橙子沟水电站调压井固结灌浆施工技术

刘桃红　张瞳

摘 要：文章详细介绍了甘肃省白龙江橙子沟水电站引水隧洞调压井衬砌后，出于进度、安全原因，将原设计方案进行优化，将原设计的垂直井壁固结灌浆改为竖直方向环绕井壁固结灌浆，采用自上而下分段深孔固结灌浆方法进行施工，成功解决了进度、安全等施工难题，对以后类似工程施工有很好的借鉴作用。

关键词：调压井；固结灌浆；技术研究

1 工程概况

甘肃省白龙江橙子沟水电站位于江甘肃省陇南市境内，是白龙江干流上水电梯级开发规划的第15级电站，坝址位于武都宗家坝村下游300m处，坝址、厂址左岸有212国道公路通过，对外交通便利。橙子沟水电站为径流引水式电站，枢纽工程主要任务是发电，水库正常蓄水位891.50m，坝顶高程895.50m，最大坝高19m，电站设计水头50.4m，设计引用流量259.50m3/s，电站总装机容量115MW，多年平均发电量4.6288亿kW.h，年利用小时数4025h。

本工程调压井中心位于引17+204.91m，为阻抗式调压井，总高度为83.2m。调压井井顶出露，井顶平台高程920.00m，调压井底板高程836.80m，最高涌浪水位918.40m，最低涌波水位861.48m。

调压井段岩层呈单斜构造，岩层产状为NW270～300°NE∠45～80°，出露规模较大的结构面为层间挤压带；裂隙结构面较发育。调压井壁结构面较发育，以层面裂隙为主，其它三组结构规模不大，又受层面结构的控制和制约，不易形成规模较大的不利组合体，对裂隙密集发育部位和小型不稳定块体需采取必要的锚固措施。调压井采用钢筋混凝土衬砌，同时采用固结灌浆方式补强和防渗，衬砌厚度为1.5m、1.0m。

2 施工难点及对策

橙子沟水电站调压井主要为固结灌浆，根据原施工进度安排，固结灌浆是随着混凝土浇筑灌浆作业逐层进行，在井口择较宽敞部位设集中制浆站，通过管路输送至井内施灌。但是实际情况是调压井已全部浇筑完成，调压井总高度为83.2m，井内固结灌浆施工时需要搭设80多米的脚手架，施工中存在严重的安全隐患，同时脚手架的搭设需要投入大量的人力和物力，对施工的总进度计划也有较大影响。因此为加快工程进度、降低安全风险，经各方协商将原固结灌浆布置方案进行优化，采用自上而下分段深孔固结灌浆方法进行施工，将原设计的垂直井壁固结灌浆改为竖直方向环绕井壁固结灌浆。

优化方案采用井外深孔固结灌浆施工，在调压井？荦921.5m平台上距衬砌混凝土边缘1.5m处布置一圈深孔固结灌浆孔，考虑到井内径上下不同钻孔时需设计斜孔钻进，以保证有效的灌浆范围，开孔角度为以调压井中心线为基准偏斜6度，单孔孔深85.5m，共布置72个灌浆孔，共布设深孔固结灌浆6156m。

3 深孔固结灌浆施工技术

3.1 施工工艺流程

调压井深孔固结灌浆按设计要求分两序进行钻孔，按分序加密的原则进行，先施工I序孔，后施工II序孔。

单孔灌浆采用自上而下分段卡塞灌浆法，具体施工工艺流程如下：钻机校平固定→Φ60mm金刚石钻头钻进→钻进第一段→裂隙冲洗→简易压水→第一段卡塞灌浆→钻进第二段→裂隙冲洗→简易压水→第二段灌浆→……→重复以下孔段至终孔段→封孔。

3.2 钻孔施工

深孔固结灌浆钻孔采用XY-2型回转钻机造孔，开钻前先校平钻机，确保钻机平整稳固，开孔孔径Φ60mm，孔位偏差不大于10cm。开孔时采用慢速、低压钻進。

在钻孔过程中，应严格控制孔斜，孔斜应符合技术要求的规定，现场控制孔斜措施如下：

钻孔前，安装钻机平正稳固；钻机立轴方向应与设计孔向一致。使用带扶正器的长钻具，在钻进过程中，应经常校测钻机立轴方向是否与设计孔向一致，每隔10m测量孔斜，发现偏斜超过设计要求及时采取补救措施。

3.3 钻孔冲洗和压水试验

灌浆孔均需进行冲洗，孔壁冲洗采用导管通入大流量水流，从孔底向孔外冲洗的方法，冲洗压力可采用80%的灌浆压力，压力超过1MPa时，采用1MPa；裂隙冲洗可结合简易压水进行，裂隙冲洗冲至回水澄清，孔内残存的沉积物厚度不得超过20cm。

固结灌浆孔灌浆前的压水试验在裂隙冲洗后进行，试验孔的数量不少于灌浆总孔数的5%，其余孔段结合裂隙冲洗进行简易压水。简易压水试验，压力为灌浆压力的80%，并不大于1MPa时，压水20min，每隔5min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q表示，单位为Lu。

3.4 灌浆压力要求

孔口灌浆压力计算：p=p0-ρgh

式中：p-孔口灌浆压力，MPa；p0-灌浆全压力，MPa；ρ-浆液比重，g/cm3；g-重力加速度，N/kg；h-灌浆段深度，m。

灌浆全压力采用表所列压力值。

3.5 分段灌浆施工

灌浆采用分段施工，第一段深入岩石5m，以下每段段长均为5.0m，终孔段不宜大于7m。根据孔深深度单孔划分为17段，最后一段5.5m，自上而下卡塞分段灌浆时，下一段的卡塞位置必须设置在已灌段下部50cm以上防止绕塞。

浆液水灰比采用3、2、1、0.6（或0.5）四个比级，浆液变换条件遵循由稀到浓逐级变换，当灌浆压力不变，注入率持续减少或当注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰比。当某一比级浆液的注入量已达300L以上或灌注时间已达1h，而灌浆压力及注入率均无改变或改变不显著时，改浓一级灌注。当注入率大于30L/min时，可根据具体情况越级变浓。灌浆过程中，灌浆压力或注入率突然改变较大时，立即查明原因，随时调整，采取相应的措施处理。灌浆过程中，每隔一定时间测定浆液比重，灌浆结束时亦应测定浆液比重，并做出记录。当采用最大浓度浆液施灌，注入量很大而不见减少时，经监理工程师同意可采用间歇灌浆法，同时考虑加砂，如因加入掺合料而使注入量突减，则停止使用掺合料。

固结灌浆在规定压力下，当注入率不大于1.0L/min时，继续灌注30min，灌浆即可结束。当长期达不到结束标准时，报请监理人共同研究处理措施。

3.6 封孔灌浆

采用压力灌浆封孔法封孔。全孔灌浆结束后，用0.5：1的水泥浆置换孔内浆液并取出所用灌浆管后用为水泥浆纯压5min，压力为最大灌浆压力的80%。

4 结束语

橙子沟水电站调压井采用优化后深孔固结灌浆方案施工完成后，按深孔固结灌浆孔数5%的比例布设质量检查孔4个，单点法压水试验68段，均符合灌后基岩透水率≤5Lu的质量检查标准。采用优化后的施工方案成功解决了进度、安全等施工难题，对以后类似工程施工有很好的借鉴作用。