深圳抽水蓄能电站引水系统灌浆质量控制与分析

肖忠礼，龙 方，刘 权，牟 冲，蔡维鑫

(深圳蓄能发电有限公司，广东 深圳 518115)

1 工程概况

深圳抽水蓄能电站位于深圳市东北部的盐田区和龙岗区内，直线距广州117 km，距香港40 km。上水库位于盐田区北面的小三洲山顶盆地内。下水库利用现有的铜锣径水库扩容改建而成[1]。

电站平均水头448.30 m，总装机容量4×300 MW，总蓄能量8 845 MW·h。上库正常蓄水位526.81 m，死水位502.00 m，调节库容825.24万m3；下库正常蓄水位80.00 m，死水位60.00 m，发电调节库容825.24万m3，供水调节库容800万m3。到设计水平年2020年，多年平均年发电量15.11亿kW·h，年抽水耗电量19.55亿kW·h[1]。电站于2017年8月底完成水道充水，2017年11月底首台机组投产发电，2018年9月底4台机组全部投产发电。

2 引水系统情况

2.1 地质

引水系统大部分深埋于微风化～新鲜花岗岩体内，岩石坚硬，断裂构造不发育，属中低地应力区，围岩大部分为I、Ⅱ类，高压隧洞及岔管围岩工程特性较好，山体雄厚，地应力条件满足采用钢筋混凝土衬砌要求[1]。

2.2 引水系统情况

2.2.1引水系统布置

深圳抽水蓄能电站引水系统采用一洞四机布置，距高比9.46，包括水库进出水口、上库闸门井、上平洞(Y0～Y1+613.080)、上游调压井、上斜井(Y1+613.080～Y1+993.356)、中平洞(Y1+993.356～Y2+947.737)、下斜井(Y2+947.737～Y3+110.617)、下平洞(Y3+110.617～Y3+192.182)、高压岔管(Y3+192.182～Y3+262.444)、1～4号引水支管及1～3号施工支洞堵头等16个分部，设计静水头426 m，动水头594 m。上平洞从进洞点开始布置成坡度为6%的缓坡，Y0+000～Y0+015为方变城门洞段，Y0+015～Y0+121.488城门洞，混凝土衬砌厚度1 m；Y0+131.506～Y0+146.506为城门洞变圆洞段，混凝土衬砌厚度1.2 m；Y0+146.506后为圆洞，至Y3+192.182混凝土衬砌厚度均为0.6 m，单层钢筋；高压岔管混凝土衬砌厚度为0.8 m，双层钢筋。其中1号施工支洞堵头位于Y1+136.715，上游调压井位于Y1+538.342右侧15 m处，为带上室的阻抗式调压井。上游调压井后至Y1+613.080为平底布置，上、下斜井与水平线的夹角均为50.3°，中平洞为3%的缓坡，2号施工支洞堵头位于Y2+413.234。下平洞、高压岔管、引水支管均采用平底布置。深圳市东部供水1号输水隧洞位于Y2+816下部60 m处。

1～3号引支长度均为134.162 m，4号引支长141.543 m，内径4.0 m的长度分别为105.962 m和120.267 m，后接12 m长的渐变段(内径由4.0 m变为2.3 m)，与球阀连接段长9.276 m，内径2.3 m。引支采用600 MPa级钢板制作，板厚42～46 mm。引水系统纵剖面示意见图1。

图1 引水系统纵剖面示意

2.2.2开挖方式

平洞均分上、下部两层进行开挖，上部开挖高度为7～8 m，中导洞超前5～7 m，下部开挖待上部开挖结束后再进行，上下两部分周边均采用光面爆破，根据围岩条件，支护适时跟进。

斜竖井开挖均采用反井钻机进行开挖施工。用反井钻机钻孔反拉形成直径1.4 m导井；然后从下至上爆破施工扩挖直径为3.5 m溜渣井，二次扩挖采用正井法，自上而下扩挖至设计断面，周边均采用光面爆破。

