工程概况及灌浆要求
广州抽水蓄能电站高压引水道由斜井、下平洞和岔管组成,采用钢筋混凝土衬砌。下平洞长215m,内径Φ8m;岔管段主管长62.845m,内径由Φ8m渐变至Φ3.5m。衬砌厚度均为1500px,混凝土抗压强度29.4MPa,抗渗等级W12,承受最大静水头610m,最大动水头725m。隧洞深埋於黑云母花岗岩中,大部分地质条件较好,为Ⅰ、Ⅱ类围岩。下平洞需进行顶拱回填灌浆和固结灌浆,岔管段进行回填灌浆、浅孔接触灌浆、帷幕灌浆和固结灌浆,均采用42.5级普通硅酸盐水泥灌注。岔管工程由美国哈扎公司担任设计咨询。
回填灌浆的孔位系先利用浅孔接触灌浆或固结灌浆的0°孔(顶孔),Ⅰ序孔孔距6m,最终孔距3m。其它类型的灌浆孔相互形成梅花形布置。浅孔接触灌浆主要用来处理混凝土与岩石间的接触缝,并加固围岩因爆破而产生的松动圈(广蓄多次实测深度为0.8-1.2m),最终为高压灌浆创造条件,孔深2.5m,排距3m,每排10孔。固结灌浆原设计为入岩深度6~8m,后因地质条件较好改为从混凝土面起算5m,排距3m,每排8~10孔。对断层等部位增加了布孔。
因衬砌布筋较密,所以在衬砌前对各种类型的灌浆孔均进行预先埋管,管径为Φ50mm和Φ75mm。
主要施工方法
下平洞灌浆依照先回填灌浆,后固结灌浆的次序进行,岔管灌浆依照回填灌浆、浅孔接触灌浆、帷幕灌浆、固结灌浆的先后顺序进行。
回填灌浆分两个次序灌注;浅孔接触灌浆不分次序,从低孔开始往高孔顺次灌注;帷幕灌浆按排分序,排内由低到高逐孔灌注;下平洞固结灌浆不分序,由低到高逐孔灌注,每孔分成两段,先钻灌孔口段,后再加深灌注第二段;岔管段固结灌浆按照排间分序,排内加密(实际为4个次序),由低孔往高孔按序施灌。
钻孔主要采用手风钻和阿特拉斯风动凿岩机进行,孔径Φ45mm。钻孔结束后利用钻机的风与水进行孔内清洗。
压水试验在固结灌浆中分3个压力等级进行,即2.5、4.5和6.5MPa。前两级压力压水试验分别在Ⅰ序5#、9#孔和Ⅱ序2#、8#孔中进行,第3级压力压水试验在Ⅳ序的5#和9#孔中进行,栓塞深入围岩0.6m处。
各种灌浆均采用纯压式灌浆法,使用SGB6-10型灌浆泵,自制GJ200-1高速搅浆机,法国制造的RB42-2充气栓塞。
浅孔接触灌浆要求一次性把所有的孔(或一区段内的孔)全部钻孔完毕才允许开灌。在灌浆过程中如果发生相互串浆现象,一般不予堵塞,而是把主灌孔移至串浆孔;若多孔相串则实行并联灌注。
岔管固结灌浆采用了两种不同的灌浆方法,第一种系以往隧洞固结灌浆常用的方法,即钻Ⅰ序孔至设计孔深,栓塞置于混凝土衬砌中,用2.5 MPa灌浆压力施灌,然后用同样程序,以4.5MPa灌浆压力施灌Ⅱ序孔。第二种灌浆方法是在第Ⅲ、Ⅳ序孔中实施,即在Ⅱ序孔灌浆结束后,钻Ⅲ序孔至设计孔深,每个孔再分为两个灌浆段:首先把栓塞置于岩石中1.5m处,用6.5MPa压力施灌远离衬砌段;该段灌浆结束后,若无浆液回流现象,则把栓塞起拔置于衬砌中,用4.5MPa压力施灌靠近衬砌的一段,若有浆液回流现象则待凝12h再予实施。然后用同样程序和灌浆压力施灌Ⅳ序孔。
根据计算和灌浆试验成果,岔管混凝土衬砌不能直接抵抗6.5MPa外水压力的作用,因此灌浆施工中必须谨慎使用高压。本工程采用的原则是:首先用低、中压灌浆固结内圈围岩,提高其抗外压能力,使其与衬砌联合受力能承担更高灌浆压力,然后对外圈围岩进行6.5MPa的高压固结灌浆。下平洞和岔管段各种灌浆的压力使用情况如下表。
广蓄下平洞和岔管段各种灌浆的压力使用情况
部位 | 灌浆 类型 | 排号 | 孔号 | 灌浆 次序 | 孔深(m) | 段位(m) | 灌浆压力 (MPa) |
下平洞 | 固结 |
|
|
| 5.0 | 0.6-2.5 | 3.0 |
|
|
| 2.5-5.0 | 6.5 |
岔管 | 接触 |
|
|
| 2.5 |
| 1.0 |
帷幕 |
|
| Ⅰ | 6.0-12.0 |
| 2.0 |
|
| Ⅱ | 6.0-12.0 |
| 4.5 |
固结 | 奇数 | 奇数 | Ⅰ | 5.0 |
| 2.5 |
偶数 | Ⅱ | 5.0 |
| 4.5 |
偶数 | 奇数 | Ⅲ | 5.0 | 0.6-2.5 | 4.5 |
2.5-5.0 | 6.5 |
偶数 | Ⅳ | 5.0 | 0.6-2.5 | 4.5 |
2.5-5.0 | 6.5 |
灌浆时还注意灌浆压力的升速和升幅,视注入率情况加以调控。对浅孔接触灌浆,若注入率≤30L/min采用一次升压法;对帷幕和固结灌浆,若注入率≤30L/min,起始压力采用接触灌浆的最大压力,然后每5min升压0.5~1MPa;固结灌浆由4.5 MPa至6.5MPa阶段,规定每30s升幅为0.5~0.6MPa。
浆液配比采用5:1、3:1、2:1、1:1、0.8:1五级。起始水灰比在Ⅰ、Ⅱ类围岩采用5:1,Ⅲ、Ⅳ类围岩采用3:1。然后视注入率与压力的变化情况每注入400L逐级变换。
灌浆结束条件为:不论何种灌浆,凡最大设计压力≤4.5MPa者,当注入率≤0.4L/min时持续20min,即可结束;对最大压力要求达到6.5MPa者,当灌浆压力在4.5MPa时20min内注入率≤2.5L/min,则升压至6.5MPa持续5min结束;若升压后岩石发生劈裂,则应将压力回降,并续灌至水泥总注入量达1t后结束。
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