浅谈V类围岩引水洞段灌浆处理

浅谈V类围岩引水洞段灌浆处理寇文博（清远项目部）摘要：关键词：1概况广东清远抽水蓄能电站位于广东省清远市清新县太平镇境内，装机容量为1280MW，水库正常蓄水位为612.5m，设计洪水为613.13m，上库死水位为587m。枢纽工程由上水库、下水库、水道系统组成。水道系统建筑物包括：上库进出水口、下库进出水口、上库闸门井、下库闸门井、输水隧洞、尾水调压井及尾水通气洞等。采用首部式的开发方式，水道系统采用1管4机的供水方式。水道系统纵剖面采用一级竖井加一级斜井的方案。水道系统水道衬砌型式，除引水支管采用埋藏式压力管道外，其余采用钢筋混凝土衬砌。V类围岩洞段位于水道系统的中平洞上游（Y0+607.5~Y0+649.5）处,处理长度为42m。本洞段岩性为燕山三期花岗岩，岩体呈整体结构，完整性好，除断层带为全风化状外，其余均为弱～微风化状，0+613-0+645段因断层f80、f20、f24及裂隙的相互切割，工程地质条件差为Ⅴ类围岩。2地质构造及地下水该洞段在短短的42m的长度范围存在4条断层3组节理裂隙且有地下水出露。地质构造异常复杂。（详见下图1、图2）（1）断层此洞段在开挖揭露3条规模较大的断层，1条规模较小的断层，共4条，分述如下：f413N74°W/SW∠80°,b=0.1～0.4m，断层带为全风化硅化构造角砾岩，围岩见高岭土化蚀变，沿断层带有地下水渗滴状出露。f24N70°W/SW∠75°～80°,由三条平行的断层组成，b1=1.5m，b2=2m，b3=1m，断层带为全风化构造角砾岩，围岩见高岭土化蚀变，沿断层带有地下水渗滴～线流状出露，0+641桩号有股状水Q=5～6L/min，受断层f20及其平行裂隙的相互切割，此断层的围岩极不稳定，开挖时出现塌方现象。f20N24°E/NW∠85°，b=1m，断层带为全风化构造角砾岩，围岩见高岭土蚀变，沿断层带有地下水渗滴状出露，与f80、f24断层互相切割，造成此段围岩不稳定。f80EW/S∠80°，b=2m，断层带为全风化构造角砾岩，围岩见高岭土化蚀变，沿断层带有地下水渗滴状出露。（2）节理裂隙：本洞段节理裂隙按走向统计可分为3组，分述如下：NWW向组：N74°W/SW∠80°，J23，裂隙不发育，零星分布于整个洞段，陡倾角，基本平行于断层f24，裂隙走向与洞轴线夹角较小，张开状，裂面粗糙，延伸长，充填泥质、钙质，铁锰质渲染，有地下水渗滴状出露。NNW向组：N14°W/SW∠80°，J24，分布桩号0+620～0+690，裂隙不发育，零星分布，陡倾角，闭合～微张状，充填钙质，裂隙走向基本与断层f24、f80走向垂直，使断层处洞段围岩不稳。NNE向组：N24°E/NW∠85°，J25，裂隙不发育，零星分布，平行于断层f20，陡倾角，闭合～微张状，充填泥质、钙质，与断层f24、f80相互切割，使断层处围岩不稳。（3）地下水本洞段除断层带和沿近东西向及北西西向组节理裂隙有渗滴～股状水出露外，其余洞段干燥。图1中平洞纵剖面地质构造图3该部位灌浆施工存在的施工难点⑴该洞段灌浆孔孔深为12m，手风钻钻孔方式已不能适应实际现场施工要求。⑵此洞段地质情况极其复杂，岩石裂隙发育，有三条较大的断层以及裂隙在此洞段交汇，在钻进过程中容易发生卡钻，部分灌浆孔流沙、涌泥形成塌孔。