小天都电站隧洞无衬砌高压固结灌浆试验研究

资源类型:pdf 资源大小:399.00KB 文档分类:工业技术 上传者:赵航

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【作者】 焦家训  邬美富  张玉莉 

【关键词】无衬砌 高压固结灌浆 试验研究 引水隧洞 

【出版日期】2005-04-20

【摘要】在西部水电开发过程中出现较多低闸高水头引水式电站,引水隧洞、调压室、水幕室围岩须承受较高的运行水头压力,因此对围岩的防渗和强度都有很高的要求。由于工期要求及有的岩体不需衬砌,因此往往要进行无衬砌高压固结灌浆。为确定适宜的固结灌浆工艺及方法,提供有关孔距、深度、灌浆压力等合理的技术经济指标。按照设计提供的参数结合现场地质条件进行了试验;并用同等灌浆压力的水进行破坏性检查,达到了试验目的。

【刊名】人民长江

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1 试验目的及布孔设计四川小天都水电站为低闸高水头引水式电站。引水系统沿瓦斯河右岸布置,包括引水隧洞、调压室和压力管道。隧洞全长6.03km,为城门洞型断面,开挖断面(6.2~6.6)m×(6.5~6.9)m(宽×高)。试验区为晋宁—澄江期浅灰、深灰或白色中粒斜长花岗岩、闪长岩体,局部穿插辉绿岩脉,以Ⅱ~Ⅲ类围岩为主,少数为Ⅳ~Ⅴ类围岩。无大的断层通过,局部有中小断层、裂隙,引水洞在开挖过程中曾多次发生过岩爆事故。洞内普遍有滴水,局部渗水较大并成股下流。1.1 灌浆试验目的(1)确定适宜的固结灌浆方法及其施工工艺、灌浆材料和浆液配合比;(2)对比围岩不同压力、孔距、不同水泥粒径的可灌性;(3)提供有关孔距、深度、灌浆压力等合理的技术经济指标。1.2 布孔设计引水洞、调压室、水幕室承受最高水头为350m,按1.5倍安全系数设计,最大压力为5.2MPa。为满足不同部位生产需要,试验分为6个灌区,即A、B、C、D、E、F区。灌浆压力为3.0MPa的试区2个(C、F区),单孔深6.0m,间距、排距分别为3.0、4.0m;灌浆压力为4.0MPa的试区2个(A、B区),单孔深6.0m,间距、排距分别为3.0、4.0m;灌浆压力为5.2MPa的试区2个(A、B区),单孔深12.0m。间距、排距分别为3.0、3.5m。每个试区布置一个抬动观测孔及一组物探孔。其中A、B区灌浆试验平面布孔示意图见图1。2 主要技术要求(1)灌浆压力。根据拟定的不同试验部位,分别采用3、4、5.2MPa的目标灌浆压力,分段逐级加压如表1。表1 如A、B区压力值MPa试验区孔序第1段(段长2.0m)第2段(段长3.0m)第3段(段长5.0m)第4段(段长5.0m)起始压力目标压力起始压力目标压力起始压力目标压力起始压力目标压力AⅠ0.51.51.53.03.04.54.05.2BⅡ1.02.02.03.53.55.04.55.2 注:采用逐级升压方法,每级增加0.3~0.5MPa,逐步从起始压力升至目标压力。图1 A、B试区固结灌浆孔位平面布置示意在试验过程中,灌浆压力按表1控制,当抬动变形观测值接近或超过200μm时,适当调整灌浆压力。(2)浆液比级与开灌水灰比。选用2∶1、1∶1、0.8∶1、0.6∶1、0.5∶1五级水灰比灌注。开灌水灰比根据灌前压水情况确定。①当地层q≤5Lu时,采用水灰比为2∶1的浆液开灌。②地层5<q≤10Lu时,采用水灰比为1∶1的浆液开灌。③地层q>10Lu时,采用水灰比为0.8∶1的浆液开灌。(3)灌浆材质。采用普通硅酸盐水泥,为对比水泥粒径对灌浆效果的影响,C、D、E、F区采用普通水泥浆液,A、B区采用湿磨水泥浆液灌注。(4)结束标准。在该灌浆段最大试验压力下,注入率不大于1L min,延续灌注60min以上即可结束。(5)质检标准。灌浆试验效果采取钻孔取芯、压水试验、岩体声波测试及灌浆资料等方法进行综合评定。压水透水率q≤1Lu。3 试验施工(1)施工程序。场地清理→防岩爆处理→测量放样→物探孔灌前钻孔、测试→抬动观测孔钻孔、埋设→Ⅰ序孔分段钻孔、冲洗、压水、灌浆、封孔→Ⅱ序孔分段钻孔、冲洗、压水、灌浆、封孔→检查孔钻孔取芯及压水试验→灌后物探测试。(2)防掉块、岩爆处理。对洞壁破碎的岩体进行处理,除去或锚固易掉块的岩石。在易发生岩爆区域提前打灌浆孔兼作卸荷孔,释放地应力。(3)灌浆施工。固结灌浆施工按环间分序、环内加密的原则进行,环内分为两序钻灌,先施工Ⅰ序孔,后施工Ⅱ序孔。单孔施工采取自上而下分段灌浆的方法,先钻灌第一段(段长2m),压力在2.0MPa以内,对洞表进行处理,灌浆结束后用浓浆埋设2m孔口管,待凝3d扫孔施工第2、3段。逐步提高灌浆压力。4 试验过程中异常情况处理(1)灌浆过程中,对面壁冒浆、漏浆孔,采用了嵌缝、表面封堵、低压、浓浆、限流、间歇灌浆等方法,处理好第1段围岩,在第2段时逐级升压。