某水电站超高压引水隧洞渗水处理浅析

2018-12-04刘红志刘正文

水电站机电技术 2018年11期

刘红志，刘正文

（北方国际合作股份有限公司，北京100040）

1 工程概述

某水电站位于老挝赛松本省Phoun区，为长引水式电站，主要任务是发电，额定水头700 m，设计引用流量14.45 m3/s，工程规模为二等大（2）型工程。引水系统由引水隧洞与压力管道组成，其中引水隧洞由3段平洞（上平段、中平段、下平段），2段竖井（上竖井、下竖井）组成。

引水隧洞下平段位于桩号T4+940.300～T6+495.560 m之间，段长1555.260 m，隧洞进口底板高程654.458 m，出口底板高程629.879 m，综合底坡约1.58%；隧洞垂直埋深289.0～450.0 m，所属洞段地下水位均高于隧洞洞顶。引水隧洞下平段的静水头487.03～513.61 m、考虑水击压力在内的作用水头522.40～575.72 m，属于超高压引水隧洞。隧洞下平段开挖半径2.25 m，底板衬砌厚度40 cm，部分洞段底板衬砌厚度50 cm，衬砌混凝土标号C30，二级配，钢筋保护层厚度50 mm。

2 工程地质条件

引水隧洞下平段隧洞围岩岩性以“中厚层凝灰岩”为主，局部间夹薄层黑色板岩或薄层凝灰岩，岩体质量以Ⅲ类为主，少量Ⅳ类，据开挖统计，Ⅲ1类围岩约占24.2%、Ⅲ2类围岩约占66.6%、Ⅳ类围岩约占9.2%。下平段多数为弱风化～微风化岩体，围岩稳定性总体上较好，少数沿断层带或破碎带有带状强风化岩体为IV类围岩，地下水很活跃，渗水点较发育，局部渗水量较大。

3 渗水问题发现及初步处理

引水隧洞下平段桩号T5+283～T5+303处开挖期存在大量地下渗水，渗水从洞壁右侧冒出，根据开挖期地质素描分析，渗水较多主要受到F26断层裂隙组影响，F26断层裂隙走向NW295°，倾向NE∠78°，裂隙宽度10～30 cm，裂隙填充物为：岩块、岩屑、岩粉，未胶结，断层面较平直光滑。沿断层面及两侧影响带40 m范围内均有渗水点出现，其大部从洞壁右侧渗出，局部渗水较大，根据现场估算断层带及其影响带渗水量约300 m3/h、且具有承压特性，断层带围岩遇水性能减弱，属Ⅳ类围岩。

受到施工条件限制，该断层带所属洞段混凝土衬砌前未进行灌浆处理，洞身混凝土衬砌时在渗水集中部位设置排水孔，并预埋1个喇叭口状的排水管将水引出后，再进行了混凝土衬砌施工。在混凝土衬砌强度达到要求后，按设计要求进行该部位回填及固结灌浆施工，灌浆孔布置见图1，灌浆采用高压浅孔固结灌浆，孔深5 m，并按照分序分段的灌浆方法进行，最大压力7.0 MPa。

在灌浆过程中，发现T5+284.6～T5+291.1段各灌浆孔存在严重的串浆现象，由于部分混凝土结构存在缺陷和地下水水压较大，在达到设计灌浆压力时，混凝土表面出现局部掉块、裂缝、渗漏浆液的现象，无法形成封闭环境及盖重强度，不具备高压灌浆施工条件，初步的灌浆处理无法达到灌浆质量要求。

图1 引水隧洞下平段Ⅳ类围岩灌浆布置

由于库区正常蓄水位高于该洞段埋深，采用预留永久排水孔的方案对工程安全不利，且该洞段静水头很高（约490 m），隧洞充水后存在内水外渗的可能性，更加不利于洞内围岩的稳定，且外部山体的渗透稳定性可能存在一定的安全威胁。因此，该渗水段的处理需采取进一步的加强方案。

