寇 文 博
(中国水利水电第五工程局有限公司，四川 成都 610066)
摘 要：广东清远抽水蓄能电站引水隧洞中平洞V类围岩洞段地质情况极其复杂，钻孔过程中易发生涌沙、涌泥。该洞段由于水泥浆液可灌性差等原因，还需进行化学灌浆。施工过程中，针对实际情况采用了适宜的灌浆参数和正确的施工工艺，并实施了多种有效的灌浆质量检测方法，取得了较好的效果。
关键词：V类围岩；灌浆参数； 施工工艺；质量检查；清远抽水蓄能电站
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1 280 MW，水库正常蓄水位高程为612.5 m，设计洪水位高程为613.13 m，上库死水位高程为587 m。枢纽工程由上水库、下水库、引水发电系统组成。
V类围岩洞段位于水道系统的中平洞上游(Y0+607.5～Y0+649.5),处理长度为42 m。该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。
该洞段在短短的42 m长度范围内存在4条断层、3组节理裂隙，地质构造异常复杂(图1)。
图1 中平洞纵剖面地质构造图
(1)断 层。
该洞段开挖时揭露出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：
f413断层产状为N74°W/SW∠80°,宽0.1～0.4 m，断层带物质为全风化硅化构造角砾岩，围岩中见高岭土化蚀变，沿断层带有地下水渗滴状出露。
f24断层产状为N70°W/SW∠75°～80°,由三条平行的断层组成，宽度分别为1.5 m、2 m和1 m，断层带物质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=5～6 L/min)，受断层f20及其平行裂隙的相互切割，该断层的围岩极不稳定， 开挖时出现塌方现象。
f20断层产状为N24°E/NW∠85°，宽1 m，断层带物质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，造成该段围岩不稳定。
f80断层产状为EW/S∠80°，宽2 m，断层带物质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：该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，呈张开状，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定。
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，使断层处围岩不稳定。
(3)地下水。
该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。
(1)将该洞段灌浆量增加到10 440 m，孔深为12 m，原投标文件中的施工工艺已不能适应实际现场施工要求。
(2)根据灌浆检查情况，工程量呈渐进式增加，而隧洞原定充水工期不变。
(3)该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该洞段交汇，在钻进过程中易发生卡钻，部分灌浆孔流沙、涌泥形成塌孔。
(4)该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、锁脚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。
由于该部位工程量的大量增加，且在隧洞充水工期不变的情况下，采取了一系列赶工应对措施。针对地质情况复杂的现状，改进了施工工艺，采用地质钻机回旋钻进与冲击钻进相结合及分段多循环灌浆的施工工艺；在灌浆过程中，采用复合灌浆的施工工艺，保证了灌浆质量；灌浆结束后，采用多种方法检查灌浆质量，有效地保证了该洞段的灌浆质量。
3.1 加快钻灌的施工措施
建立了施工项目进度和质量控制的组织系统及目标控制体系，成立了快速应变工作小组，发现问题当场解决，不推不拖，化解矛盾，减少了工期损失并增加了资源投入。
为加快钻灌进度，将2台地质钻机固定在钻灌平台上，将钻机的回转器中心处于隧洞中心线上。2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，尽量完成同序灌浆孔的钻孔施工。
该段灌浆以水泥灌浆为主，化学灌浆为辅，在水泥灌浆结束后进行化学灌浆补强。
(1)水泥灌浆参数。
在Y0+607.582～Y0+649.582Ⅴ类围岩段，固结灌浆为每圈15个孔，排距1.5 m，入岩12 m，将灌浆压力控制在4.5 MPa。每孔分为两个灌浆段，第一段钻进长度为6 m，将栓塞置于混凝土衬体内逐级加压施灌，以4.5 MPa压力结束灌浆。第二段钻进长度为设计孔深，将栓塞置于已灌浆段内1 m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。
(2)化学灌浆参数。
中平洞V类围岩化学灌浆处理总长度为42 m，分三个单元，每个单元为14 m长，9或10环，排距为1.5 m,孔间距约2 m,每环布置15个灌浆孔。灌浆孔采用梅花型布置，分两序进行灌浆。采用纯压式全孔一次灌浆法，钻入基岩7.5 m为1段，阻塞于基岩50 cm处或阻塞于混凝土内进行化学灌浆，化学灌浆压力为4.5 MPa。
