岩溶地区不良地质条件下防渗帷幕灌浆施工技术

中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410007

1 工程概况

高生水电站位于贵州省务川县洪渡河干流上，是洪渡河规划的第7级梯级电站，坝址以上控制流域面积3126km2，多年平均流量为69.8m3/s。该梯级电站以发电为主，工程规模属二等大（2）型，最大坝高为122.5m，水库正常蓄水位为420m，库容1.003×108m3，总装机容量为106MW，多年平均发电量为3.798×108kW·h，年利用小时为3583h。枢纽工程主要由拦河坝、泄水建筑物、右岸引水系统、右岸地下厂房组成。

大坝防渗帷幕由延伸至两岸的主体防渗帷幕和坝后辅助防渗帷幕组成。两岸帷幕布置在坝肩灌浆隧洞内，左右岸各有3层灌浆隧洞，高程分别为427.5m、365m、321m，左右岸321m隧洞与大坝河床基础廊道相连，辅助帷幕布置在坝后排水廊道内，在河床部位形成一个全封闭的坝后抽排区。各帷幕灌浆隧洞由回填灌浆、固结灌浆、帷幕灌浆、搭接帷幕灌浆、排水孔施工等组成。地层透水性普遍较强，地下水丰富。

2 工程地质特性

防渗帷幕沿线涉及的地层主要有灰色、深灰色薄—中厚层灰岩，夹灰白色中厚层白云岩及少量泥岩岩性夹层；薄层泥岩与薄层灰岩互层，灰色、深灰色薄—中厚层泥岩夹极少量灰岩团块或条带，深灰色中厚层灰岩夹泥岩；灰色、深灰色中厚—厚层微晶灰岩局部呈弱白云化结核灰岩、层间夹泥岩；厚层灰岩夹生物碎屑灰岩；紫红色、灰绿色、黄灰色泥岩夹中厚层泥质灰岩、砂岩等[1]。

地下岩溶形态以岩溶管道、溶洞、溶蚀裂隙、溶孔、地下涌水、软弱夹层为主。

3 岩溶地区不良地质段的探测方法

为保质保量完成岩溶地区不良地质段防渗帷幕灌浆施工提供可靠依据，还需精确探测出防渗帷幕范围内隐伏的溶洞、岩溶管道、破碎溶蚀带等岩溶不良地质形态的详细情况，尤其是溶洞发育情况及数量、位置、大小、充填物质等详细情况。

该工程前期施工主要通过在各层帷幕灌浆洞布置物探CT测试孔，沿帷幕灌浆洞轴线每隔24m布置1个物探CT孔，CT孔钻孔孔径不小于76mm，每个物探CT测试孔之间需进行物探CT，对物探CT测试孔选取一定比例孔进行钻孔取芯、分段压水及孔内可视化录像。孔内可视化录像技术如图1所示。需要压水的物探CT孔采用自上而下分段钻孔压水，压水各段长一般为5m，压水采用“五点法”。物探CT测试孔施工完成后，在提交物探报告前对物探孔进行保护，完成后对物探CT测试孔用M25砂浆回填。

图1 孔内可视化录像技术（探测溶蚀发育情况）

通过对物探CT测试孔之间进行物探CT，结合钻孔取芯、孔内录像、自上而下分段压水试验、地下水位观测情况等探测手段，可查明帷幕灌浆范围内不良地质段的地段和类型，并结合前期地质勘测资料，取得较准确的地质资料。设计单位和施工单位要为下一步岩溶地区不良地质段的施工制订可操作性强、有针对性的设计方案及施工方案，减少工期影响。

4 防渗帷幕灌浆生产性试验

在进行防渗帷幕灌浆施工前，需选取有代表性的区域进行帷幕灌浆生产性试验，以求得合适的灌浆指导及合适的灌浆成幕技术，且要尽量避开施工相互干扰。该工程通过对坝区防渗帷幕线上的地质条件进行分析，结合现场施工条件，选择了两个试验区进行生产性试验[2]。

生产性试验的主要目的是论证工程大坝及两岸地层经灌浆处理后的防渗能力，确定适宜的灌浆材料和较优的浆液配合比；确定钻灌工效，指导合理安排灌浆工期；评价防渗帷幕的防渗能力；对断层破碎溶蚀带等不良地质地段灌浆工艺进行研究，为设计最终确定防渗帷幕底线提供依据。

5 岩溶地区不良地质段处理措施

岩溶区不良地质段一般有溶洞（充填型、半充填型、无充填型）、软弱夹层、溶蚀裂隙、溶蚀带、断层破碎带等，主要表现为钻孔失水、掉钻、塌孔、返黄色泥水、返泥沙，钻进速度过快时，常出现卡钻、抱钻等现象。

（1）对无充填物型溶洞的处理。对揭露出的无充填物的大型溶洞，如通过钻孔及物探手段探查出溶洞顶部距离开孔高程较浅（10m以下），则可采用竖井开挖技术，通过开挖竖井将暗的溶洞变成明的，从而能更清楚地对溶洞进行揭露，并根据揭露出的情况进行混凝土或砂浆封堵，封堵体的长度和洞顶宽度满足设计要求即可。对于埋藏较深，通过物探技术探查的无充填型溶洞，除用混凝土对溶洞进行回填封堵外，也可以灌注低流动性的水泥砂浆。灌注分多次，待凝，控制砂浆扩散范围，直至孔口返浆，灌注时防止被堵孔。为保证相应水头下溶洞封堵体的长度和洞顶宽度要求，在帷幕线附近多开溶洞封堵控制孔，溶洞封堵控制孔钻孔孔径为150～200mm，孔深则穿过溶洞，将砂浆通过封堵控制孔下导管送入。对于溶洞封堵控制孔，视其现场封堵情况进行适当增减，先灌注上、下游孔，再灌注中间孔。由于部分施工工作面灌注砂浆条件受限（灌浆洞过长），因此可以用水泥浆冲砂的方法进行灌注，人工在孔口铲砂，其他要求同水泥砂浆灌注一样。现场使用0.5∶1∶2（水∶水泥∶砂）的砂浆配合比，并根据现场施工情况进行及时调整。通过灌注混凝土或灌注砂浆有效堵住大的渗漏通道，把溶洞变成岩体性裂隙，且封堵体达到设计强度后按技术要求再用纯水泥灌浆进行帷幕灌浆施工直至达到设计要求，帷幕灌浆完成并检查合格后，在溶洞一侧空腔处布置排水孔[3]。

