膜袋灌浆技术在水电站厂房渗漏处理中的应用

2019-03-12

综合智慧能源 2019年2期

(四川华电杂谷脑水电开发有限责任公司，成都 610091)

0 引言

薛城水电站位于四川省阿坝藏族羌族自治州理县境内的杂谷脑河上，总装机容量138 MW，工程主要任务为发电。水库正常蓄水位1 709.50 m，水库总库容114.8万m3，具有日调节性能。工程属三等中型规模，主要建筑物为3级建筑物。工程由首部枢纽、引水系统和厂区枢纽3部分组成。闸址、厂址基本地震烈度为Ⅶ度，抗震设防烈度为7度[1]。

电站厂房位于理县木卡乡附近杂谷脑河右岸Ⅰ级阶地上。厂区建筑物顺河向依次布置主厂房、开关站(GIS楼)。主厂房包括主机间和安装间，主机间从下至上布置有蝶阀层、水轮机层、电气夹层和发电机层。安装间位于主机间下游侧，分夹层和安装场两层布置。为避免地基不均匀沉降引起厂房变形开裂，主机间与安装间之间设宽2 cm的沉降缝。2008年“5.12”汶川大地震造成安装间沿与主机间的沉降缝发生整体沉降。

2016年3月，薛城水电站水轮机层靠河侧排水沟的地漏孔出现涌水现象，涌水量随尾水位在1 552.00 m以上的增高而递增。涌水漫出排水沟，渗漏量约80 m3/h。涌水在厂房地面四溢漫流，威胁厂房内电气设备的安全运行，必须进行防渗漏处理以保证厂房的安全。

1 原因分析及处理方案的选择

1.1 原因分析

2016年11月，针对薛城水电站厂房渗水问题，通过现场查勘、分析，基本确认渗水的主要原因是2008年“5.12”汶川大地震造成的主厂房安装间与主机间的变形缝发生整体沉降，最大沉降量约为0.15 m。沉积造成安装间内空压机室(高程1 551.60 m)至主机间水轮机层(高程1 547.00 m)排水沟的排水主管道发生剪切、拉裂破坏。厂房安装间下部砂卵石回填基础内的渗漏水通过断裂的管道进入水轮机层排水主管道，因而造成排水沟地漏处出现大量涌水(如图1所示)。

1.2 处理方案选择

针对厂房漏水情况，初步制定了2种处理方案：(1)挖开厂房主机间外侧的基础覆盖层，修补破坏的主排水管道；(2)采用膜袋灌浆技术，在主厂房内涌水部位对主排水管进行灌浆堵漏，另外布置主厂房安装间下层的排水管路。其具体方案是：在厂房内涌水部位的2个地漏中第1个地漏安装控制阀门，先期排出漏水；在第2个地漏进行膜袋灌浆堵漏，堵漏后关闭控制阀门、彻底切断漏水进入厂房的通道，再重新布置安装间下层的排水管路。

图1 薛城水电站厂房漏水原因分析Fig.1 Cause analysis of the water leakage in Xuecheng Hydropower Plant

因主排水管道埋设位置较深，采用第1种处理方案需要开挖深约10 m的基坑。施工中基坑的四周防护及基坑排水工程量大，施工费用高、难度大。第2种方案采用高压灌浆机将化学材料注入膜袋内，化学材料遇水后迅速分散、乳化、膨胀、固结，形成新的化合物弹性体，使膜袋膨胀并完全填充较大的孔洞或管道。

经过综合比较分析，第2种方案施工难度小、费用低，予以采用。膜袋灌浆堵漏点设置在水轮机层下游侧第2地漏口。在灌浆封堵点前端(上游侧第1地漏口)设置应急疏排管至#2机组技术供水室前端地漏，并设置阀门，作为灌浆封堵点封堵后产生结构缝渗水及绕渗等情况下的应急排水通道(如图2所示)。

图2 薛城水电站厂房膜袋灌浆堵漏施工示意Fig.2 Construction schematic of film bag grouting and sealing in Xuecheng Hydropower Plant

1.3 堵漏材料选择

1.3.1 灌浆浆材选用

根据漏水处理部位灌浆浆材可灌性较好、黏度小、环保无毒且能够满足缺陷处理需要等要求，选择UPC-02单液型疏水性堵漏剂作为化学灌浆材料。UPC-02单液型疏水性堵漏剂属改性PU注浆液，与水作用后产生聚合反应,迅速分散乳化、膨胀，形成高发泡率的多孔结构PU发泡体，堵塞结构裂缝并与基材紧密黏合，适用于简单的疏松结构体低流量渗水、间歇性渗漏或二次稳固灌浆等防水堵漏工程。

UPC-02单液型疏水性堵漏剂具有高发泡率、低收缩性特点，比同类产品节省材料，用量更经济；还具有分散乳化性良好、材料韧性佳、与基材黏合紧密、对水质的适应性高等特性。经检测，该堵漏剂各项特征均符合国家标准(见表1)。

