李 东 福

(中国水利水电第七工程局有限公司，四川 成都 611130)

1 概 述

目前西藏地区施工的水电工程都面临着基岩覆盖层界线判定困难、混凝土防渗墙施工造孔时易将原始河床覆盖层中的巨孤漂石判定为基岩而导致混凝土防渗墙未真正伸入基岩而悬挂的问题，造成基坑抽排水时水压力击穿混凝土防渗墙下部原始覆盖层而发生透水事故。该地区防渗墙施工存在基覆界线判定难、花岗岩性巨孤块漂石地层处理难度大、孔斜控制难度大等技术难题。

高海拔高寒峡谷巨孤漂石地层混凝土防渗墙施工技术通过采取超前同轴钻孔精准预爆技术，结合对巨孤漂石预爆、物探检测(电磁波CT、钻孔录像及单孔声波)和三维地质可视化等基覆界线判定综合集成技术，加上调整混凝土原材料、改进施工设备等措施，安全、高效、保质保量地使大古水电站围堰防渗墙分别提前完成。该技术先进、成熟可靠，可有效规范高海拔高寒峡谷巨孤漂石地层地区混凝土防渗墙施工工艺，使防渗墙施工达到标准化、程序化作业，便于施工人员操作执行，取得了很好的效果，所取得的经验对类似地质条件下防渗墙成槽施工具有重要的参考价值。笔者详细阐述了西藏某水电站应用的高海拔高寒峡谷巨孤漂石地层混凝土防渗墙施工技术。

西藏某水电站拥有世界上海拔最高的RCC大坝，是目前西藏自治区装机容量最大的水电站。施工导流应用河床全断面挡水围堰，导流洞泄流。上下游围堰为土石围堰，围堰基础采用1 m厚混凝土防渗墙下接帷幕灌浆作为防渗体系，防渗墙嵌入基岩1 m。

该坝坝址上下游围堰防渗墙基岩岩性为黑云母花岗闪长岩，呈弱风化状，岩体较完整～完整性差。围堰河床部位总体呈V型，主要为冲积漂卵石，漂石含量为35%～40%，直径以0.5～2 m为主，大者直径可达7 m，中细砂充填其间，局部存在架空现象；巨孤漂石岩性均一，无软弱层及分层性，岩性致密坚硬，具有很高的强度，经测试，其强度一般为180～240 MPa。

2 混凝土防渗墙施工技术

针对高海拔高寒峡谷陡倾角边坡、倒悬地形、覆盖层内巨孤漂石含量高等复杂地质条件下的围堰混凝土防渗墙施工[1]，首先采用液压履带式钻机配高风压空压机钻孔，利用套管跟管方式钻进覆盖层成孔、下设PVC管，通过钻孔渣样及钻进速度初步判定覆盖层中巨孤漂石粒径的大小和位置，同时，结合物探检测(电磁波CT、钻孔录像及单孔声波)和三维地质可视化等集成技术[2]，实现对巨漂孤石和基覆分界线的精准判定，然后采用连续不耦合方式装药后利用“电力导爆管联合启爆法”进行爆破作业，实现将防渗墙轴线范围内的巨孤漂石破碎、解决成槽困难、孔斜控制难度大的难题，然后采用冲击钻成槽，在松散透水地基或坝(堰)体中以泥浆固壁，在槽(孔)内浇筑混凝土或回填其他防渗材料筑成具有防渗等功能的地下连续墙，利用声波CT法对混凝土防渗墙质量进行检测，同时对墙下灌浆后的帷幕进行灌后声波CT检测。在评定灌浆质量的同时，再次检验基覆界线并进行复核判定。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 工艺流程

高海拔高寒峡谷巨孤漂石地层混凝土防渗墙施工技术的工艺流程：场地平整(泥浆系统建设)→孤漂石预爆→施工平台及导墙→轨道铺设及安装造孔设备→单孔施工(基覆界线判定综合集成技术)→槽段验收→下设接头管及灌浆埋管→混凝土浇筑成墙→接头孔施工→完工清场(效果检查)。

3.2 操作要点

3.2.1 场地平整及泥浆系统建设

正式施工前，采用挖掘机或装载机配合振动碾压机对防渗墙施工区域进行整平、压实。同时，在防渗墙最大深度位置修建泥浆池、储浆池、废浆池等形成泥浆系统，以满足槽孔建造固壁泥浆的使用及回收。