3 灌浆参数设计

3.1 回填灌浆设计

所有平洞和斜井弯段顶拱120°范围都设计有回填灌浆。均采用YT28型风钻钻孔，孔径42 mm，孔深钻入岩石10 cm。采用纯压式灌浆，灌浆压力0.5 MPa，由低处往高处分序灌注，采用水灰比0.6∶1的水泥浆灌注，空腔大的部位采用0.6∶1∶0.8(水∶灰∶砂)的水泥砂浆灌注[2]。

3.2 上平洞灌浆

上平洞固结灌浆设计排距2.5 m，每排13孔，梅花形布置，采用环间分序，从低处往高处灌注。Ⅰ、Ⅱ类围岩孔深入岩3.7 m，Ⅲ类围岩孔深入岩5 m，灌浆压力1/2.0/2.5 MPa，采用全孔一次性灌注，灌浆孔遇结构缝时，微调至距结构缝0.5 m处，均径向布孔，起灌水灰比3∶1。

3.3 上斜井、中平洞、下斜井灌浆

上斜井、中平洞、下斜井固结灌浆设计排距2 m，每排15孔，梅花形布置，分序和灌注顺序与上平洞一致。无断层和裂隙的Ⅰ、Ⅱ类围岩孔深入岩5.0 m，水泥灌浆压力根据水头不同分别为2.5/3.5/4.5/6/7/7.5 MPa，采用全孔一次性灌注，灌浆孔遇结构缝时，微调至距结构缝0.5 m处，起灌水灰比3∶1。Ⅲ类围岩和有断层裂隙的Ⅱ类围岩范围设计孔深入岩7 m，先进行水泥灌浆，再扫孔至5 m进行化学灌浆，灌浆压力为5 MPa。

针对中平洞透水断层，沿断层走向布置了389个入岩5～7 m的随机孔。

3.4 下平洞固结灌浆

固结灌浆设计排距2 m，每排15孔，梅花形布置，采取环间分序，分两个次序施工，先施工固结灌浆Ⅰ序孔，再施工固结灌浆Ⅱ序孔，从低处往高处灌注，环内底孔至顶孔灌注。采用分段灌浆法施工，第一段入岩3.5 m，灌浆压力4.5 MPa，第二段入岩7 m，灌浆压力7.5 MPa。

3.5 引水岔管、引水支管灌浆

引水岔管水泥固结灌浆排距1.5 m，主管3号岔口前每排24孔，3号岔口后每排18孔，由低处往高处灌注。采用由浅入深分段灌浆法施工，第一段入岩3.5 m，灌浆压力4.5 MPa；第二段入岩7 m，灌浆压力7.5 MPa；岔口部位部分孔入岩2 m或5 m，灌浆压力3 MPa。化学灌浆随水泥灌浆(扫孔后)隔排灌注，环内由底孔至顶孔逐孔灌注。

进入高压岔管的前两排和每个引支前的岔管的后两排设置为帷幕灌浆，排距1.5 m，主管前两排每排24个孔，其余每排18孔，均呈梅花形布置，孔深为入岩7 m，Ⅰ序孔灌浆压力为3 MPa，Ⅱ序孔灌浆压力4.5 MPa。

每个引水支管设有两排帷幕灌浆和6排固结灌浆，帷幕灌浆孔深入岩6 m，排距2.6 m，每排12个孔，呈梅花形布置，灌浆压力为3 MPa ；固结灌浆孔深入岩3 m，排距3 m，每排12个孔，呈梅花形布置，灌浆压力为3 MPa。