(3)钻孔工艺。
采用正确的钻孔工艺。利用XY-2型地质钻钻孔，采用前期混凝土施工预埋灌浆管的办法。前期采用金刚石钻头回旋钻进，磨穿位于开挖线外的工字钢、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。当钻孔钻进1 m后，将回旋钻头更换为冲击钻头，避免了打断衬砌钢筋且有效地解决了钻孔过程中的卡钻现象，提高了施工效率，保证了隧洞充水工期。
上述灌浆参数和施工方法的实施，有效地解决了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、压水吕荣值较大的问题；同时解决了该段断层交错发育、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、涌泥的问题。
3.2 多种灌浆质量检测方法相结合
该洞段在灌浆结束后，按规范要求进行了回填灌浆的压浆试验及固结灌浆的压水试验。
中平洞作为高水头电站的关键建筑物,须根据洞内静水压力设计最小覆盖厚度,并要求洞内静水压力小于围岩最小地应力。对于断层破碎带，需校核断层结构的抗劈裂强度。另外，为校核衬砌和围岩结构系统的稳定性和防渗性能，需对钻孔实施该段岩体的压水试验、声波试验、钻孔取芯及弹模试验，获得该部位岩体的抗渗性能、弹性模量与变形模量。钻孔变形试验与地质取芯、高压压水、水力劈裂试验共用钻孔。中平洞塌方段水泥化学灌浆钻孔变形试验在水泥灌浆后、化灌前布置了3个孔，化灌后布置了5个孔，具体孔位布置由设计、业主和监理指定。
声波检测分三个阶段进行检查：阶段Ⅰ(固结灌浆前)，阶段Ⅱ(水泥灌浆结束后28 d)，阶段III(化学灌浆结束后28 d)。通过对比不同阶段的检测成果，对灌浆效果进行了分析，其中第三方检测在化学灌浆结束后28 d进行。声波检测成果见表1。
表1 Ⅴ类围岩洞段各阶段声波检测成果表
测试段：Ⅴ类围岩洞段桩号孔位β/°测点测距/m孔深/m阶段Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ波速/m·s-1Y0+640～Y0+637．52251～21．97．6214030763507Y0+637．5～Y0+6352252～32．47．6209532523516Y0+635～Y0+632．52253～42．45．4198532953526Y0+632．5～Y0+6302254～52．55．4175535073584
弹模检测分两个阶段进行检查：阶段Ⅰ(固结灌浆后)，阶段Ⅱ(化学灌浆结束后28 d)。通过对比不同阶段的检测成果，对灌浆效果进行分析。
变形试验采用CJBE91-Ⅰ型钻孔弹模仪，该钻孔弹模仪最大工作压力可达70 MPa，活塞最大行程为15 mm，变形量测精度达0.001 mm。试验利用仪器内部的四个千斤顶活塞推动两块刚性承压板对钻孔壁岩体施加一对称的条带荷载。在承压板上装有LVDT线性差动变压器式位移传感器，用于测量钻孔孔壁岩体在加载时的径向变形。
分段压水检查的分段压水段长1.5 m，采用分段钻进、分段压水的方式。第一段栓塞须位于混凝土衬砌上，以检查混凝土衬砌和围岩交界处的薄弱部位，压力为1 MPa；第一段后，以充分取得蚀变带或破碎带段压水试验值为原则，可以适当调整压水塞位。中平洞检查压力为3.6 MPa。
高压压水检查分两个阶段进行检查：阶段Ⅰ(固结灌浆前)，阶段Ⅱ(化学灌浆结束后28 d)。通过对比不同阶段检查成果，对灌浆效果进行分析。多点压水栓塞位于断层以外0.5 m，试验压力以1MPa为级差逐级升压至4.5 MPa。
钻孔取芯检查严格按照设计布置的取芯孔进行施工，取芯采用双套管小进尺进行，对于蚀变带或破碎带尽可能采用干钻，采取率要求达到85%以上；岩芯要按顺序摆放，每回次进尺必须详细记录清楚。
为保证灌浆质量检查的科学性、客观性、准确性，该洞段还引入了第三方检测，最终检测成果显示该洞段灌后平均最大透水率仅为0.31 Lu，远小于设计不大于1 Lu的灌浆质量防渗要求。具体试验统计参数见表2。
表2 Ⅴ类围岩洞段灌浆检查孔压水试验(第三方检测)统计表
单元灌浆部位检查孔数量/个透水率 /Lu最小值最大值平均值1Y0+606～Y0+621．550．080．370．212Y0+621．5～Y0+635．530．250．340．313Y0+635．5～Y0+65450．180．40．27合计13
清远抽水蓄能电站在中平洞灌浆施工过程中，克服了工作面狭小、地质条件差、工作任务量大、施工难度大的难题，采取了正确的灌浆参数和适宜的灌浆施工工艺以及多种质量检查试验相结合的措施，有效地提高了隧洞灌浆的施工进度，取得了良好的灌浆效果。
(责任编辑：李燕辉)
收稿日期：2017-04-23
中图分类号：TV7;TV554；TV743；TV543
文献标识码：B
文章编号：1001-2184(2017)03-0075-04
作者简介：
寇文博(1987-)，男，河北衡水人，项目工程质量部主任，助理工程师，从事水利水电工程施工技术与管理工作.
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