水电站深孔帷幕灌浆施工的研究

水电站深孔帷幕灌浆施工的研究

发表时间：2018-11-06T17:16:51.177Z 来源：《建筑学研究前沿》2018年第17期作者：阮仁酉

[导读] 克服了进度上不去的难题，为大坝按期蓄水提供了保证。同时降低了成本，创造了良好的经济效益和社会价值。

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摘要：深孔帷幕灌浆是确保大坝正常蓄水发电的重要项目，下面我们结合某水电站深孔帷幕灌浆施工，分析其所应用的涌水段的特殊处理、无芯钻头、台车和地锚等施工技术，进而有效解决施工中出现的问题，使工期大大缩短了，成本降低了，并且在保证质量的基础上，使施工进度加快，创造更多的经济效益。

关键词：水电站；深孔帷幕；施工难题；施工技术；应用

一、工程概况

某水电站位于江中游河段上，是中游河段规划的第五级电站。电站以发电为主，兼顾防洪、航运、旅游、水土保持等综合利用。电站装机容量2400MW，最大坝高160，正常蓄水位1418m，总库容9.13亿m3。枢纽布置为碾压混凝土重力坝、坝后厂房、右岸溢洪道方案，枢纽建筑物主要由挡水、泄洪、排沙、坝后厂房等组成。拦河大坝坝顶长约640m，大坝最低建基面高程为1267m，坝顶高程1424m。

二、灌浆工艺技术设计

1.合理布置帷幕灌浆孔

此工程上游帷幕为双排孔，布置形式为梅花形，排距为1.0米，间距为2米，同时下游排为铅直孔，而上游排倾角为3度；下游帷幕采用的是间距为2米的单排孔。

2.分析灌浆方法

帷幕灌浆孔第一段应用的是阻塞器灌浆法进行灌浆，将阻塞器安置在基岩结合面0.5m处，而以下各段均采用孔内循环法进行灌浆，将孔口密封，由上而下分段灌浆。

3.制作浆液

通常采用五个比级的水灰比为，即3：1、1：1、2：1、0.6：1、0.8：1，注意灌浆封孔需应用0.5：1浆液。

4.结束灌浆的标准

工程帷幕灌浆进行分段灌浆法时，要满足最大设计压力，在灌注率达到1L/min之后，还要灌注60min，即可结束灌浆。

5.开展压水试验

首先，应用五点法进行帷幕灌浆先导孔的压水试验。这种压水试验方法压力分别为：1 Mpa、0.3 Mpa、0.6 Mpa、0.6 Mpa、0.3 Mpa；再而在灌浆前各灌浆段需要进行简易压水，确保简易压水与裂隙冲洗结合进行，压力位灌浆压力的80%，假如此值超过1Mpa时需采用1Mpa；最后通常简易压水为20min，间隔五分进行一次压水流量测读，最后的流量值可用作流量计算，成果通过透水率表示出来。6.分析封孔

当孔全部灌完后，应用导管注浆法置换孔内余浆，使其成为0.5：1的浓浆，之后在孔口堵塞灌浆塞，并应用浓浆开展纯压式灌浆封孔。一般情况下封孔压力应用的是全孔最大灌浆压力，时间为60分钟。

8.检查孔

控制帷幕灌浆检查孔灌浆孔总数的10%，确保每单元有一个检查孔。检查孔可采取岩芯，同时要把钻孔柱状图绘制好。

三、工程难点

某水电站帷幕灌浆工程量大，共有56000m，且平面少、斜面多，有70%的孔位布置在斜面上，多数灌浆孔必须借助台车进行施工，在八、九、十等几个帷幕单元涌水量大，对涌水量大的孔段必须进行处理。100m以上的深孔占35%左右，最大孔深达116m，因而施工难度大，进度上难以满足计划要求。

四、施工技术的应用

1.合理处理帷幕涌水孔段

（1）开灌水灰比的调整

依照帷幕灌浆试验施工的具体状况，假如帷幕灌浆前压水透水率以及孔内涌水量大，需要依照实际状况应用相应的开灌水灰比，主要有以下几种情况：

第一假如灌前涌水量Q≤2L/min或者压水透水率q≤1Lu，灌浆时应用3：1开灌；第二假如灌前涌水量Q>5L/min或者压水透水率q>5 Lu，应用1：1开灌；第三假如灌前涌水量Q>15L/min或者压水透水率q>15 Lu时，应用0.8：1开灌。

