西藏DG水电站帷幕灌浆工程地质分析

张德强，孙兴伟，王敬勇，罗 文，陈 亮

(1.中国电建华东勘测设计研究院有限公司，浙江 杭州 311122；2.华电西藏大古水电分公司，西藏 山南 856000)

西藏DG水电站位于某流域峡谷段，为二等大(2)型工程，开发任务以发电为主，电站装机容量为660 MW，多年平均发电量32.045亿kWh。电站枢纽建筑物由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引水发电系统及升压站等组成。拦河坝为碾压混凝土重力坝。

电站碾压混凝土重力坝坝顶高程3 451.00 m，最大坝高117.0 m，坝顶长371.0 m。1～5号坝段为左岸挡水坝段，6～9号坝段为溢流表孔坝段，10号坝段为冲沙底孔坝段，11～14号坝段为厂房坝段，15～17号坝段为右岸挡水坝段。发电厂房采用坝后式布置，主要由主厂房、副厂房、变电站等组成，主厂房尺寸163.00 m×29.50 m×63.50 m(长×宽×高)，安装4台单机容量165 MW的混流式水轮发电机组。

1 坝基工程地质条件及评价

坝址区位于峡谷中段，呈较对称的“V”型，两岸地形较完整，坝址出露地层岩性为喜山期黑云母花岗闪长岩，以弱风化为主，局部见蚀变强风化岩体，局部夹黑云母角闪石英闪长岩条带状岩脉，呈条带状穿插于黑云母花岗闪长岩内。河床部位风化最浅，其次是右岸岸坡及坡脚，左岸风化相对较深。

由于左右岸及河床坝段基岩地质条件有一定的差别，坝基建基面岩体根据《水力发电工程地质勘察规范》(GB50287-2016)附录S坝基岩体工程地质分类[2]进行地质评价，左岸岩体质量以Ⅲ1类、Ⅲ2类为主；河床以Ⅲ1类为主，Ⅲ2类次之；右岸以Ⅱ类、Ⅲ1类为主。

根据勘探钻孔揭露及物探成果：两岸节理裂隙发育，且多充填岩块、岩屑或无充填，受节理裂隙影响，岸坡地下水位及相对隔水层埋藏较深，地下水位随地面高程增大而埋藏愈深。根据钻孔揭示，左、右岸地下水位坡降平缓，岸坡水位高程近河水位高程。左岸坡地下水位埋深14.0～88.5 m，相对隔水层顶板(q≤3Lu)埋深36.0～81.0 m；河床相对隔水层顶板(q≤3Lu)埋深32.0～48.0 m；右岸坡地下水位埋深0.0～92.0 m，相对隔水层顶板(q≤3Lu)埋深15.0～87.0 m。左右岸地下水位及相对隔水层埋深较大，低于水库正常蓄水位，存在坝基渗漏及绕坝渗漏问题，相对隔水层及地下水位线剖面见图1。

图1 大坝坝轴线相对隔水层及地下水位线剖面图

根据《混凝土重力坝设计规范》坝基选择的原则[3]进行坝基开挖揭露，左岸各坝岩体风化、卸荷较深，且断层、节理发育，主要出露f6、f42、f27、f24等Ⅳ级结构面，多为岩屑夹泥型，岩体完整性系数KV=0.38～0.46，完整性差，渗漏影响大。河床坝段主要发育F7、F8、F9等Ⅲ级结构面，右岸坝段主要发育一组缓倾角Ⅲ级结构面F3断层，断层带较破碎，岩体质量差。河床及右岸坝段岩体完整性系数KV=0.42～0.51，完整性差，存在渗漏问题，根据坝基地质情况确定了帷幕灌浆高程下限。对坝基局部岩体质量较差部位进行帷幕灌浆防渗处理，通过提高坝基围岩相对不透水程度而起到防渗阻渗的渗控作用[4]。

2 坝基帷幕灌浆设计[5]

2.1 帷幕灌浆孔布置

根据坝基开挖揭露岩体质量及结构面地质分析，确定坝基防渗帷幕各项参数，左右岸高程3 396.00 m灌浆平洞及WL1帷幕廊道帷幕深度进入设计探明的设计帷幕防渗底线，两层帷幕通过搭接帷幕连接。大坝主帷幕灌浆主要参数及工程量见表1。

表1 大坝主帷幕灌浆主要参数及工程量表 m

左岸及河床坝段布置为二排孔；右岸F3断层影响范围段为三排孔；其余部位均为单排帷幕孔。帷幕灌浆钻孔孔距均为2 m。钻孔排距：双排孔，洞内排距为0.7 m，洞外1.0 m；三排孔，上游副帷幕距主帷幕排距0.7 m，下游副帷幕距主帷幕0.5 m；搭接帷幕排距1.0 m。

帷幕防渗标准：除右岸帷幕廊道F3断层区域段设置为三排帷幕(主要是因为F3断层带内不均匀分布细颗粒物质，断层带的抗渗能力弱，在长期高水头作用下，可能产生渗透破坏[6])，防渗标准为q≤1.0Lu外，其余部位帷幕防渗标准均为q≤3.0Lu。

