大型水电站深孔帷幕灌浆工程施工技术探讨

摘要：帷幕灌浆是保证大坝能否正常蓄水发电的关键项目，文章介绍了金安桥水电站深孔帷幕灌浆施工中，应用了涌水段的特殊处理、台车和地锚以及无芯钻头等施工技术，解决了施工上的难题，大大缩短了工期，降低了成本，在保证质量的前提下，加快了施工进度，创造了经济价值。

关键词：金安桥水电站；深孔帷幕；施工难题；施工技术；应用

一、工程概况

金安水电站位于云南省丽江市境内的金沙江中游河段上，是金沙江中游河段规划的第五级电站。电站以发电为主，兼顾防洪、航运、旅游、水土保持等综合利用。电站装机容量2400MW，最大坝高160，正常蓄水位1418m，总库容9.13亿m3。枢纽布置为碾压混凝土重力坝、坝后厂房、右岸溢洪道方案，枢纽建筑物主要由挡水、泄洪、排沙、坝后厂房等组成。拦河大坝坝顶长约640m，大坝最低建基面高程为1267m，坝顶高程1424m。

金安桥水电站坝基为二叠系（P2）坚硬的裂隙块状玄武岩，岩性为玄武岩、杏仁岩、火山角砾岩及相对软弱的凝灰岩夹层（坝基部位分布t1a、t1b、t1c、t2四层），凝灰岩一般单层厚0.2～0.3m，部分凝灰岩夹层存在泥化现象，少数具有崩解特性。坝基部位分布有三条岩III级结构面断层（F63、F64、F65），IV级结构面小断层（f）、挤压面（gm）以陡倾角为主，一般发育间距33m左右。绿帘石、石英错动面以缓倾角为主，多分布于左岸江边。坝址区岩体节理较发育，以顺河及横河两组陡倾角为主，岩体整体性差，弱风化下带以下岩体一般为镶嵌碎裂结构、次块状结构，弱风化上带属碎裂结构，河床部位分布的碎裂裂面绿泥石化岩体为呈“原位碎裂结构”或“似完整状碎裂结构”。在坝址右岸滩池、溢洪道部位，岩体水平卸荷裂隙发育。

二、灌浆工艺技术设计

1.帷幕灌浆孔布置

上游帷幕为双排孔，成梅花形布置，间距为2m，排距为1.0m，其中上游排倾角为3度，下游排为铅直孔；下游帷幕为单排孔，间距为2m。

2.灌浆方法

帷幕灌浆孔第一段采用常规“阻塞器灌浆法”进行灌浆，阻塞器阻塞在基岩结合面以上0.5米处，第二段及以下各段采用“孔口封闭，自上而下分段，孔内循环法”灌浆。

3.灌浆参数

表1帷幕灌浆压力

—-适用于（灌浆III区双排帷幕，5#～16#坝段）

透水率合格标准q：q≤1.0lu。接触段及其下一段100%合格，再以下各段合格率应大于90%，不合格段的透水率值不超过1.5lu且不得集中。

表2帷幕灌浆压力

—-适用于（灌浆II区双排帷幕，3、4、17、18号坝段的上游帷幕）

透水率合格标准q：q≤1.0lu。接触段及其下一段100%合格，再以下各段合格率应大于90%，不合格段的透水率值不超过1.5lu且不得集中。

表3帷幕灌浆压力

—-适用于（灌浆II、III区单排帷幕，3～5、11～18号坝段的下游帷幕及厂房帷幕）

透水率合格标准q：q≤1.0lu。接触段及其下一段100%合格，再以下各段合格率应大于90%，不合格段的透水率值不超过4.5lu且不得集中。

表4帷幕灌浆压力

—-适用于（灌浆I区单排帷幕，0、1、2、19、20号坝段及左右岸灌浆平洞）

透水率合格标准q：q≤1.0lu。接触段及其下一段100%合格，再以下各段合格率应大于90%，不合格段的透水率值不超过4.5lu且不得集中。

4.浆液

采用水灰比为3：1、2：1、1：1、0.8：1、0.6：1五个比级，其中灌浆封孔才用0.5：1的水灰比浆液。

5.灌浆结束标准

帷幕灌浆采用自上而下分段灌浆法时，在最大设计压力下，当注入率不大于1L/min后，继续灌注60min，灌浆即可结束。

6.压水试验

（1）帷幕灌浆先导孔采用“五点法”进行压水试验。“五点法”压水试验的压力为0.3Mpa、0.6Mpa、1Mpa、0.6Mpa、0.3Mpa。

（2）各灌浆段在灌前均应进行简易压水。简易压水结合裂隙冲洗进行，压力位灌浆压力的80%，该值若大于1Mpa时采用1Mpa。

（3）简易压水时间为20min，每五分钟测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。

7.封孔

全孔灌完后，先用导管注浆法将孔内余浆置换成0.5：1浓浆，而后将灌浆塞塞在孔口，继续使用浓浆进行纯压式灌浆封孔。封孔压力采用全孔最大灌浆压力，封孔时间为60min。

8.检查孔

检查孔灌浆孔总数的10%控制，但每个单元必须有一个检查孔。帷幕灌浆检查孔应采取岩芯，绘制钻孔柱状图。

三、工程难点

金安桥水电站帷幕灌浆工程量大，共有56000m，且平面少、斜面多，有70%的孔位布置在斜面上，多数灌浆孔必须借助台车进行施工，在八、九、十等几个帷幕单元涌水量大，对涌水量大的孔段必须进行处理。100m以上的深孔占35%左右，最大孔深达116m，因而施工难度大，进度上难以满足计划要求。