(2)大量耗浆孔段的处理。对注入量大、难于结束的灌浆孔,首先采用低压、浓浆等措施,仍达不到结束标准,采取停灌待凝24h后复灌。复灌时注入率逐渐减少,灌至正常结束。(3)对孔内事故孔的处理。对孔内断钻杆、掉钻头的孔采取在原孔位附近20cm范围内重新开孔。(4)对涌水孔的处理。对涌水较大的孔,且有涌水压力的孔段适当提高压水、灌浆压力,对相邻几个孔都涌水且耗灰较大的部位进行了孔加密。5 质量检查成果分析5.1 灌前、灌后压水透水率(1)灌浆前对各试验孔段进行了灌前压水,压水压力均为1MPa,平均透水率q=1.03Lu,灌后共布置15个检查孔,压水压力等同该部位孔段灌浆压力,平均透水率q=0.33Lu,比灌前平均透水率下降69%。具体情况见下表2。表2 灌浆试验前后透水率分析灌区A区(间距3m)B区(间距3.5m)D区(间距3m)E区(间距4m)C区(间距3m)F区(间距4m)平均透水率Ⅰ0.751.411.051.671.492.041.43Ⅱ0.421.240.450.870.260.460.62检查孔0.070.270.550.380.310.440.33 注:灌浆压力见1.2。(2)A、B、C、F区灌浆前、后压水频率曲线见图2、图3、图4、图5。5.2 资料分析与评述根据表1、表2可以得出如下结论:(1)各试验区平均注入量随着灌浆次序的增加而减少,平均单耗下降41.5%,最大下降73.6%,说明灌浆效果明显。(2)大多试区符合相同孔、排距下,随灌浆压力的增大,平均单位注入量增大,在同等灌浆压力下,随孔距、排距的增大,平均单位注入量增大的灌浆规律。但也存在在较小压力下单位注入量较大,在较大压力下单位注入量较小的孔段,说明单位注入量与压力大小不全是线性关系,它与地质条件更加密切。(3)在5.2MPa压力下,采用湿磨细水泥浆,Ⅱ序孔平均单位注入量下降较大,表明在较高压力下、细水泥浆灌浆效果较好。(4)从灌前压水与灌浆注入量的关系分析,受地质条件的影响,灌前1.0MPa压水透水率与平均注入量之间相关性不强,规律不明显。(5)在灌浆过程中,所有孔段都随灌浆历时的延长而减小。说明在设计灌浆压力下未产生水力劈裂,通过灌浆裂隙能得到较好充填。灌浆压力是合适的。图2 A区压水透水率图3 B区压水透水率图4 C区压水透水率5.3 物探孔灌前灌后测试成果及分析本次试验在每个灌区布置了1对物探测试孔,每对孔灌后声波速度均有不同程度的提高,灌前各区平均波速为4781~5131m s,灌后各区平均波速为5079~5316m s,平均提高率为5.3%,灌前波速较低的测点灌后波速提高较大,提高率大于10%的测点38个,单点最大提高为30%。波速提高主要集中在孔口段和遇断层、裂隙处,表明灌浆后岩体的完整性提高,灌浆效果明显,完全消除低波速段。图5 F区压水透水率频率曲线5.4 抬动观测资料分析在灌浆过程中除因洞内开挖爆破振动瞬时抬动值超标外,抬动观测值均小于200μm,说明采取分段逐级增压,试区围岩可承受5.2MPa压力。灌浆时岩体不会发生破坏。在灌浆过程中,压力增大,抬动变形值有微小增加,灌浆泵不稳定瞬时值达到7.0MPa时对变形值影响较大。6 结论(1)类似试区围岩采用第1段低压灌浆处理洞表后埋孔口管,逐段加压的施工方法可以进行无衬砌高压固结灌浆。(2)进行无衬砌高压固结灌浆时,要注意灌浆孔深与压力的关系,灌浆压力越高,需要埋管长度、增压次数、灌浆孔深增加越多。但最佳灌浆压力是由岩体本身的工程地质特性确定的。(3)进行无衬砌高压固结灌浆时,灌浆泵的稳定性要好,严防瞬时值超过设计值30%以上。加压要逐级加压,防止抬动。(4)对遇断层、裂隙较发育,孔内有涌水的部位,需加密才能确保达到设计要求。(5)本试验采用无衬砌高压固结灌浆后防渗达到设计要求,不良地质得到了改善。试验参数(孔距、排距、孔深、灌浆压力、浆液比重、结束标准等)可用于生产使用,达到了试验目的。(编辑:常汉生)小天都电站隧洞无衬砌高压固结灌浆试验研究@焦家训$葛洲坝集团基础工程有限公司!湖北武汉443002 @邬美富$葛洲坝集团基础工程有限公司!湖北武汉443002 @张玉莉$葛洲坝集团基础工程有限公司!湖北武汉443002无衬砌;;高压固结灌浆;;试验研究;;引水隧洞在西部水电开发过程中出现较多低闸高水头引水式电站,引水隧洞、调压室、水幕室围岩须承受较高的运行水头压力,因此对围岩的防渗和强度都有很高的要求。由于工期要求及有的岩体不需衬砌,因此往往要进行无衬砌高压固结灌浆。为确定适宜的固结灌浆工艺及方法,提供有关孔距、深度、灌浆压力等合理的技术经济指标。按照设计提供的参数结合现场地质条件进行了试验;并用同等灌浆压力的水进行破坏性检查,达到了试验目的。

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