李俊峰

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

金平水电站气垫式调压室无盖重固结灌浆试验研究

李俊峰

（中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津 300222）

金平水电站气垫式调压室为布置在灰岩及白云岩、小规模断层及节理裂隙带的地下洞室，在施工前通过无盖重固结灌浆试验来验证洞室围岩加固效果与固结灌浆施工的可行性。文章着重阐述通过试验确定灌浆工艺、灌浆压力以及合理的施工程序，并介绍围岩抬动观测情况，为该类洞段灌浆设计和施工提供依据。

气垫式；调压室；无盖重；固结灌浆；试验；水电站

1 工程概况

金平水电站气垫式调压室开挖断面为城门洞型，尺寸为74.4m×11.4m×16.25m（长×宽×高），开挖底板高程2634.200～2633.460，底板纵坡1%。工程部位均为泥盆系中统下段灰白～灰色厚层含生物屑粉、细晶灰岩、含生物骨屑结晶灰岩、白云石化结晶灰岩，岩体微新，岩层走向与洞轴线交角较小，无区域性大断裂通过，主要地质构造为小规模断层及节理裂隙带。围岩分类以Ⅲ类为主，小规模断层及节理裂隙密集带围岩属Ⅳ类。

2 无盖重固结灌浆试验

2.1 试验目的

本试验目的如下：①确定灌浆工艺、方法、压力、裂隙冲洗、测试岩体透水率。采用有效、可靠、经济、合理的灌浆方法；②灌浆试验可推荐合理的施工程序、良好的灌浆施工工艺、合宜的灌浆材料、灌浆设备、钻孔设备等；③在无盖重高压灌浆的情况下，观察岩石抬动情况，为制订安全防护措施提供依据。

2.2 试验准备

（1）试验地点选择：①本试验选择调压室交通洞一段10m距离的顶拱范围内作为灌浆试验区（桩号气J0+343.57～气J0+352.57）；②试验孔布置：根据气垫式调压室布孔原则和分序加密的原则进行布置；试验孔布置4排，每排布置3孔，合计共12孔；③试验检查孔设置：布置3孔。气垫式调压室固结试验孔位布置（见图1）。

图1 气垫式调压室固结试验孔位布置图

图中TGS-a-b-c为：TGS表示调压室固结试验灌浆；a表示排号；b表示孔号；c表示孔序号。

（2）灌浆压力的确定。本试验采用灌浆压力以回浆管压力表读数为准，压力表读数以中值为准，压力表指针摆动范围小于灌浆压力的20%，摆动幅度应做记录。灌浆自动记录仪应记录间隔时段内灌浆压力的平均值和最大值。

（3）灌浆材料选择。试验灌浆水泥采用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，水泥品质符合GB175-2007的要求。试验中发现普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥进行无盖重固结灌浆达不到设计要求的，进行了第二次试验，第二次试验采用干磨或湿磨细水泥以及超细水泥，其结果符合设计要求。

（4）灌浆设备机具配置。本试验灌浆施工设备及机具配置：SNS-130/20高压注浆泵、JJS-2B双层储浆搅拌桶、中大华瑞灌浆自动监测系统、量程6MPa～10MPa压力表、高压钢丝编织灌浆管、高压耐蚀阀门、灌浆膨胀模袋、密度计、婆梅氏比重计、温度计等。高压注浆泵性能参数见表1。

表1 高压注浆泵性能参数

2.3 试验方法

（1）固结试验灌浆施工工艺。本试验段气垫式调压室固结试验灌浆施工工艺（见图2）。

（2）试验孔钻孔。在钻孔时对钻孔过程中发现的各种情况如涌水、失水、塌孔、掉块、卡钻、断裂构造、岩性变化等作了详细记录，并反映在钻孔综合成果表中，作为分析灌浆质量的基本资料。

（3）钻孔孔径。本试验普通灌浆孔采用冲击器钻进，孔径均为Φ75。本试验检查孔采用金刚石回旋钻进并取芯，孔径均为Φ75。

（4）钻孔段长。固结灌浆钻孔分段长度采用自下而上分段，具体为：固结试验灌浆孔深15m，钻孔分为三段，第一段为2～5m（孔口2m不灌作为盖重层），第二段为5～10m，第三段为10～15m。

