抽水蓄能电站高压隧洞渗水处理技术研究

廖晟

浙江华东工程咨询有限公司 浙江杭州 310000

1 概述

某抽水蓄能电站工程装机容量1200MW，采用一洞四机布置，纵剖面设两级斜井，水道总长4723米，其中：引水系统长3468m。引水隧洞中平洞连接上斜井与下斜井，纵坡3．0%，长度954m，开挖断面尺寸Ф10．7m，采用钢筋混凝土衬砌结构，衬砌后断面尺寸Ф9．5m。中平洞高程EL．130m～EL．100m，水头约400m。中平洞开挖揭示岩隙渗水特点为渗水点多、渗水量大、渗水点分布广，主要渗水点集中部位有十处，其中较大渗水点分布在Y2+077、Y2+148、Y2+166、Y2+210、Y2+220等桩号附近，以上部位渗水多分布在边拱顶部位，呈“水帘状”。经现场测算核定，某年5月～12月中平洞平均渗水量分别为161．7、165．2、175．0、157．6、145．7、153．9、154．6、158．7（ m3/h），测算结果表明，从丰水季节到枯水季节渗水量变化不大。针对中平洞渗水量大、持续时间较长的情况，需在渗水量较大部位，采取必要措施才能保证衬砌混凝土正常施工。混凝土衬砌完成后需采取一系列灌浆措施使中平洞渗水洞段达到设计防渗要求，确保高压隧洞充水试验一次成功，以及后期的安全可靠运行[1]。

2 开挖阶段渗水处理

在中平洞开挖期间，针对岩面裂隙水外渗严重部位，为做好渗水的引排，共打设φ50排水孔141个，根据现场造孔过程中渗水改善情况不同，排水孔孔深2～6m不等。施工过程中对排水孔高程、桩号进行标记，建立排水孔台账。裂隙渗水通过排水孔流出，渗水量大的通过管路、顶拱U型铁皮引排至排水沟，通过排水沟汇集至洞内集水池，再用水泵抽排至洞外。

3 混凝土衬砌阶段渗水处理

中平洞混凝土衬砌采用针梁钢模台车，每仓浇筑长度为9m。在中平洞混凝土衬砌施工期间，对相应部位边顶拱、底拱渗水采取了封闭、汇集、接管引排等措施，保证衬砌混凝土干地施工条件。

3.1 边顶拱渗水处理

（1）较大集中渗水处理措施。在顶拱用膨胀螺栓将 “方形集水盒”固定在基岩面上，然后用快干水泥封堵集水盒周边，集水盒侧边预留排水孔，将渗水沿顶拱通过2寸镀锌钢管引排至底拱两侧4寸主排水管。镀锌钢管在集水盒排水孔50cm范围内设置三通管，针梁钢模台车衬砌施工至该渗水点时，将三通管非排水端接引至与模板贴合，管端采用塑料塞临时封堵防止渗水流出。该三通非排水端用于后期灌浆预留管路。（2）较大分散渗水处理措施。针对较大分散渗水，收集引排难度相对较大。在顶拱用膨胀螺栓将预先加工好的“U型薄铁皮”固定在基岩面上，U型薄铁皮的尺寸根据实际渗水点流量及范围加工，安装时周边应紧贴岩面，并用快干水泥封堵。U型薄铁皮上焊接一根2寸镀锌钢管，将渗水沿顶拱引排至侧墙主排水管。避开U型薄铁皮与排水管接缝处安装三通管，该三通非排水端作为后期灌浆预留管路[2]。（3）较小集中渗水处理措施。渗水较小且已打设排水孔并能有效收集渗水的渗水点，采用1寸镀锌钢管插入排水孔，在衬砌施工至该渗水面时采用软管将渗水引排至底拱两侧4寸排水主管进行引排。在排水孔基岩位置垂直基岩面埋设一根2寸镀锌钢管，钢管两端采用土工布进行封堵，作为后期排水孔灌浆预埋管路。

3.2 底拱渗水处理

底拱渗水大部分属于裂隙条状渗水，裂隙渗水面较宽。经研究，现场采用手风钻在较大渗水裂隙处沿裂隙方向打设排水孔，孔深在1～3m，采用2寸镀锌钢管引出，条状裂隙采用快干水泥进行封堵，使渗水不再经裂隙而是通过预埋管路排出，在衬砌施工过程中将预埋钢管通过模板观察振捣孔引出，接软管排出仓外。在渗水基岩处垂直岩面埋设2寸镀锌钢管，作为后期排水孔灌浆预埋管路。

4 混凝土衬砌后灌浆处理措施

中平洞混凝土衬砌后，根据地质条件，结合系统灌浆设计，针对渗水洞段采取了针对性的灌浆处理措施。主要是在系统回填和固结灌浆的基础上，针对断层破碎带布置了随机灌浆孔；根据现场地质情况及灌浆情况，对灌浆耗量较大孔（单耗超过50kg/m）周边进行加密灌浆处理；针对渗水洞段排水孔增加了排水孔灌浆；对透水断层带采取了深孔灌浆措施；另外，针对渗水洞段，采取了化灌封孔措施。中平洞灌浆顺序为：回填灌浆→系统固结灌浆和断层破碎带随机孔固结灌浆→对灌浆超耗孔（单耗超过50kg/m）周边进行加密灌浆处理（即III序孔）→排水孔灌浆→透水断层深孔灌浆→化学灌浆。