2.2 帷幕灌浆技术要求

2.2.1 帷幕灌浆试验

正式施工前，应开展灌浆试验，其内容应包括对不同水灰比、不同掺合料和不同外加剂的浆液进行试验。

2.2.2 施工程序

帷幕灌浆按照分排分序加密的原则进行，在主帷幕孔的Ⅰ序孔中布置先导孔，先导孔的数量按该排孔数的10%布置。然后按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔的顺序进行施工灌浆。

压水试验压力：单点法为灌浆压力的80%，该值若大于1 MPa时，取1 MPa。

灌浆要求：帷幕灌浆单孔采用孔口封闭自上而下分段钻进，分段灌浆施工。

灌浆压力与各段长关系表见表2。

表2 灌浆压力与段长关系表

浆液配比：对于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ序孔均采用5∶1、3∶1、2∶1、1∶1、0.8∶1、0.5∶1六级水灰比。

帷幕灌浆孔的终孔段，其透水率大于3.0Lu或单位注灰量大于20 kg/m时，钻孔应继续加深，每次加深段长5 m；若透水率或单位注灰量小于上述标准，可终孔。

采用孔口封闭自上而下分段灌浆法时，灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于1.0 L/min后，继续灌注30 min，可结束灌浆。

3 帷幕灌浆成果地质分析

3.1 帷幕灌浆成果

对已完成的帷幕灌浆灌前压试验孔进行了统计分析，灌前压水成果见表3所示。

表3 灌前透水率分析表

由表3可看出，灌前透水率小于3Lu的区间内孔段频率为33%，大于3Lu及小于10Lu的区间频率为49.6%，大于频率10Lu的区间频率低。

对已经完成的主帷幕灌浆单元进行统计，除去存在地质缺陷的异常孔位外，帷幕灌浆吃浆量统计表见表4。

表4 帷幕灌浆注浆量统计表

由表4可分析，左岸坝段平均注浆量最大，达到257.68 kg/m，与左岸坝段及试验区部位的发育多条陡倾断层的地质条件一致。靠近右岸坝段平均注浆量越小，河床坝段平均注浆量为130.9 kg/m，与坝基开挖揭露岩体质量基本相符合。

3.2 帷幕灌浆地质分析

左岸坝段：左岸1～6号坝段构造发育，主要结构面发育F1、F2、F5断层3条Ⅱ结构面，同时发育F9、f1-4、f1-11、f6等14条Ⅲ级结构面。坝基岩体为弱风化上～弱风化下为主，岩体结构以次块、镶嵌结构为主，岩体完整性差，局部较破碎。坝基岩体质量以Ⅲ1类为主，Ⅲ2类次之，部分断层及影响带为Ⅳ类，占比分别为：91.92%、6.24%、1.84% 。

图2 大坝上游帷幕灌浆左岸异常段地质分析图

河床坝段：7～10号坝段坝基范围内构造发育，发育断层F7、F8、F9等共6条Ⅲ级结构面，断层走向以NNE及NNW向为主，局部发育横河向陡倾角断层及节理，节理面延伸短。坝基岩体为弱风化下为主，弱卸荷，岩体结构以次块、镶嵌结构为主，部分块裂结构，由于多条断层相交，造成局部断层影响带较宽，建基面岩体完整性差，局部较破碎。岩体质量以Ⅲ1类为主，Ⅲ2类次之，断层及影响带为Ⅳ类，占比分别为：87.73%、11.21%、1.06%。

河床相对隔水层埋深17.7～50.0 m，坝基灌浆深度为59～70 m，根据开挖地质情况，布置主幅灌浆帷幕两排。在灌浆施工过程中，LWL1-2-SZW-I-41孔中28.09～38.09 m、LWL1-2-SZW-I-45中62.3～72.3 m出现灌浆量异常，最大单位注灰量达726.78 kg/m，分析原因主要是灌浆孔受F9断层及影响带造成的。河床坝段帷幕灌浆异常段地质分析图，见图3。

图3 大坝上游帷幕灌浆河床坝段异常段地质分析图

右岸坝段：11～17号坝段发育断层共计4条，断层走向以NNE及NNW向为主，1条Ⅱ级缓倾角结构面F3，3条Ⅲ级陡倾角结构面，节理以1组顺河向缓倾角及2组顺河向陡倾角节理为主。坝基岩体为弱风化，弱卸荷，岩体结构以块状、次块状结构为主，岩体较完整。岩体质量以Ⅱ类、Ⅲ1类类为主，少量Ⅲ2，占比分别为53.76%、41.61%、3.33%。

右岸坝段相对隔水层埋深15.0～97.0 m，坝基灌浆深度为45～107 m，布置主帷幕1排。在灌浆施工过程中，高程3 396 m灌浆廊道R2-2-SZW-I-22孔中25.4～30.4 m、R2-2-SZW-I-26中45.5.3～55.5 m出现注灰量异常，最大单位注灰量达648.23 kg/m，主要是灌浆孔受f27断层范围造成的。右岸坝段帷幕灌浆异常段地质情况分析图，见图4。

