水泥化学复合灌浆技术在气垫式调压室补强中的应用

赵启强， 黄 芬

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川都江堰 611830)

1 工程概述

自一里水电站为四川火溪河梯级开发的第二级，是亚洲第一座气垫式调压室水电站，电站总装机容量130 MW。该电站自2004年12月进入商业运行以来，气垫式调压室的补气量较大，运行成本高，为进一步增强电站运行安全保障，降低电站运行成本，华能四川涪江公司决定对该电站气垫式调压室进行后期补强处理。

该气垫式调压室由气室、气室交通洞、水幕廊道、水幕廊道交通洞及气室连接井组成。气室断面为10 m×13.9 m(宽×高)的城门洞形，总长度112 m，底板高程1 707 m，未进行衬砌。水幕廊道断面为4 m×4 m(宽×高)的城门洞形，总长度112 m，布置在气室上面，距离气室最小距离14.1 m，底板高程1 735 m。气室交通洞和水幕廊道交通洞为施工期间的施工通道，施工完成后已经封堵，封堵段外侧混凝土衬砌后断面尺寸为2 m×2.5 m(宽×高)的城门洞型，亦是本次补强处理前渗水、漏气最严重的位置。气垫式调压室后期补强处理的施工重点为气室交通洞、水幕廊道交通洞堵头外侧的环向高压帷幕(水泥、化学)灌浆和气室内无盖重高压固结灌浆。高压帷幕(水泥、化学)灌浆布置在气室交通洞和水幕廊道交通洞内靠近堵头的位置，通过灌浆处理，在其岩体内形成了一道气垫室的防渗、闭气帷幕，封闭气室内向各交通洞、邻近支洞渗漏(水、气)的通道，以达到气室良好的防渗、闭气效果。

2 钻孔、灌浆参数

在气室交通洞和水幕廊道交通洞的堵头外侧0～5 m范围内各布置了4排帷幕(水泥、化学)灌浆孔，每排分别为18孔和19孔，两端(第1、4排)为水泥灌浆，中间两排(第2、3排)为化学灌浆。帷幕灌浆参数:气室交通洞内水泥灌浆和化学灌浆孔深均为深入基岩20 m，水幕廊道交通洞内的水泥灌浆和化学灌浆孔深为深入基岩15～35 m，帷幕(水泥、化学)灌浆孔排距为1.5 m，灌浆目标压力均为4.5 MPa。灌浆孔布置情况见图1。

3 施工程序

(1)施工原则。

先施工两端的水泥帷幕灌浆，待水泥灌浆全部完成、待凝72 h后再施工中间两排化学帷幕灌浆。水泥帷幕灌浆和化学帷幕灌浆均按三个次序进行施工。

(2)施工工艺流程。

水泥帷幕灌浆和化学帷幕灌浆均采用自孔底向孔口分段灌注，其施工工艺流程为:

孔位布置——钻机定位——孔口段钻孔，深入基岩2 m——第一段(2 m)灌浆——钻孔至终孔——终孔验收——采用循环式气囊塞灌注孔底段——上提气囊塞灌注孔底第二段——如此循环至孔口第二段——压力灌浆封孔。化学帷幕灌浆在每个灌浆段灌浆结束时采用水泥浆液顶浆。

4 帷幕(水泥、化学)灌浆施工

(1)灌浆材料。

水泥灌浆孔口段2 m采用江油女娲32.5R普通硅酸盐水泥，第二段及以下各段采用600型超细微膨胀水泥。

图1 帷幕(水泥、化学)灌浆孔布置图

化学灌浆采用中科院广州化学研究所研制的YDS－7环氧浆材，该浆材是一种高渗透性灌浆材料。化灌浆液采用厂家提供的配合比配制。

(2)灌浆分段与灌浆压力。

帷幕(水泥、化学)灌浆按3序施工。水泥帷幕灌浆和化学帷幕灌浆均采用自孔底向孔口分段灌注，灌浆分段为:第一段段长2 m，其余各段的段长依次为3 m、5 m、5 m、……各段次灌浆压力按表1进行控制。

表1 帷幕(水泥、化学)灌浆压力控制表

灌浆压力采用逐级升压的方法，从起始压力逐步升至目标压力，每级增加0.3～0.5 MPa。

(3)帷幕(水泥、化学)灌浆施工。

气室交通洞和水幕廊道交通洞内各布置有两排水泥帷幕灌浆孔，为了满足工期要求，采取两排水泥帷幕灌浆孔各布置一台钻机同时施工，每排帷幕灌浆孔分为3序进行钻孔灌浆。帷幕灌浆孔深15～35 m。由于场地限制，钻孔采用XY－2PC地质钻机配φ91金刚石进行钻进。水泥帷幕灌浆采用自孔底向孔口分段灌注的方法施工，灌注浆液的浓度由稀到浓逐级变换，变浆原则按水工建筑物水泥灌浆规范DL/T 5148－2001执行。灌浆结束标准:在规定压力下，当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注60 min，灌浆即可结束。

