流两 种形式，但以喷射 为主。涌水来 自层 面裂隙 和构造裂 隙 基岩裂隙发育程度直接影响其涌水量。水 温 2 0-2 4，随季节性变化小。涌水中含有大 量的钙质和铁锰 质。涌水都是高压涌水，在涌 水部位埋管后测得其静水压 力十分接近河水位 与涌水处所产生的水头压力；每次发 生淹井时 斜井 内稳定水位与当时的河水位基本一致 反 映裂隙涌水与河水有较好的水力联 系。根据涌水裂隙特 征，可将涌水分为三种类 维普资讯 http:/ 第 4期 束元球金沙江向隶埂水电站河底勘探平硐涌水特征硬渣浆堵水施工 型!第一种，沿构造裂隙涌水。涌水量大 小取 决于裂隙张开宽度及连通率，但与发生涌水时 间无关，水质清彻，含砂量极少。涌水量般小 于 3 0 m h。第二种 沿层面裂 隙涌水。斜 井内层裂隙 中多有充填物，其张开宽度也 较大 开始涌水 量较小，随着发 生涌水时间延长丽涌水量 明显 增大 水质多浑浊，水中夹有 1 O 2 0 的中 细砂和泥质物质，有很浓的硫化氢臭味。最大 浠水量达 8 0 m h。平硐段 内，层面裂 隙张开宽 度较小，无 充填物，涌水量大小 与发生时 间无 关，水质清彻，部分涌水有硫化氢臭味。涌水量 一般小于 1 O 3 0 m h。第三种，由层面裂 隙和构 造裂 隙组合发生 涌水。斜井内涌水量随着发生涌水时间延长而 明显增大，并央有 5 2 0 的细砂、牯粒等物 质，水质较浑浊，有很浓的硫化氢臭味。涌水量 一般较大，最 大涌水量达 1 4 0 m h。平硐段 内 涌水量与时 间无关，水质较清彻，一般 无臭味，涌水量也较大 最大涌水量达 8 O m3，h。4灌浆施 工 灌浆方案选择直接关 系到灌 浆工期、材料 消耗和预期教果。河底勘探平硐施工线路长，上覆岩土层厚度大，不宜采用地面预注浆。经 比较最有效的方法是：平硐掘进中遇到涌水时，在涌水部位埋设灌浆管，采用硐 内灌浆堵水。4 1 嵌缝与灌浆材料的选择 灌浆材料的选择 主要根据灌浆所要达 到 的目的，对灌地层的工程地质和水文地质条件，灌浆所需 的费用，及现有的设备与技术等综 合考虑。化学灌浆材料具有较好的可灌性，易 调节浆液的胶凝时间 早期强度高，尤其有适用 于封堵流水等优点。但其堵漏成本高、工艺复 杂、毒性大、污染环境。水泥一水玻璃灌浆材料 具有货源广、工程成本低、工作环境较好、工 艺 操作简单等优点。但可灌性较差，凝固时间长，早期强度低。经练合比较该工程漏水处理采用 快速堵漏剂嵌缝，水泥一水玻璃材料灌浆。4 1 1 嵌缝 材料 在涌水部位埋管后，周围岩体仍有很 多散 水沿裂隙渗出 为保证灌浆效果，需对渗水裂隙 进行嵌缝止水。北京中岩特种工程材料公司生 产的快速堵漏剂，对裂 隙水流进行嵌缝封堵效 果较好。该材料呈浅灰色粉 末状，具有较好的 耐腐蚀性，对渗水进行封堵凝固快(初凝时间 1 -4 mi n，终凝 7 l O mi n)，抗压强 度(1 5 mi n时 大于 l O MP a 2 8 d时大于 5 5 MP a)、牯结强度 均 较好。4 1 2灌 浆材 料 根据涌水特征和水质分析，水泥材料选 用 四川省宜宾市渠江水泥厂生产的双枪牌 5 2 5号 普通硅酸盐水泥。该水泥细度高、质量好、无受 潮结块现象 水玻璃采用四川省宜宾市生产的 中性水玻璃，模数 为 2 6 浓度 为 4 3。B e，质纯，无杂质。4 2 霜裳系统 受河底平硐开挖断面小，硐 内工作环境差，动力 电源在硐内不安全等 因素影响，灌浆设备 均布置在斜 井井口。主要设备有制浆设备、供 水设备和灌浆设备。4 2 1 制 浆设 奋 为了保证水泥浆液的灌浆质量和大流量灌 浆 先用蜗轮式高速搅拌机按现场设计的水灰 比制好水泥浆液，再放入容积为 l m 的普通搅 拌机内储存。临灌浆时再放入灌浆泵的灌浆桶 内进行灌浆。水泥浆液 的储存 时 间控制在 2 h 内。