2.4 钻孔冲洗及压水试验

（1）钻孔冲洗。钻孔冲洗注意事项：①灌浆孔当前段次钻孔结束后，用压力水进行全孔一次性冲洗，冲洗时间至回水清静后10min为止，孔内残留岩心或沉淀厚度不宜超过20cm。冲洗压力为灌浆压力的80%，当其值大于1MPa时采用1MPa；②在遇岩溶、断层、大裂隙等地质条件较复杂的区域，其灌浆孔的裂隙冲洗采用脉动冲洗；③灌浆孔（段）裂隙冲洗后，立即对该孔（段）应进行连续灌浆作业，因故中断时间间隔超过24h的，

在灌浆前重新进行裂隙冲洗。

图2 气垫式调压室固结试验灌浆施工工艺图

（2）压水试验，各孔、段灌浆前均要求做压水试验。压水是用一定的压力向一段无护壁的钻孔内压水，记录单位时间内的漏水量，从而得出这段岩层原位透水性的一种方法，是测定岩石渗透性最常用的一种渗透方法。通过压水，了解岩石的渗透性，为确定开灌水灰比提供依据；对比灌前、灌后岩石透水性变化情况，为灌浆效果检查评比提供依据。

固结灌浆孔灌浆前的压水试验应在钻孔冲洗后进行，压水试验采用单点法压水试验进行。单点法压水试验按DL/T5148-2012《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》执行。灌前的压水试验全按单点法压水方式进行，压水压力为灌浆压力的80%，压水25min，每5min测读一次压入流量，取最终值作为计算岩体透水率q值的计算值。

2.5 灌浆

本试验段固结灌浆孔采用高压膨胀栓塞进行“孔内阻塞、自上而下分段”法灌注。固结灌浆压力一般情况下应采用一次升压法控制灌浆压力，灌浆时应尽快达到设计压力值，高压固结灌浆过程中，灌浆压力和注入率必须相适应，当灌浆压力大于4MPa时，注入率应小于10L/min。

3 试验区抬动变形观测

3.1 抬动变形观测的目的

合理地应用高灌浆压力是保证和提高灌浆效果的重要手段。但过高的灌浆压力会导致地表的抬动变形，当这种变形超过限值时，会导致岩石开裂，影响灌浆效果和造成浆液的浪费。为了观测在压水、灌浆过程中可能引起的岩体变形，在试验区区域内布置抬动观测孔，其监测的目的是为了确定在基岩抬动变形允许值范围内各灌浆段最大允许灌浆压力，以指导灌浆施工。

3.2 抬动观测装置安装

抬动观测孔孔深均为12m，抬动观测装置在灌浆施工前安装完毕，在试区指定位置安设抬动观测装置，监测基岩的垂直抬动。抬动观测孔钻孔孔径为Φ75mm，一径到底。钻完后安设抬动观测装置。

3.3 抬动变形观测

抬动变形观测时，需注意以下事项：①抬动变形允许值按设计要求执行，初拟小于100μm（0.1mm）；②抬动变形采用自动抬动观测仪器并具备自动报警功能。当压水、灌浆的压力增大时，千分表指针指示数值将发生变化；当某一压力基本稳定后，千分表上指示的终值减去初始值即为该压力下基岩的抬动值；③抬动变形观测派专人进行观测记录，在裂隙冲洗、压水及灌浆等作业过程中，当变形值接近变形允许值或变形值上升速度较快时，及时报告各工序操作人员采取降低压力措施，防止发生抬动破坏。在施工中发现超过规定的允许值，及时采取降低灌浆压力、降低注浆率等措施；④抬动变形观测过程中，严格防止碰撞，保证能在正常工作状态下进行观测，确保测试精度；⑤灌浆工作结束后，抬动观测孔进行封孔处理。

4 结束语

通过对金平水电站气垫式调压室无盖重固结灌浆试验成果和变形观测成果的分析和评价，证明了灌浆所采用的材料、灌浆压力、设备机具的选择以及灌浆工艺参数、灌浆方法是合理的，所采用的采用高压膨胀栓塞进行“孔内阻塞、自上而下分段”法灌注，灌注效果明显，极大地改善因开挖卸荷和爆破扰动造成的岩体松动影响，试验区域完全能够满足设计要求，这为整个气垫式调压室以及今后类似地下洞室的施工和提供了充分的依据。

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