⑶此洞段在开挖期间支护类型复杂，主要有工字钢、连接筋、钢筋网片、系统锚杆、超前锚杆、随机锚杆、锁混凝土锚杆及超前小导管等，在钻进过程中极易碰到钢筋和锚杆等。⑷考虑水道Ⅱ标的施工需求，协调例会要求中平洞针梁台车放置在上游段，导致我部施工受到了较大的影响，具体体现在：①灌浆设备进场须将设备拆散后人工穿过针梁台车运至施工作业面；②新增4个施工作业平台所需材料由钢模台车处人工运至施工作业面；③水泥灌浆制浆站、空气压缩机只能放在Y0+946.811处布置供风管路、制浆站灌浆管路等材料必须由钢模台车处人工运至施工作业面；④施工产生的废渣、水泥浆只能由人工挑抬运出。⑸加大施工资源的投入，从而造成原变压器及相应的用电线路、施工供风、施工供水均不能满足施工要求。我部需新增加一台变压器、一条用电线路、施工供水管路、施工供风管路及设备至施工工作面，施工难度较大。4该部位采取的施工措施⑴对孔深为12m的灌浆孔钻孔普通手风钻钻孔深度不足的问题，在施工过程中利用XY-2地质钻进行钻孔。将地质钻机固定在钻灌平台上，使钻机的回转器中心正处于隧洞中心线上。两台地质钻机回转器中心之间的水平距离正好为同序排灌浆孔之间的距离。在灌浆施工过程中严格按照施工顺序从下游向上游灌浆孔钻孔尽量完成同序灌浆孔地质钻机钻孔施工采用1、采用水泥灌浆与化学灌浆进行的复合灌浆施工工艺。以水泥灌浆为主，化学灌浆为辅。在水泥灌浆结束后进行化学灌浆补强。在施工过程中根据现场施工情况及灌浆数据，在设计、业主、监理、施工等多方根据成果分析进一步确定设计、施工参数。最终参数如下中平洞塌方段桩号为Y0+607.582～Y0+649.582，为Ⅴ类围岩，固结灌浆每圈15个孔，排距1.5m，入岩12m，灌浆压力控制在4.5MPa，对入岩12m灌浆孔分为两个灌浆段，第一段钻进长度6.0m，将栓塞置于砼衬体内逐级加压施灌，以4.5Mpa压力结束灌浆。第二段钻进长度为设计孔深，将栓塞置于灌浆段孔内1m处施灌，逐级加压，以该洞段相应设计压力结束灌浆。Ⅴ类围岩灌浆起始水灰比为3：1。施工时先施工Ⅰ序排，再施工Ⅱ序排，环内先Ⅰ序孔，再Ⅱ序孔，灌浆时由低处往高处，从底孔往顶孔灌注。灌浆施工参数详见表2-2。桩号水泥灌浆断面型式排距（m）排数每排孔数孔深（m）施工顺序备注Y0+607.5~Y0+621.5断面A/断面B1.51015121Y0+621.5~Y0+635.5断面B/断面A1.5915121Y0+635.5~Y0+649.5断面A/断面B1.51015121Y0+598.5~Y0+606断面A/断面B1.566121Y0+651~Y0+657断面A/断面B1.556121Y0+649.5~Y0+643.5Y0+637.582/640.582断面A/断面B1.5515122原系统孔间加密Y0+619.5~Y0+636.082Y0+637.582/640.5823.相关设计修改和会议纪要要求⑴2013年11月23日设计修改通知单引（洞）设第18号：针对中平洞塌方段，进行加强灌浆处理。共增加水泥灌浆3104.4m，化学灌浆2587.5m，预埋黑铁管136m。⑵2014年7月3日清蓄监理【2014】现场纪要（厂Ⅰ标）006号：设计要求入岩5.5m的水泥灌浆孔，水泥固结灌浆单耗大于50Kg/m时，将采用加深入岩12m进行强化处理，且第一段灌浆完待凝12小时后，再扫孔钻进至设计孔深。