四、施工技术的应用

1.帷幕涌水孔段的处理

（1）调整开灌水灰比

根据帷幕灌浆试验施工的情况，如果帷幕灌浆孔孔内涌水量和灌前压水透水率较大，需要根据不同的情况采用不同的开灌水灰比，具体情况如下：

①如压水透水率q≤1Lu或灌前涌水量Q≤2L/min，采用3：1开灌；

②如压水透水率1Lu③如压水透水率q>5Lu或灌前涌水量Q>5L/min，灌浆时采用1：1开灌；

④如压水透水率q>15Lu或灌前涌水量Q>15L/min，灌浆时采用0.8：1开灌。

（2）采取加大灌浆压力、延长屏浆时间、闭浆待凝等处理措施

对于帷幕有涌水的孔段，首先对涌水流量、压力进行测量，在灌浆的过程中要求相应提高灌浆压力（一般按设计灌浆压力+涌水压力），屏浆延长时间至150min，每三段进行一次闭浆待凝，待凝时间为12h，对于灌前涌水量Q>15L/min灌浆孔段单段进行待凝，待凝时间为24h。

通过现场施工的情况来看，对帷幕涌水量较大、相对透水较大孔段经以上施工措施处理后，涌水情况得到较大的扼制，涌水明显减少，对涌水的处理取得了良好的效果，保证了施工质量，加快了施工进度。

2.利用台车和地锚加快施工进度

（1）使用台车移动钻机

在斜坡面移动地质钻机时，铺设台车轨道，架设台车（如图1示），使之形成完整的台车行走通道。在台车轨道上利用倒链拉动台车，使位于台车上的地质钻机移动至灌浆孔位。避免了光靠人力移动钻机和多次搭设排架等繁琐过程。台车移动钻机平均只需要3人，1.5小时就能使钻机就位。而光靠人力，6人一天时间也难以将地质钻就位。解决了斜面移动地质钻机的难题，加快了施工进度。

图1钻孔台车示意图

（2）采用地锚固定钻机

钻机在钻孔过程中，由于孔深及岩石硬度的影响，往往发生钻机顶偏、错位、孔斜出现偏差等现象。为此，采用地锚对钻机进行固定。具体方法是在钻机就位后，先用电锤在地质钻机四周的混凝土上造4个￠22、孔深15～20cm的孔，后用￠22的膨胀螺栓安装在此孔上，起到固定钻机的作用。安装地锚之后，地质钻机在钻进的过程中，可以比没有安装地锚之前加大2～3公斤的压力，加快了钻孔速度，同时避免了因为压力过大使地质钻机错位而重新校正地质钻机的过程。另外，还可以减少测斜的次数以及报废孔的数量，提高了钻孔质量，加快了施工进度。

3.采用无芯钻头

前期所有施工队伍钻孔采取的都是有芯钻头，按设计要求采用分段钻孔灌浆，每段5m，而有芯钻头岩芯管一般采用的是2.5m，打一段5m的孔要起下钻杆两次左右，随着孔深不断地加深，钻杆的加长，施工过程中频繁起下钻，耗用时间就会增多，依据现场实际情况计算，起下钻消耗时间约占钻孔时间的30%，而且在施工过程中经常会发生岩芯掉落孔内的现象，掉岩芯之后必须进行下钻扫孔，这样就增加了钻孔事故的发生率，导致了施工进度缓慢，生产难以组织。经现场施工人员的共同研究，多次探讨，决定采用无芯钻头。无芯钻头通过在钻头内部安装的滚轮将岩芯磨碎，再通过高压循环水把磨碎的岩粉冲出，这样在钻孔过程中就无岩芯产生，除过验孔需要进行起下钻以外，其余时间可以正常钻孔，起下钻次数明显减少，一个无芯钻头可以钻孔25～30m，因而极大地缩短了钻孔的时间，保证了施工进度，更创造了经济价值。

（1）有芯钻头和无芯钻头在结构上的比较

图2有芯钻头和无芯钻头剖面对比图（单位：mm）

图3有芯钻头和无芯钻头俯视对比图（单位：mm）

说明：无芯钻头是在有芯钻头的结构上进行了一个改进，无芯钻头在有芯钻头圆柱壁上布置了3个排水孔，并在轴心位置上安装了一个镶有金刚石颗粒的滚轮。3个排水孔的作用是防止岩粉塞钻头导致烧钻；滚轮的作用是将岩芯磨成岩粉。

（2）有芯钻头和无芯钻头在施工进度上的比较

（3）有芯钻头和无芯钻头经济价值上的比较

56有芯钻头每个钻头的单价为280元，平均每班造孔6m，班产价值420元；56无芯钻头每个钻头的单价为430元平均每班造孔10m。平均使用无芯钻头每班能多创造280元的产值。经过对比使用有芯钻头月完成量为550m，而采用无芯钻头月完成量为1100m，产量翻了一番，经济效益增加了一倍。

五、结束语

在金安桥水电站的深孔帷幕灌浆施工中，通过对帷幕涌水段的处理、斜坡面利用台车移动钻机、地锚固定钻机以及造孔过程中无芯钻头的使用等，克服了进度上不去的难题，为大坝按期蓄水提供了保证。同时降低了成本，创造了良好的经济效益和社会价值。

参考文献：

[1]《云南金沙江金安桥水电站帷幕灌浆施工技术要求》（第A版）

[2]《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》（DL/T5148-2001）

[3]《云南金沙江金安桥水电站帷幕灌浆施工工法》