3.2.2 巨孤漂石预爆

(1)采用A66阿特拉斯全液压履带式钻机配高风压阿特拉斯XHS485空压机进行钻孔，使用φ152带扩孔套同心钻头配φ146套管的跟管方式钻进覆盖层成孔，基岩采用φ110钻头裸钻成孔[3]。钻孔的出渣方式为高风压孔内反循环出渣，钻孔的深度、垂直度须满足设计要求的嵌入深度。

(2) 施工过程中，通过钻孔渣样及钻进速度初步判定覆盖层中巨孤漂石粒径的大小和位置。

(3) 预探预爆孔钻孔完成后，首先利用高压风对钻孔内的沉渣进行冲洗。冲洗完成后，将φ110 PVC管逐节下设至孔内，PVC管节与节之间的连接采用透明胶带粘结，粘结厚度均匀，避免套管起拔时将PVC管带出而造成钻孔塌孔。PVC管下设完毕，先采用液压拔管机将套管拔出。

(4)炸药运进现场前，应确定一处炸药保管及药串制作的场地，场地布置警示标志、警戒线并安排专人进行值班管理。炸药的领取需提前24 h向炸药管理部门提出使用计划，经批准并完善领取手续后由专人到库房进行领取、登记，专人负责、专车运送至现场。

(5)“药串”的制作采用“绑扎法”施工工艺。“绑扎法”主要根据爆破设计图在药串制作场地首先用钢卷尺(50 m)放出相应的爆破孔孔深长度，然后铺设麻绳、φ10 PVC管(采用液体强力胶及接头接长)、导爆索，麻绳及导爆索应比爆破孔深长0.5～1 m；最后根据爆破设计图，将炸药与麻绳、φ10 PVC管、导爆索采用电工胶带绑扎在一起。在“药串”制作过程中，制作人员不得携带打火机、手机、对讲机等进入警戒区。

(6) “药串”加工制作完成后，采用人工运输至孔口，沿孔内φ110 PVC管缓缓下入，若遇孔内卡顿，不得猛拉猛提，应缓缓活动“药串”将其慢慢下设至孔底，若因孔内掉块等原因无法将炸药下设至指定位置影响预爆效果时，应采取扫孔措施，待下一批次进行爆破作业；“药串”下设至指定位置后，将药串顶部预留的麻绳用木条绑扎后固定在孔口。

(7)炮眼封堵采用“灌砂法”。“药串”下设完成后，用细砂从孔口四周灌入爆破孔内，将砂灌满至孔口，然后用水浸润使砂能够逐渐沉淀密实，如此进行多次，直到孔口加入的细砂能够完全填满预爆孔与“药串”的空隙部位。

(8)预爆孔炸药的连线采用“串联”方式，起爆采用“电力导爆管联合启爆法”。 爆破完成后，派专人对盲炮、哑炮等进行检查，确认安全后方可解除警戒。

(9)预爆孔爆破完成后，按照有关要求做到工完场清。

3.2.3 基覆界线的判定

由于在预探预爆施工中进行了钻孔施工，将所收集到的渣样由设计单位、监理单位与建设单位的地质专业工程师通过常规的方法进行现场查看与鉴定，通过渣样和钻进速度初步判断巨孤漂石粒径的大小及位置与防渗墙基覆界线。为了确保数据的准确性，在预爆、防渗墙造孔前，选用电磁波CT法对巨孤漂石防渗墙基覆界面进行鉴定。

电磁波CT法：深V峡谷河段存在基岩陡倾角边坡与倒悬地形，两检测孔的间距不得超过15 m；对于坡度较大的位置可调整为10 m；为避免将覆盖层内的巨孤漂石误判为基岩，钻孔深度应比孤漂石预爆、地质勘探等初探深度再向下延伸15 m；同一工程位置、不同剖面选用相同频率及相同的观测方法，以避免系统产生误差的累计；CT扫描采用水平同步、斜同步、定点发射和定点接收的扇形束观测三种方式。检测过程中，严格校对孔口高程及孔底深度，在测试过程中，每5 m校对一次深度。

采用电磁波CT扫描的方式，将地质情况探测由“点”式扩展为“面”式，进而大大提高了基础与覆盖层分界判断的准确性。经过声波CT对地层的检测，根据测量所得的波速值，按照1 m的间距，通过分析计算出基础与覆盖层的分界线。