⑶2014年7月24日清蓄监理【2014】现场纪要（厂Ⅰ标）008号：对原固结灌浆孔深12m的灌浆孔分两段进行灌注，现调整为V类围岩洞段范围内固结灌浆第一段孔深6m全部完工后，再施工至设计孔深，灌浆必须加射浆管。当钻孔施工过程中钻出黄泥或涉及破碎断层段时，采取逐段多序灌浆工艺处理。⑷2014年8月27日清蓄监理【2014】现场纪要（厂Ⅰ标）10号:为确保中平洞V类围岩洞段水泥固结灌浆施工效果，水泥固结灌浆在环内新增加15个水泥固结孔，孔深入岩12m，分两段灌注，第一段灌浆钻进长度入岩6m，压力4.5Mpa；第二段灌浆钻进长度为设计孔深，压力为6Mpa。共增加水泥灌浆5220m。⑸2014年10月24日引洞设21号设计修改：增加Y0+598.5～Y0+606共6排的2#～7#孔的水泥灌浆和化学灌浆。灌浆排拒1.5m，水泥灌浆入岩12m，化学灌浆入岩7.5m。增加Y0+651~Y0+657共5排的10#～15#孔的水泥灌浆和化学灌浆。灌浆排拒1.5m，水泥灌浆入岩12m，化学灌浆入岩7.5m。入岩12m的水泥灌浆施工，钻孔采用地质钻机，分两段灌浆，第一段钻入岩6m，灌浆塞置于混凝土衬砌内施灌，第二段钻至设计孔深，灌浆塞置于入岩2m处施灌。工程量变为水泥灌浆为7272m，化学灌浆为3757.5m⑹2014年11月12日引洞设第23号设计修改：要求暂停水泥固结灌浆环内加密灌浆及引洞设第18、21号中的化学灌浆，待设计水泥灌浆实施完成，根据灌浆质量检查结果，评审灌浆效果，再行确定水泥加密灌浆及化学灌浆设计参数，化学灌浆暂停。⑺2014年12月05日《中平洞V类围岩洞段水泥灌浆技术专题会》要求：针对钻孔到12m仍有流砂涌出的孔加深到18m进行补强灌浆，灌浆压力6MPa；对于目前正在钻孔的，发现钻孔到设计值12m仍有流砂涌出的，加深钻孔至18m进行补强灌浆，分三段进行高压水泥灌浆，第三段灌浆压力为6MPa。3.3问题提出V类围岩第3单元(Y0+635.5~Y0+649.5)Ⅰ序排固结灌浆完成899.96m，Ⅰ序孔1段单耗553.43kg/m，Ⅰ序孔2段单耗303.29kg/m；Ⅱ序孔1段单耗261.13kg/m，2段单耗185.77kg/m；根据灌浆情况分析固结灌浆的平均单耗较大。单纯水泥灌浆不能满足设计要求。（2）该洞段围岩类别复杂，且节理裂隙较多其中充填泥质、钙质，裂隙开度微细。单纯水泥灌浆存在水泥浆液灌注不进浆，压水吕荣值较大的现象。（3）f20、f24、f80、f413断层交错发育围岩局部存在高岭土蚀变现象，在开孔进行水泥灌浆过程中遇到断层处，经常出现卡钻、涌沙、涌泥现象。且涌沙、涌泥方量较大。（4）该洞段在开挖期间支护类型复杂，在开挖期间发生了2次大塌方，处理过程将大量的脚手架、钢模板、扣件以及混凝土泵管埋在塌腔内，开挖时挖除了结构范围内的一部分，还有一部分留在开挖线以外，给造孔增加了难度。在开挖线外主要有工字钢、连接筋、钢筋网片、系统锚杆、超前锚杆、随机锚杆、锁混凝土锚杆及超前小导管等，在钻进过程中极易碰到钢筋和锚杆等，钻机磨穿钢筋、钢板等效率极低，钻头消耗量大。施工效率低原施工资源投入难以满足施工进度要求。