表1 灌浆材料特性Tab.1 Characteristics of grouting materials

1.3.2 膜袋的选用

根据主排水管的管径大小，选择柔韧性好、耐压、不漏浆的丙纶布缝制灌浆用的膜袋，确保化学材料膨胀后膜袋能紧密堵塞主排水管道。

1.3.3 堵漏材料选用

根据一些防渗处理工程的应用，选用速凝型防水宝及水不漏堵漏神作为填补安装控制阀门及膜袋灌浆后管道周边细小部位的防渗堵漏材料。

防水宝是一种单组分、灰色粉状的刚性防水材料。速凝型防水宝凝结时间为3～5 min，适用于渗水面、漏水口的带水快速堵漏作业。水不漏堵漏神是采用防潮、抗裂、抗渗、特效堵漏的绿色环保材料，具有带水施工、防潮、抗渗、抗老化、防裂、快速堵漏等特点。

1.4 灌浆设备选择

高压灌浆利用机械高压动力将化学灌浆材料注入混凝土裂缝中。传统方法是采用手压泵浆或用针筒推浆，压力不高造成浆液只能灌在表面，不能灌进裂缝的深处，达不到堵漏的效果。根据本工程的具体情况选用F-512高压注浆机进行高压灌浆堵漏处理。

F-512高压注浆机是一种利用机械动力、不需气压源、有超高压力的高压化学灌浆设备。它能直接带水注浆，可瞬间提升工作压力，将液体有效灌注至0.1 mm的细微裂缝中，具有施工效率高、机身轻巧、携带方便的特点，适用于各种缝隙渗漏、蜂巢渗漏、地下涌水等灌浆堵漏作业[2]。

2 施工过程

2.1 膜袋灌浆操作步骤

施工准备→安装控制阀门→封堵排水主管→制作膜袋、安装灌浆管、连接灌浆泵→灌浆→钻孔检查→清理施工现场→验收。

2.2 施工工艺及技术要求

(1)施工准备：清理干净施工区域，对作业现场进行安全文明生产布置，对相关设备进行遮盖，避免造成污损。

(2)安装控制阀门：利用水轮机层下游排水沟的第1个地漏口，预埋带阀的钢管，使排水管形成出口；将水、防水宝、不漏堵漏神按1.00∶3.50∶0.35的比例拌和，搅拌均匀呈膏状防水胶泥，不得有生粉团，静置5～10 min，使用时再搅拌一下以增加防水效果；采用防水胶泥将带阀门的钢管固定在地漏口，胶泥应填压密实，确保不会渗水。

(3)封堵电气夹层的排水主管：在电气夹层排水沟的地漏口内，采用防水胶泥封堵地漏口以下1 m的主排水主管，防止水轮机层膜袋灌浆时压力增加引起渗漏水涌到电气夹层。

(4)制作安装膜袋：采用丙纶布制作灌浆膜袋，确保膜袋不漏浆并能承受压膨胀、堵塞主排水管；在膜袋内安装灌浆管及排气管各1根，灌浆管深入膜袋底部，排气管固定在膜袋上部；灌浆管管径与高压灌浆设备连接管匹配，管口外露满足灌浆设备的连接需要，灌浆管强度满足灌浆压力；将膜袋采用防水胶泥固定在第2个地漏口内，确保膜袋口封闭严密不漏气。

(5)灌浆：使用高压灌浆机保持0.5 MPa的压力向膜袋内灌注化学灌浆材料，当排气管开始出浆且至少保持压力2 min后可停止灌浆；灌浆后注意观察灌浆材料的化学反应，材料膨胀情况判断是否堵漏成功。

(6)钻孔检查：半小时后在灌浆堵漏点下游侧钻孔，查看灌浆堵漏效果；如膜袋与排水主管贴合不紧密，会有少许渗漏水，采用防水胶泥进行封堵；如首次膜袋灌浆堵漏效果不理想，则继续在新钻的孔内使用膜袋灌浆技术进行堵漏，确保所有渗漏水都被堵住；关闭排水阀门后，观察72 h，确保厂房其他部位无渗漏迹象。

(7)清理现场：对地漏口以上的堵漏材料进行切除清理，并用防水胶泥封闭，恢复排水沟的瓷砖；对检查孔也采用防水胶泥封堵，恢复瓷砖；重新布设电气夹层排水管道，在电气夹层排水沟至水轮机层排水沟安装排水管；对现场使用的材料进行彻底清理，拆除安全文明施工防护措施，做到“工完料净场地清”。

3 堵漏效果分析

采用膜袋灌浆堵漏技术对排水主管进行封堵处理后钻孔检查：主排水管渗漏水全部被堵住，膜袋灌浆堵漏效果良好。然后关闭排水沟第一地漏处的控制阀门，切断渗漏水入排水沟的通道，观察72 h后未发现厂房内其他结构缝渗水或其他绕渗情况，从处理的结果看，灌浆质量较好，且工作效率提高了5～6倍。这种施工方法改变了传统的堵漏工艺，提高了施工效率，取得了较好的整体效益。