3.2.4 导向槽施工

导向槽设计为倒直角梯形且作为围堰盖帽的基础不拆除。导墙基础碾压密实后，再布筋立模浇筑导墙。导墙的修建必须满足以下技术要求：

(1)导墙应平行于防渗墙中心线，其允许偏差为±1.5 cm。

(2)导墙顶面高程(整体)的允许偏差为±2 cm。

(3)导墙顶面高程(单幅)的允许偏差为±0.5 cm。

(4)导墙间净距的允许偏差为±0.5 cm。

(5)导墙内墙的垂直度允许偏差为≤0.2%。

(6)导向槽混凝土浇筑时，沿轴线每间隔20～50 m设置一个混凝土错台作为施工分缝。

(7)为保证导向槽的整体性，沿轴线每间隔10 m(一般为二期槽3号孔)布设一道高1.2 m，宽1.1 m，厚0.3 m的混凝土支撑墙。

(8)导向槽每浇筑完成一段，需及时对混凝土面采取保温措施。

3.2.5 造 孔

临建设施完成后，由施工技术人员按照槽段划分图纸进行槽段的划分，待槽孔施工设备就位后进行施工。槽段采用冲击钻成槽，钻孔过程中需经常测量孔斜，若孔斜超出要求须及时进行纠偏。防渗墙典型槽段长度为7 m，一、二期槽孔均分为三主两副，钻孔设备主要选用CZ-6D型冲击钻机。采用槽孔孔斜控制辅助装置，做到了防渗墙成槽最大孔斜率的平均值不超过0.19%，其控制指标超出设计标准。

3.2.6 清 孔

清孔时，如果单元槽段内各孔孔深不同，清孔次序应为先浅后深。清孔采用“气举法”：成槽以后，先用抽筒对槽段进行初清，即用抽筒将槽内较大颗粒的钻渣及槽底沉渣清理出槽，再用“气举法”吸取孔底沉渣，并将经泥浆净化机净化后的泥浆返回槽内，用刷壁器清除槽段接头处的凝胶物。清槽后的泥浆性能及淤积等指标必须满足规范与设计要求。清孔换浆完成后，及时下放预埋灌浆管，并在清孔验收合格4 h内开始浇筑混凝土。

二期槽孔清孔换浆结束前，应分段刷洗槽段接头混凝土孔壁的泥皮，以达到刷子与钻头上不再带有泥屑及槽底淤积层厚不再增加为准。

3.2.7 灌浆预埋管施工

(1) 预埋管的布置。根据预埋灌浆管的间距、槽孔长度与深度、防渗墙浇筑导管的布设要求确定防渗墙中需要埋设灌浆管的根数和位置。一般加工制作成可埋设3孔灌浆管的整体支架；对于特殊槽段或特殊部位，则根据实际槽孔情况单独制作；一定要确保相邻灌浆管的间距为200 cm，并随时注意调整一期槽孔与二期槽孔端头部位相邻两灌浆管的间距为200 cm。

(2)预埋灌浆管桁架的制作。根据设计要求，预埋管选用Φ110钢管连接而成，单根钢管的考虑长度为12 m，预埋管最大下设深度为51 m。桁架用φ25钢筋焊接制作。下设过程中，第一个桁架距孔底按3 m控制，其他每隔12 m下设一个，以起到对预埋管的定位和控制孔斜的作用。

(3)预埋管的下设。当槽孔清孔验收合格后，采用25 t吊车在槽孔现场起吊下设。初步对中后校正上、下两根预埋钢管的垂直度，待其偏斜率符合要求后，桁架与预埋管用电焊点焊的方式固定，基本固定后再分组连接上、下灌浆预埋管。预埋管的连接采用丝扣形式进行上下连接。为防止下设过程中管件脱落，每根预埋管外侧设置3道连接加强钢筋。下设结束后，对管口进行保护，防止混凝土进入管内。

(4)预埋灌浆管施工质量的控制与检测。

①预埋灌浆管应具有足够的强度和刚度，管接头应牢固，下设前应先在地面上组装，检查其是否顺直，其弯曲度应小于0.6%。

②埋设过程中要注意保持预埋管的垂直度，特别是上、下两根预埋管的连接应保持对正。

③在防渗墙混凝土浇筑过程中，严格控制浇筑速度，如果浇筑管混凝土速度上升过快且上升不均匀，极易导致浇筑管倾斜和定位架造成刮卡而引起埋管事故，因此，应保证混凝土均匀上升且需及时提升浇筑管。

④应保护好预埋管，防止异物坠入。

3.2.8 墙段连接的施工

(1)防渗墙墙段连接采用“接头管法”施工，一期槽段清孔验收完成后，在一期槽两端孔处下设接头管。下设前应检查并确保接头管底阀开闭正常、底管内的淤积清除完毕、接头管的卡片是否齐全、锁块活动自如等。接头管下设完成后需保证其在孔内的垂直度。