钢支管接触灌浆，接触灌浆孔为钢管加工时按施工图纸所示的孔位和结构要求预留的灌浆孔，排距3 m，孔径50 mm。

3.6 1、2号施工支洞堵头灌浆

1号堵头分实体段和廊道段，长度分别为22 m和23 m，顶拱120度范围均设有回填灌浆，实体段设计有5排固结灌浆和2排帷幕灌浆孔。固结灌浆孔排距2.5 m，入岩3 m，每排12孔，呈梅花形布置。帷幕灌浆每排15孔，入岩8 m水泥灌浆结束后扫孔入岩6 m进行化学灌浆，压力2 MPa。实体段水道侧堵头顶部及两侧设有间距2 m、入岩5 m的固结灌浆孔。廊道段设有8排排距3 m，每排12孔，入岩3 m的固结灌浆孔。水泥固结灌浆和帷幕灌浆压力均为2.5 MPa。实体段设有9排接触灌浆孔，排距2 m，每排10孔，呈梅花形布置，孔深入一期混凝土150 mm，灌浆压力2 MPa。在实体段尾部设有1排12孔，与轴线成75°角，入岩3 m，偏向水道方向的接缝化学灌浆孔，灌浆压力2 MPa。

2号堵头的实体段和廊道段长度分别为28 m和40 m，灌浆种类设计及布置原则与1号堵头相似。水泥灌浆压力6 MPa，化学灌浆压力5.5 MPa。

4 管理措施与技术措施

4.1 管理措施

4.1.1及时成立专业组织机构

为及时处理灌浆工作现场问题，实现工程质量目标。在灌浆工作开始前深圳蓄能发电有限公司就成立了输水系统灌浆领导小组和工作小组。领导小组组长由公司总经理担任，管生产的副总经理和专家担任副组长，组员包括设代主任、总监理工程师、施工单位项目经理和工程部主管灌浆工作的主任。领导小组的主要职责为：①统筹、策划、督促、检查、指导现场灌浆工程质量；②考核、处罚未按设计和会议要求工作的单位；③更换不满足要求的工作成员。

工作组组长由总监理工程师担任，副组长由分管灌浆的副总监、灌浆设代和工程部分管主任担任，成员有施工单位分管灌浆副经理、现场灌浆监理及工程部人员。工作组职责：①监督、跟踪现场灌浆情况，及时处理现场重要情况，对质量问题、质量缺陷进行闭环管理。②每周组织召开工作小组例会，检测总结灌浆工作。③配合开展第三方检测工作。④建议更换不满足要求的现场工作成员。

4.1.2强化规范执行刚性与现场实际相结合

本工程主要执行DL/T5148—2012《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》、DL/T5406—2010《水工建筑物化学灌浆施工技术规范》和《深圳抽水蓄能电站工程输水系统灌浆施工技术要求》，并结合现场和生产性试验情况，提出方案优化，经领导小组讨论通过后，由设计下发设计修改通知后实施。

4.1.3引入灌浆工程第三方检测

在施工单位自检、监理单位旁站检测的基础上，引进第三方单位开展复核，水道固结灌浆和帷幕灌浆第三方施工质量检查孔数按不低于施工单位抽检孔数的10%控制，第三方检测孔由设计和业主确定。回填灌浆第三方采用物探检查。

4.1.4坚持每周召开灌浆专题会

从输水系统灌浆工作开始，坚持每周召开灌浆专题会，及时分析现场工作存在的问题，提出解决方案并实施。

4.1.5坚持职业道德教育与监督相结合

灌浆是隐蔽工程，在向各级员工强调灌浆工作重要性的同时，须加强工序过程控制，做好钻孔、灌浆、压水记录，确保钻孔验收、准灌证签发，灌浆记录签证等环节。制定灌浆管理细则，强化管理人员和监理的到位标准，对不合格的施工人员和管理人员都有相应的处罚标准，并通过定期和不定期的现场巡查来进行监督。

4.1.6保证原始记录真实性

灌浆记录仪统一由业主采购，调试正常后贴上封条，要求施工单位每一孔的压水及灌浆都必须打印记录，每次现场巡查时记录仪的封条作为主要检查内容之一，保证了原始记录的真实性。

4.2 技术措施

针对施工现场和工程特点，经现场业主、专家、设计、监理、施工等提出，通过灌浆领导小组讨论，主要完善了以下技术措施：

(1)根据斜井灌浆平台设计特点，为保证施工进度和提高施工的安全性，斜井直线段灌浆孔由径向孔调整为水平孔。其调整原则为保证灌浆圈深度和灌浆孔间距与原设计一致。

(2)根据斜井滑模和灌浆平台安装需要进行的上下弯段技术扩挖，以及斜井弯段到直线段系统固结灌浆从径向孔变为水平孔，在直线段首端顶部和末端底部形成灌浆盲区，相应增加灌浆措施。