（2）对半充填型溶洞的处理。当溶洞内充填密实度不高的黄泥或黄泥沙夹层等不稳定性物质时，采用高压冲洗置换灌浆技术进行处理。黄泥层钻孔不成孔，且容易在钻进过程中卡钻、抱钻，高压置换灌浆吸浆量大。每次灌浆前相隔两孔分别用高压泵联合大流量大压力进行长时间冲洗，中间孔排出黄色泥水，冲洗至当次基本不返黄色泥水后进行此次灌浆，灌浆每次按2t/m控制，完后待凝不少于24h。扫孔复灌前继续相隔两孔分别用高压泵联合大流量大压力进行长时间冲洗（上次排出黄色泥水的孔这次用来冲洗灌浆），冲洗至当次基本不返黄色泥水后进行此次灌浆，继续限量控制灌注、待凝。如此反复，直至多次大流量大压力冲洗后黄泥层充填物被置换不再返出，再用纯水泥灌浆进行帷幕灌浆施工，直至达到设计要求后结束。高压大流量冲洗置换如图2所示。完成施工后增加检查孔数量，对个别部位进行补强处理，提高帷幕体的强度和耐久性。

图2 高压大流量冲洗置换图

（3）对充填型溶洞的处理。当溶洞内充满了砾、砂、淤泥等稳定物质时，采取直接灌浆法，其间形成一道帷幕。灌浆时，一般采取限流、限压、限量、间歇灌浆及待凝等综合处理措施。

（4）对动水溶洞的处理。对于动水溶洞，根据流速大小采用膜袋堵漏、级配料充填（向溶洞中填入小石、中石、大石混合体，用水力冲填，先填大料，后填小料）、灌注膏状浆液和双液控制灌浆等措施进行处理。对于上述各类灌浆溶洞的处理，最终灌浆结束后都要进行常规水泥浆液灌浆，达到结束标准才可。对于经过混凝土、砂浆、骨料充填等封堵后灌注帷幕灌浆出现吸浆量仍然很大的情况，采取降压、限流、间歇灌浆、浓浆灌注、加速凝剂、待凝扫孔复灌等处理方法。

（5）对有涌水孔段的处理。在有涌水的孔段，灌浆前测记涌水压力和流量，采取缩短段长、加大灌浆压力（灌浆压力=设计压力+涌水压力）、屏浆、闭浆、纯压式灌注、掺加速凝剂、延长持续灌浆时间和待凝时间等措施。

（6）对钻孔正常但返水异常的孔段的处理。如灌浆过程中出现吸浆量大的情况，应采取浓浆、低压、限流、限量、间歇灌浆等处理措施。当该段灌浆单耗达到2t/m时，如出现灌浆压力持续上升或注入率持续减小的情况，则应继续灌浆至正常结束；如灌浆压力和注入率没有明显改变，则待凝处理，待凝时间不少于24h。待凝24h后扫孔复灌，若出现注入率仍大于50L/min的情况，则要求在浆液中掺外加剂进行灌注，直至正常结束。

（7）对钻孔遇掉钻、钻进速度快的孔段的处理。通过做孔内摄像，初步探明孔内情况，在该孔四周加密钻孔以便进一步探明溶洞的形态、规模、走向、充填物等情况，必要时做补充CT；在探明溶洞情况的基础上制订针对性的处理措施。

（8）对钻孔遇塌孔、遇掉钻、钻进速度快的孔段的处理。这种情况下，根据实际情况缩短段长灌注。

6 灌浆质量结果分析

对灌浆结果及质量检查结果进行综合分析时，主要以灌后检查孔压水透水率为主，结合检查孔取芯是否有水泥结石充填、灌浆成果是否符合一般灌浆规律、物探孔灌前灌后孔内可视化录像观测及声波测试、现场灌浆记录原始资料等综合分析帷幕灌浆灌后的防渗效果。经检查孔质量检查，透水率满足设计提出的灌后质量检查标准，底层灌浆廊道基础排水孔几无渗水，不良地质段岩心水泥结石充填明显，溶洞段砂浆结石完整。灌浆过程中记录完整，灌前透水率和单位注入量与孔排序之间的变化关系符合一般灌浆规律。长时间高压疲劳压水试验在全过程中压力和流量比较稳定，说明帷幕灌浆质量是满足要求的，是可靠的。

7 结束语

对于岩溶地区不良地质条件下的防渗帷幕灌浆，正式施工前进行了帷幕灌浆生产性试验，获取了合理的施工参数。同时通过前期布置大量物探CT孔，经过物探CT测试，结合钻孔取芯、灌前压水等手段，对隐伏的岩溶不良地质形态进行了针对性的探测，并在帷幕灌浆大面积施工前针对此制订了科学的方案，通过常规高压帷幕灌浆加砂浆、高流态混凝土与溶洞封堵回填手段相互结合，缩短了施工工期，保证了工程质量，确保了库区蓄水安全，也为类似工程提供了技术参考。