(2)一期槽段开始浇筑时，通过混凝土现场取样试验确定混凝土的初凝、终凝时间，从而确定接头管的起拔时间。

(3)安排专职人员负责接头管的起拔，随时掌握混凝土面的深度和接头管的埋深情况，准确检测混凝土的初、终凝时间，随时观察接头管的起拔力，避免发生铸管事故。

3.2.9 接头清理

在二期槽成槽施工完成后、预埋灌浆管下设前，对相应的接头孔采用专用装置进行清理。接头清理合格的标准按有关要求执行，合格后进行下一工序施工。

3.2.10 混凝土浇筑

混凝土的拌制由系统拌和楼统一拌制，采用10 m3罐车将混凝土运输到各个浇筑面进行浇筑。

混凝土浇筑使用直径不小于250 mm的导管。导管下设前，事先在地面进行导管组合，使每根不同位置的导管能够适应其所处位置的孔深情况。导管组合完毕，认真作好记录，以便指导其下设和拆除。

浇筑导管的下设根据工程实际情况选用合适的设备，导管间距需满足设计与规范要求。

混凝土浇筑采用“直升导管法”。开浇前，将橡皮球放入导管中隔离泥浆。在浇筑过程中，槽口设现场技术员观测，根据浇筑导管的混凝土埋深情况起拔和拆卸导管。混凝土浇筑要求连续、均匀上升，直至达到设计高程，终止混凝土浇筑后拔出导管。

3.2.11 完工清场

防渗墙施工完成后，按照有关要求做到工完场清，工作面移交，进行下一工序施工。

4 实施效果

采用高海拔高寒峡谷巨孤漂石地层混凝土防渗墙施工技术，对巨孤漂石进行预处理，通过三维地质可视化建模、物探CT、孔内摄像等基覆界线判定综合集成技术，实现了防渗墙优质、高效施工，其质量检查成果见表1。

表1 质量检查成果表

5 结 语

西藏大古水电站围堰防渗墙地层巨孤漂石含量高，强度大，防渗墙施工工期紧，工程量较大，巨孤漂石地层成槽难度大，施工质量难以保证。我公司在西藏大古水电站围堰防渗墙施工过程中研究并应用的高海拔高寒峡谷巨孤漂石地层混凝土防渗墙施工技术较好地解决了防渗墙成槽的难题，该技术的特点为：

(1)常规的钻孔取芯判断地层覆盖层与基岩的分界线在地层起伏不大的条件下十分实用，其主要是通过单点取样，然后通过地质剖面连线以确定某一区域的基岩与覆盖层的分界线，但以上技术仅在常规地质条件下适用。对于像雅鲁藏布江深V峡谷河段花岗岩性巨孤漂石地层基覆界线判定难、处理难度大、孔斜控制难度大等技术难题则需采用巨孤漂石预爆、物探检测(电磁波CT、钻孔录像及单孔声波)和三维地质可视化等基覆界线判定综合集成技术，方可实现对覆盖层中巨孤漂石的精准定位和基覆界线的准确判定，解决了传统单一方式易将巨孤漂石判定为基岩的弊端。

(2)针对巨孤漂石地层条件，采用超前同轴钻孔精准预爆技术与新型导向槽一体浇筑、槽孔孔斜控制辅助装置等，能够高效解决全孔多次爆破对地层扰动大、孔斜控制难度大、回填块石架空漏失地层漏浆塌孔的难题。

(3)针对高海拔峡谷高寒气候环境和防渗墙透水系数要求指标高的特点，通过调整混凝土抗压强度指标，增设抗渗、抗冻指标等参数(将塑性混凝土调整为刚性混凝土)，可以避免混凝土施工期冻裂影响防渗质量的情况发生。

(4)针对该技术研发的环状和条状钻具耐磨防护装置、高架回转式钻具修复装置[5]解决了花岗岩地层施工中钻具磨损严重、钻具修复频率高的难题。以上装置的研发，加快了施工进度，降低了劳动强度，对高海拔高寒环境下作业工人的职业健康与劳动保护产生了积极的作用，同时，也解决了高原环境施工效率低的问题。

该技术适用于高海拔高寒峡谷巨孤漂石地层条件下水利水电工程土石围堰、堆石坝等工程的混凝土防渗墙施工，对一般地区巨孤漂石地层条件下的混凝土防渗墙施工亦有借鉴作用。