(3)针对系统灌浆过程中耗灰量大于50 kg/m的灌浆孔，平洞段采用1+4方式加密灌浆处理；斜井段由于灌浆平台爬升的实际，采用1+3方式加密灌浆处理。

(4)针对断层及节理发育洞段，以及透水情况，制定了深孔灌浆和化学灌浆加强的措施。

(5)针对1、2号堵头灌浆设计，经讨论后将帷幕灌浆由原来的实体段末端调整到靠水道侧的首端。

(6)以水泥灌浆为主，化学灌浆为辅，在耗灰量较大的灌浆孔周边加密灌浆的基础上，将部分化学灌浆改为化学灌浆封孔，同时落实化学灌浆的低压慢灌的特点，将化学灌浆压力由5～6 MPa调整到3.5～4.5 MPa。

(7)充水前对平洞段进行逐排逐孔检查，保证封孔没有遗漏。

5 灌浆成果分析

5.1 灌浆检测标准

(1)固结灌浆。水泥灌浆85%的试验段透水率小于2 Lu，化学灌浆小于1 Lu，其余孔段水泥灌浆的透水率小于3 Lu，化学灌浆的透水率小于1.5 Lu，且分布不集中[2]。

(2)帷幕灌浆。水泥灌浆90%的透水率小于1 Lu，化学灌浆小于0.5 Lu，其余孔段水泥灌浆的透水率小于2 Lu，化学灌浆的透水率小于1 Lu，且分布不集中[2]。

5.2 检测情况

(1)施工单位自检情况。引水系统共完成灌浆孔34 291个，按不低于5%要求的比例抽检，共抽检1 814个孔，平均透水率为0.157 Lu，最大透水率为1.69 Lu，满足设计要求。

(2)第三方检查情况。三方检测孔由设计和业主确定，按不低于施工单位自检的10%抽取，共抽检263个孔，平均透水率0.183 Lu，最大值1.757 Lu，满足设计要求[3]。

(3)充水试验检查情况。引水系统于2017年8月15日开始充水，8月31日充水完成。充水过程中按照设计充水技术要求，进行了4个标准特征水位断面的稳压渗漏监测，最大渗水量为5.24 L/s。其中，在上斜井上弯段附近(380 m高程)进行了48 h水道稳压，渗漏监测结果为0.43 L/s，能够较好地反映引水系统渗漏情况，与同类型电站相比，渗水量较小。水道充水一次成功，运行至今未进行放空检查。

(4)运行期检查情况。深圳抽水蓄能电站充水至今，每月对地下厂房和引水系统各堵头进行巡视检查，地下厂房边墙和各堵头基本无渗漏，引水水道周边山体、山坳、边坡、公路无异常渗水出露，堵头渗漏量在充水期间达到最大，最大渗漏量为2 L/s(3号堵头)，运行期间各堵头渗水量逐渐减少，目前测值为零。地下渗流场9支渗压计分别埋设于中平洞和高压岔管段上部，各渗压计测值均已趋于稳定。通过巡视检查情况和水工监测数据分析，引水系统结构稳定，工作性态正常，无渗漏。

6 结 语

通过以上分析，引水系统灌浆质量控制建议做到以下几点：

(1)在设计时要保证引水系统固结圈的完整性。对薄弱环节和地质缺陷部位要有相应的加强措施，是保证质量的前提。

(2)制定一个好的管理制度非常必要，结合监督和检查将管理制度落到实处，是保证质量的有效方法。

(3)引进一支好的灌浆队伍，是做好灌浆质量控制的先决条件，深圳抽水蓄能电站引水系统施工严格执行国家的招投标制度，以优中选优为原则确定了施工队伍，为质量保证奠定了基础。

(4)专家的指导和第三方检测单位的引入对质量控制起到了较大辅助作用。