（2）应用延长屏浆时间、加强灌浆压力及闭浆待凝等针对性措施

针对帷幕存在涌水的孔段，先要测量涌水压力和涌水流量，在灌浆时需要适当提升灌浆压力，通常是根据设计涌水压力和灌浆压力来进行的，同时延长屏浆时间（通常为150min），每间隔三段进行闭浆待凝一次，通常待凝时间是12小时，针对灌浆前涌水量Q>15L/min的孔段单独待凝，时间为24小时。

从现场施工的状况来看，通过采取这些施工措施后，透水较大和帷幕涌水量大孔段的涌水状况得到了有效扼制，涌水显著减少，处理效果非常好，不仅使施工质量有保障，并且使施工进度加快了。

2.利用台车和地锚加快施工进度

（1）使用台车移动钻机

在斜坡面移动地质钻机时，铺设台车轨道，架设台车，使之形成完整的台车行走通道。在台车轨道上利用倒链拉动台车，使位于台车上的地质钻机移动至灌浆孔位。避免了光靠人力移动钻机和多次搭设排架等繁琐过程。台车移动钻机平均只需要3人，1.5小时就能使钻机就位。而光靠人力，6人一天时间也难以将地质钻就位。解决了斜面移动地质钻机的难题，加快了施工进度。

（2）分析地锚固定钻机

在钻机钻孔时，由于岩石硬度和孔深等因素，常常出现错位、钻机顶偏和孔斜等偏差现象。针对于此，应用地锚来固定钻机。也就是

当钻机就位之后，于地质钻机周围的混凝土上使用电锤造四个￠22、孔深15厘米左右的孔，之后在孔上安装￠22的膨胀螺栓，以起到有效固定钻机的效果。在地锚安装后，地质钻机钻进时，能够比未安装地锚前压力增加2～3公斤，使钻孔速度加快了，此外也能够防止由于压力太大而造成的地质钻机错位问题。同时，还能够使报废孔的数量和测斜的次数减少，加快施工进度，也提升了钻孔质量。

3.分析无芯钻头

前期钻孔时施工队伍所采取是有芯钻头，根据设计要求和标准应用分段钻孔灌浆，每段五米，针对有芯钻头岩芯管应用的是2.5米，而五米的钻孔打好需要起下钻杆至少两次，伴随着孔深的增加以及钻杆的加长，在施工时不断起下钻，消耗的时间较多，通过对现场实际状况进行计算，在钻孔过程中起下钻时间为总过程的30%，此外在施工时常常会出现岩芯掉落孔内情况，这种情况是要进行下钻扫孔的，导致钻孔事故的发生率增加了，造成施工进度变慢，难以进行生产组织。现场施工人员通过不断研究和探讨，最终决定使用无芯钻头。这种钻头将滚轮安装在钻头内进而磨碎岩芯，之后由高压循环水冲出磨碎的岩粉，使钻孔过程中不再产生岩芯，这样除了验孔必须进行起下钻，余下时间均可钻孔，有效减少了下钻次数，通常每个无芯钻头能够钻孔25至30米，使钻孔的时间大大缩短了，确保了施工进度，也创造了更多的效益。

（1）有芯钻头和无芯钻头在结构上的比较

无芯钻头是在有芯钻头的结构上进行了一个改进，无芯钻头在有芯钻头圆柱壁上布置了3个排水孔，并在轴心位置上安装了一个镶有金刚石颗粒的滚轮。3个排水孔的作用是防止岩粉塞钻头导致烧钻；滚轮的作用是将岩芯磨成岩粉。

（2）在施工进度上无芯钻头和有芯钻头的比较

（3）无芯钻头和有芯钻头经济效益的比较

比如56有芯钻头单价为280元，每班平均造孔6米，那么班产价值为420元；而56无芯钻头的单价是430元，每班平均造孔10米。通过比较采用无芯钻头可以使班产价值增加280元。本工程有芯钻头每月完成量为550米，而无芯钻头月完成量可达到1100米，产量明显增加，经济效益也翻了一番。

五、结束语

在某水电站的深孔帷幕灌浆施工中，通过对帷幕涌水段的处理、斜坡面利用台车移动钻机、地锚固定钻机以及造孔过程中无芯钻头的使用等，克服了进度上不去的难题，为大坝按期蓄水提供了保证。同时降低了成本，创造了良好的经济效益和社会价值。