图4 大坝帷幕灌浆右岸坝段异常段地质分析图

4 帷幕灌浆物探成果

4.1 帷幕灌浆质量检查设计要求

坝基帷幕灌浆质量检查以第三方物探测试为主，物探测试主要项目有：压水试验、单孔声波、钻孔全景图像和声波CT测试。帷幕灌浆灌后压水试验检查孔的数量按总孔数的10%控制，每个坝段或每个单元工程内至少应布置1个检查孔，帷幕灌浆检查孔应采取岩芯。帷幕灌浆压水试验合格要求透水率q≤3Lu。

帷幕灌浆工程质量的评定标准为：经检查孔压水试验检查，坝体混凝土与基岩接触段及其下一段的合格率为100%；以下各段的合格率不小于90%；防渗帷幕不合格段的透水率值不超过4.5Lu，且不得集中，灌浆质量可评为合格。

帷幕灌浆后物探声波检测及声波CT测试标准。基岩岩体波速验收声波波速标准：Ⅱ类及以上岩体声波波速大于4 500 m/s。Ⅲ1类岩体经过灌浆后波波速大于4 050 m/s。Ⅲ2类岩体经过灌浆后声波波速大于3 650 m/s，坝基断层等区域经过固结灌浆后跨孔声波波速大于3 200 m/s；单孔声波波速合格测点数量不得低于85%，小于设计标准的85%的测试值不得超过3%，且不集中；若岩体波速达不到上述标准，视为不合格，应将采取补强措施。

一进书店，我就来到儿童故事类图书的旁边，捧起绘画版《西游记》，找了个地方坐下，津津有味地看起来。故事里的孙悟空深深地吸引着我，当我看完十来页的时候，妈妈走到我身边说：“该回家吃饭了。”我连头也没抬，说：“再看一会儿。”

4.2 帷幕灌浆质量检查成果

对已完成的帷幕灌浆孔进行了检查孔灌后压水试验检查，成果汇总表见表5。

表5 检查孔灌后压水试验成果汇总表

通过检查孔压水试验结果可以看出，透水率均满足设计指标要求，灌浆效果良好。

4.3 检查孔全景图像

从检查孔岩芯取样发现，灌浆孔不同尝试的岩芯裂隙中均有水泥结石，水泥结石与岩石胶结紧密，表明灌浆效果显著[7]。典型钻孔图像见图5、图6。

图5 检查孔岩芯的水泥结石图

图6 检查孔岩芯的水泥结石图(2)

4.4 检查孔声波及CT检测成果

左岸坝段：完成4个钻孔的物探检测工作，声波波速特征值及声波概率统计表分别见表6、表7。

表6 左岸帷幕灌浆质量灌后检测声波波速特征值表 m/s

表7 左岸帷幕灌浆质量灌后检声波波速概率统计表

左岸坝段灌后声波波速范围在3 362～5 811 m/s，平均波速4 584～4 627 m/s，平均波速大于4 050 m/s，局部存在小于4 050 m/s的测点，占比在2.7%，存在个别小于3 440 m/s的测点，占比在0.7%，小于3%，且呈零星分布，满足设计要求 ；河床坝段灌后声波波速范围在3 477～5 895 m/s，平均波速4 700 m/s。平均波速大于4 050 m/s，局部存在小于4 050 m/s的测点，占比在3.9%～5.2%，小于15%，满足设计要求；右岸部位灌后声波波速范围在4 422～5 811 m/s，平均波速在4 854～5 110 m/s，大于4 050 m/s，局部存在小于4 050 m/s的测点，占比在1.3%～1.9%，小于15%，满足设计要求。岩体质量总体为右岸优于河床，河床优于左岸。

5 结 语

1)DG水电站坝基帷幕灌浆布置是结合大坝坝基的实际地质情况进行布置的，设计参数合理。

2)对已完工的帷幕灌浆效果进行了抽检，采用压水试验、声波测试、钻孔全息图像和声波CT测试等物探手段进行了检查，上游防渗帷幕轴线最大透水率2.76Lu，最小0Lu，平均为1.11Lu，满足设计防渗要求(q≤3Lu)。

3)对灌浆资料及压水试验检查成果分析，大坝坝基帷幕灌浆结果与DG水电站的坝基地质情况相吻合，单位注灰量随灌浆次序递减明显，符合一般灌浆规律。坝基岩体经进行帷幕灌浆施工后，防渗轴线的透水率降至设计要求的标准，经对检查孔的岩芯编录分析，RQD值较灌前略有提高，部分孔段有明显的水泥结石。帷幕灌浆达到了预期目的。

4)对于大坝防渗轴线部位出露的断层等地质缺陷部位，单位注灰量较大，通过对存在地质缺陷部位的物探检测，物理性状有明显改善，声波值有提高，提高率达5%～10%。

5)由于本工程地质结构面大多以陡倾结构面为主，特别是左岸坝出露的多条断层，贯穿坝基上下游，为最不利渗漏通道，也是帷幕灌浆的重点和难点，应重点关注，是灌后检查的重点部位。

6)建议坝肩绕坝渗流观测孔在水库蓄水前投入观测，以便对坝基渗透情况[8]及帷幕灌浆提供进一步分析、评价的依据。