4.1 系统灌浆处理措施

（1）回填灌浆：中平洞回填灌浆分为Ⅰ、Ⅱ序施工，设计在隧洞顶拱120°范围内进行回填灌浆，设计排距为2．5/2．0m，每排4-5个孔，环间分序，秩序为低处往高处施灌。灌浆压力0．5Mpa，采用纯水泥浆进行灌注，水灰比 0．6：1 或 0．5：1，水泥采用 P．O42．5水泥。（2）固结灌浆：①水泥固结灌浆。设计按1．2～1．5倍隧洞静水头考虑，中平洞最大灌浆压力6MPa，灌浆孔深：5．0m（Ⅰ～Ⅱ类围岩）/7．0m（Ⅲ～Ⅳ类围岩）；灌浆排距2．0m，每排15孔。现场进行了高压固结灌浆试验，确定的主要灌浆参数为：固结灌浆按环间分序、环内从底孔到顶孔灌注的原则施工，奇数环孔为一序环，偶数环孔为二序环；高压固结灌浆采用纯压式灌浆；中平洞I、II类围岩采用全孔一次灌浆法施工，中平洞Ⅲ类围岩段采用由浅入深分段灌浆施工，同一灌浆孔分段灌浆时间间隔不少于3天。②化学灌浆。对中平洞的III类围岩洞段及断层裂隙发育带进行针对性化学灌浆，灌浆排距2．0m，每排15孔，梅花型布置，灌浆孔深5．0m，灌浆压力为5．5Mpa。另外，为保证高压水道关键部位的灌浆效果，对中平洞的部分水泥固结灌浆孔采用化学灌浆封孔，封孔压力为1MPa。化学灌浆材料采用HK-G-2型环氧材料，采用纯压式全孔一次性灌浆法，阻塞位置为入岩0．5m。采用环间分序，从低处向高处按排序灌注，环内从底孔至顶孔灌注。

4.2 断层破碎带的加强灌浆处理措施

根据中平洞开挖揭示的断层、裂隙等地质构造情况，对14条断层破碎带进行针对性加强灌浆处理。在隧洞衬砌混凝土浇筑前，正对断层的位置进行钻孔并预埋灌浆管。钻孔孔向在断层平面上并通过隧洞中心线，孔距2．0m，钻孔后埋入2寸黑铁管，黑铁管入岩埋深不小于400mm，固定好黑铁管并确保混凝土浇筑后能找到黑铁管及顺着黑铁管继续钻孔，在系统灌浆结束后再钻孔进行断层破碎带灌浆，断层灌浆孔孔深为入岩7．0m，水泥灌浆压力6．0MPa，水泥灌浆结束后扫孔至入岩5．0m进行化学灌浆，化学灌浆压力5．0MPa，按从低处往高处且环内分两序加密的原则灌注。

4.3 灌浆耗量较大孔的加密灌浆措施

参考类似工程经验，结合现场灌浆效果和地质素描资料，为提高水道固结灌浆圈防渗效果，对中平洞部分洞段采取强化灌浆措施，即针对部分洞段系统固结灌浆单耗超过50kg/m的孔采取“1+4”、“1+3”或“1+2”加密方式进行灌浆，孔深根据不同部位为：入岩5～8m，加密孔孔位、孔向根据地质素描资料现场确定，灌浆压力、灌浆方式与系统灌浆相同[3]。

4.4 排水孔的灌浆处理措施

在中平洞前期开挖及混凝土衬砌期间，根据现场涌水、渗水情况，针对断层渗水部位布置了排水孔。混凝土浇筑完成后需对排水孔进行灌浆处理，排水孔灌浆处理措施如下：①在排水孔周圈孔按“1+4”原则，环内环间布置4个水泥固结灌浆孔，灌浆孔与排水孔相距1．0m，灌浆孔孔深为入岩7m，灌浆压力为6Mpa。②针对预埋排水孔进行化学灌浆，孔深为入岩5m，灌浆压力控制在3．0～3．5MPa。③针对水泥灌浆孔扫孔至入岩1m进行化学灌浆封孔，封孔压力为1MPa。

4.5 透水断层带的深孔灌浆处理措施

为保证中平洞透水断层带洞段的固结灌浆效果，结合中平洞地质构造及开挖后地质素描图分析，对中平洞透水性断层f611、fd16、fd18、f602、f604、2#sf4布置深孔灌浆。深孔灌浆压力采用6MPa，孔深为12～15m共计90个孔，孔向为与断层裂隙小角度相交。灌浆采用由深入浅分段灌浆法，水泥灌浆结束后扫孔至入岩1m，再进行化学灌浆封孔，封孔压力1MPa。

5 结语

在高压隧洞施工过程中，通过开挖阶段打设排水孔的引排措施，以及混凝土衬砌期间对渗水点、面采取的封闭、汇集、接管引排等措施，有效解决了渗水对开挖及混凝土衬砌施工的影响，使混凝土衬砌满足干地施工条件，保证了混凝土衬砌施工质量。通过对中平洞采取回填灌浆、高压固结灌浆、深孔灌浆、化学灌浆等措施处理，有效封堵了渗水通道，把渗水堵截在固结灌浆圈外，达到了设计防渗要求，使水道系统顺利实现了充水试验一次成功的目标，并保证了高压隧洞的安全可靠运行。同时，通过研究、总结高压隧洞的渗水处理技术，可为其它类似工程提供参考和借鉴。