化学帷幕灌浆在同一部位水泥帷幕灌浆施工完成72 h后进行，采用自孔底向孔口分段、纯压式灌注;灌浆采用从美国进口的395型高压化学注浆机和意大利生产的4200化学灌浆电动泵将配制好的化灌浆液注入孔内。灌浆时采用逐级加压的方法达到设计压力，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，不得改变浆液配比;在灌浆过程中，由于改变了浆液配比而使灌浆压力突增或吸浆量突减时应立即查明原因，随时调整。

化学灌浆在设计压力下，当注入率小于0.01 L/min，延续灌注20 min灌浆即可结束。为了提高施工工效并保证灌浆质量，化学帷幕灌浆的每个灌浆段在化学浆材灌注达到结束标准后，均采用水泥浆液进行顶浆，并在孔内浆液置换完后提高灌浆压力(比同段化学灌浆压力增加0.5 MPa)，采用水泥浆液继续灌注30 min后方可进入下一循环施工或进行闭浆。灌浆结束后应及时用丙酮或其他环氧浆材稀释剂清洗灌浆泵及灌浆管路，使其保持洁净，否则将影响下一次灌浆施工程序。

全孔结束并经检验合格后应及时采用“置换或压力灌浆法”封孔，其封孔压力为2.5 MPa。灌浆孔采用加入微膨胀剂的水泥浆液(水灰比为:0.5∶1)进行封填，孔口未封满部分采用不低于C25的水泥砂浆抹平。

(4)特殊情况的处理。

①水泥帷幕灌浆施工中的特殊情况按现行水泥灌浆施工规范进行处理。

②化学灌浆过程中发现冒浆、漏浆等，应根据具体情况采用嵌缝、表面封堵、低压、限量、限流、换用水泥浆液灌注等方法进行处理。

③对于化学帷幕灌浆孔灌前压水试验透水率≥3 Lu的灌浆段，先采用600型超细微膨胀水泥浆液进行灌注，待其达到正常灌浆结束标准后再灌注化学浆液，并达到化学灌浆结束标准。

④对化学灌浆耗浆大孔段的处理:首先酌情采取降低灌浆压力或缩短固化时间等措施予以解决，如耗浆量仍很大且无漏浆现象，则应停止化学灌浆，改用水泥浆液灌注，然后再进行化学灌浆。

⑤化学灌浆时，为防止浆液温度过高，采用循环水对储浆罐进行外部冷却。在浆液出现暴聚征兆时，应立即调换新鲜浆液，必要时冲洗灌浆设备和管路后再继续灌浆作业。

5 完成工程量

该工程气室交通洞和水幕廊道交通洞共完成水泥、化学帷幕灌浆工程量:水泥帷幕灌浆钻孔1 734.59 m，水泥帷幕灌浆1 643.29 m，总灌注水泥218.17 t;完成化学帷幕灌浆钻孔1 730.1 m，化学帷幕灌浆1 640 m，总灌注化学浆材(环氧YDS －7)43.09 t。

6 灌浆效果

该工程施工全部完成后，对气室交通洞和水幕廊道交通洞两个部位帷幕(水泥、化学)孔的灌浆、压水试验成果进行了综合统计。

水泥帷幕灌浆:Ⅰ序孔平均单耗246.72 kg/m，Ⅱ序孔平均单耗151.6 kg/m，Ⅲ序孔平均单耗56.75 kg/m，所有孔平均单耗 132.76 kg/m;化学帷幕灌浆:Ⅰ序孔平均单耗54.09 kg/m，Ⅱ序孔平均单耗25.05 kg/m，Ⅲ序孔平均单耗10.6 kg/m，所有孔的平均单耗为26.27 kg/m。帷幕(水泥、化学)灌浆随着灌浆次序的增加，递减规律明显，符合灌浆规律。

灌前、灌后压水试验情况:水泥帷幕灌浆灌前压水试验平均透水率为9.4 Lu，灌浆完后其检查孔压水试验平均透水率为0.58 Lu。化学帷幕灌浆在同一部位水泥帷幕灌浆全部施工完成后进行，现场在化学灌浆Ⅲ序孔中选择了10%的孔进行了分段压水试验，透水率减小至0.1 Lu。化学帷幕灌浆施工完后进行了压水检查，平均透水率仅为0.047 Lu，符合设计要求。

从帷幕(水泥、化学)灌浆单耗递减情况和灌前、灌后压水试验透水率的变化可知，该工程采用水泥、化学复合高压帷幕灌浆效果明显，灌浆质量可靠。

7 结语

自一里水电站气垫式调压室经过后期补强重新恢复并网发电后，气垫式调压室由原来60 m3空压机必须连续充气才能达到两台机组同时运行要求，处理后从大气垫减至小气垫需10 d，每隔10 d只需40 m3空压机补一次气(每次补充气的时间为30 h左右)就能保证两台机组满负荷运行;按专家认可的小气垫方案，两台机组同时运行则要15 d才需补一次气，从而使电站的运行成本大大降低，也增加了电站运行安全保障。由此可见，气垫式调压室本次防渗补强处理效果明显，所采用的水泥、化学复合高压灌浆施工技术在自一里水电站气垫式调压室后期补强中得到了成功应用。