4 2 2供 水 设 奋 采用潜水泵(供水量 2 O h)抽 吸斜 井 内 集水池中的渗水进行供水，并在井 口安装阀 门 控制配制浆液的用水量。4 2 3 灌 裴设 奋 灌水泥浆采用四川绵竹市五金机械厂生产 的 1 0 0 1 5型隔膜式 砂浆泵，最 大排浆量 9 m 3 h，最大工作 压力 1 5 MP a；灌水玻 璃浆采用航 空工业总公司生产的 UB 3型灰浆泵，最大排浆 维普资讯 http:/ 3 2 中南水力发 电 第4 期 量 3 m3 h 工 作压力 1 5 MP a 4 3 浆液的配制 浆液浓度的选择对灌浆堵水效果起重要作 用。斜并段灌浆 2 6次，平硐段灌浆 3 7次，但每 个涌水部位的地质条件、涌水特征则各不相同。在施工中根据钻孔涌水量、静水压力、注清水的 流量和压力等因素来确定浆液浓度。配制水泥 浆液的水灰比主要有：0 4：1、0 5：1、0 6：1、0 7 ：1、0 8：1、0 9：1和 1：1等 7种。其基本原则 是灌浆压力小、吸浆量大时用浓浆，否则采用较 稀的浆液。水玻璃根据灌水泥浆的吸浆量大小 和围岩冒浆情况进行配灌。4 4 灌浆压力的选择及灌浆结束标准 浆液在岩体裂 隙中扩散、充塞和压实的能 量来 自灌浆 的压力。灌浆压力的选择和控制，较大地影响灌浆效果、施工成本与工期。目前，国内外确定灌浆压力的原则，一般是根据灌浆 部位的埋藏深度和静水压 力来确定，同时还要 考虑灌浆部位 围岩的抗压强度，防止硐壁发生 变形、鼓破和产生新的裂 隙。灌浆压 力多采用 静水压力的 2 2 5倍。由于硐 内涌水裂 隙张 开宽度较小，有的裂隙中还夹有 中细砂，因此，施工中最终压力多选用 2 5 3 0倍静水压力 在该压 力下，灌浆 孔停 止吸浆 或 吸浆 量 小 于 l O L mi n时结束该孔灌浆。4 5 灌浆工艺 灌浆施工工艺程序是：用气腿式 风钻机打 孔找水一在涌水钻孔中埋设灌浆管并安装阀门 和水压力表一用快速堵漏剂封堵周围的裂隙散 水，让水从埋管中流出(如 围岩较破碎 再用混 凝土进行补强)一堵漏剂、混凝土待凝一闷气试 漏(含测静水压力、涌水量)一接输浆管灌浆一 浆液待凝一钻孔观测检查一爆破观察。4 6 灌浆方法 该工程灌浆是对工作 面进行直接堵 漏灌 浆，输浆管线长，因此，一律采用纯压式单管单 液灌浆法。在施工过程中根据各部位的涌水特 征及地 质条件，主要采用以下 3种具体操作形 式：4 6 1 动水 静压 式灌水 泥一 水玻 璃 浆液 当涌水部位岩体较破碎，用快速堵漏剂、混 凝土进行表面止水后仍有部分散水流 且涌水 量较大时采用 具体施工方法是：在涌水量最 大部位埋设两根灌浆营，分别灌水玻璃浆液和 水泥浆液，一般先灌水玻璃 3 5 mi n后，再开机 灌水泥浆。让 两种浆液在漏 水量最大、流速最 快处混合产生瞬时胶凝，以便尽快封堵出水点，减小水量和流速，直至形成强度较高的水泥浆 体结石将漏 水裂 隙封填密 实。水灰 比多采用 0 4：1 和 0 5：1的高浓度 水泥浆液。水玻璃的 浓度为 4 r4 3。B e 。在灌浆过程中，视灌水泥 浆液的吸浆量、工作面的 冒浆等情况采用连续 性或间歇性灌注。4 6 2 动水 纯压 式灌水 泥 浆液 涌水部位表面岩体较完整，用快速堵漏剂 嵌缝，在基本上无散水渗流，且涌水量也不很大 时采用。根据透水裂隙发育程度、张开宽度、涌 水量大 小和注水试验等确 定水泥浆 液的水 灰 比，并根据吸浆量及时调整其水灰比。经施工 验证该灌浆方法效果较为理想。由于透水裂隙 张开宽度小，如采用水泥一水玻璃，易将埋管附 近封堵 灌浆的扩散半径太小，不利于掘进 4 6 3 静水纯 压 式灌水 泥一水 玻璃 浆液 涌水量大，工作面岩体十分破碎，用快速堵 漏剂和混凝土进行表面止散水在岩体加固困难 时采用。如斜 并段掘进 到硐深 1 4 3 m 时，右壁 中下部和掌子面底部各有一股小水渗出，其渗 水量2 m h。