4 渗水处理方案的确定

为保证整体处理质量，该断层裂隙带渗水处理范围向上下游延伸，处理范围定为T5+278～T5+298段（20 m），采用“深孔排水，缺陷修补，化灌封堵，浅孔灌浆”的处理方案[1-2]。具体做法如下：①先在该洞段边、顶拱和底板范围内形成深度10 m左右的深孔泄水帷幕，使断层裂隙带有充分的泄水通道，以便减少渗水压力；②完成该洞段表面混凝土衬砌缺陷处理；③根据实际造孔记录的出水位置进行局部化学灌浆处理，在围岩圈外形成一道阻水层，为灌浆创造封闭条件；④布置固结灌浆孔，采用由浅层到深层、逐渐升压的方式，先混凝土接触灌浆再围岩固结回填灌浆，使衬砌混凝土和围岩逐渐形成灌浆盖重达到灌浆标准要求；⑤采用“自下游往上游，由低处向高处”灌浆的方式逐级进行各灌浆孔灌浆。灌浆压力根据实际内水压力情况调整；⑥灌浆完成后对排水孔进行封堵灌浆。

5 渗水处理

5.1 排水孔施工

采用圆盘钻进行排水孔施工，排水孔由大漏水点为中心，沿洞轴线分别往上下游按排距2 m呈梅花形布置，孔径Φ50 mm，孔深10 m左右[3-4]。每环由边墙向顶拱延伸布置4～6孔，钻孔时应先钻取隧洞右侧方向的排水孔，左侧无出水面的洞壁在完成右侧排水孔施工后再结合出水情况随机进行钻孔施工。每个排水孔完成钻孔后，在孔口预埋Φ40 mm钢管排水并加装球阀开关进行排水控制。排水孔的布置见图2。

图2 排水孔孔位布置图

5.2 混凝土结构缺陷处理

对该断层带的混凝土结构裂缝、迸口、掉块部位，采取以下处理方法：在缺陷部位凿以U形槽，除掉松散物质，用水浸渍基面，让水浸透混凝土，然后去掉表面上的明水，在U形槽内填PENEPLUG环氧灰浆的半干料团，搅拌均匀，呈胶泥状，填满U型槽并与表面平齐，然后牢牢地压实。完成U型槽填充后，缝槽顶部及两侧表面涂刷PENETRON渗透结晶型防水涂料作表面处理[5]。灰浆材料及防水材料参数指标见表1、2，缺陷处理方法见图3。

表1 PENEPLUG灰浆料参数指标表

表2 PENETRON涂料参数指标表

图3 混凝土结构缺陷处理缝面填补示意图

5.3 化学灌浆

完成混凝土结构缺陷处理后，进行化学灌浆施工，使用电锤作为化学灌浆钻孔设备，在每环排水孔之间呈梅花形布置灌浆孔（化学灌浆孔及固结灌浆孔均布置在此环内），化学灌浆孔钻穿混凝土结构与原回填灌浆层并进入基岩10～20 cm。使用DH-512微型高压电动注浆机进行化学灌浆，使用聚氨酯作为灌浆材料。化学灌浆仪器性能见表3。

表3 DH-512微型高压电动化学灌浆泵性能参数

5.4 固结灌浆钻孔

在每环排水孔之间呈梅花形布置4～6个灌浆孔，使用圆盘钻进行钻孔施工，孔径Φ50 mm，钻孔应根据灌浆需求分段钻进，第1次钻孔段长以钻至出水点后再向深处钻进1 m为标准，之后逐级钻进至终孔深（8～10 m）[6]。灌浆孔的布置见图4。

图4 灌浆孔布置示意图

5.5 固结灌浆

在完成排水孔施工达到渗水泄压条件后，以“自下游往上游，由低处向高处”的灌浆方式逐级进行灌浆。灌浆采取基岩内由浅入深分段钻进分段灌浆的方式（钻1段灌1段），基岩段采取设置灌浆塞的方式进行灌浆，孔口段最后采取灌浆尾管进行全孔封孔灌浆。灌浆压力根据实际内水压力情况确定，逐级逐层加压[7]。具体方法参照表4。