仅 1 h后，涌水量增大 到 3 0 m h，3 h后水 量 又增大 到 6 O h。由于岩体 破 碎，表面止水无效 果而发生淹井 以后 又将水 抽至掌子面时，多次采用动水静压式灌水泥一 水玻璃浆液，其涌水量不但没有减小，反而增大 到 1 5 0 m3 h。最后，只好试探性 采用静水纯压 式灌水泥一水玻璃浆液，采用该方法灌浆，灌入 水泥 4 5 t 水玻璃 7 5 0 k g，水 泥浆 的水 灰 比为 0 5：1。浆液待凝两天后，将水抽至掌子面 时，堵水效果很好，涌水量 2 m h，表 面围岩也得 到了较好的加固。由于静水纯压式灌水泥一水 维普资讯 http:/ 第 4期 朱元球金沙江 向家坝水 电站河底勘探平 硐涌水特征厦 童 装堵永 施工-3 3 玻璃浆液尝试成功，对平硐段 6 2 m 处硐顶垮方 后 的涌水(Q=4 0 h)和 1 3 7 m 左 边 的涌 水(Q =8 0 m h)处理，也 采用 丁该方 法，效果 也很 好 该方法不仅降低丁工程成本，而 且提高 丁 工效。4 7 灌浆效果 在涌水部位灌水泥浆液、水泥一水玻璃浆 液堵漏后，井硐掘进采用短段、减震等施工方法 顺利地通过丁各灌浆地段。通过井硐开挖较全 面地检验了灌浆效果。其灌浆作甩主要表现在 以下两个 方面：(1)浆液 的充填压密作用，提 高丁岩体的 力学强度 在砂岩地层中浆液沿裂隙呈不规则 条脉状和透镜体状充填，浆液充填较好，结石率 高，胶结致细坚硬；在含泥量较高的粉砂岩中胶 结稍差。强度也稍低，但充填仍较密实；在破碎 层状岩层 中，浆液沿层面和节理面充填呈条带 状、网状、不规 则树枝状，胶结较差，充填 欠密 实，但岩体力学强度仍较高。(2)工作面掘进 时涌水量 大幅度减 小 如 1 4 3 m灌浆前最大涌水量达 1 5 0 m h 1h灌浆后再 掘进时其涌水量不足 2 m h 表明灌浆堵水效 果十分明显。因此，平硐施工中的堵水灌浆 仅大幅度降低丁硐内涌水量，而且还提高 丁岩 体的力学强度，增大 丁硐室 围岩的稳定性，保证 丁平硐开挖的安全施工。5结 语(1)工程施工中采用的灌浆方法和 灌浆材 料，对涌水堵漏效果好。尤其是 在这次施工 中 探索出的静水纯压式灌浆法，处理破碎岩体 中 大的涌水效果好，既保证丁开挖的安全施工，又 缩短丁灌浆工期，还降低丁灌浆费用(2)由于河底勘探平 硐施 工涌 水地 段多、涌水量大、排水较困难等特点，对涌水的处理 只 能采用“以堵为主，堵 排结合”的原则。这 样既 可以节约工程费用 又能保证安全施工。洪 江 水 电 站 大 江 截 流 圆 满 成 功 由国家 电力公 司中南勘测设计研究院勘 测、设计、监理的湖南洪江水电站于 1 2月 2 1目 举行 了大江截流庆典仪式。庆典大会由省政府副秘书长唐见奎主持。在庆典大会上，常务副省长周伯华作了重 要讲话。他称赞洪江电站的建设者以科学的态 度，发扬了伟大 的抗洪精神，吃大苦，耐大劳，夜 以继 目地拼搏奋战，在我省大中型水 电站建设 中首次实现了当年进场施工，当年大江截流，创 造了“洪江速度”，为我省重点工程建设树立了 榜样。他称赞 中南院设计推陈出新，不断优化 所取得的成绩。洪江水电站大江截流成功，标志着洪江水 电站可以在 2 0 0 1 年第一台机组投产发电，同时 也标志着中南院的勘测、设计和监理工作会更 上一十新台阶。出席截流庆典大会的单位有省政府、省军 区、省政府办公厅、国家开发银行、省计委、省经 委、省建委、省财 政厅、怀化市委、怀化市政府、洪江市委、洪江市政府、五凌公司、中南院、铁十 八局、水电八局等 2 0多个单位。中南院党委书 记钟金涌作为贵宾出席 了庆典仪式。会后，与会领导在现场目睹了上游围堰合 拢的精 彩场面(摘 自(中南院报)1 9 9 8年第 2 5期)维普资讯 http:/