白莲河抽水蓄能电站堵头漏水处理技术及堵头灌浆设计探讨

摘要：白莲河抽水蓄能电站在发电前做充水实验时，发现各施工支洞堵头存在不同程度的渗漏水现象，这给工程结构、工程的稳定及安全运行带来了很大的潜在危险。经过业主及相关单位的多次开会研究，决定对各施工支洞堵头进行堵漏和加强固结（锥形帷幕）施工。本文对该项工程的施工材料、技术方案及堵头灌浆设计进行了阐述和探讨。

关键词：抽水蓄能电站；施工支洞堵头；渗漏水处理技术；灌浆设计探讨

Abstract: Bailianhe Pumped Storage Power Station in power before the water filling experiment. found the tunnel plug exists different degree of water leakage phenomenon, this engineering structure.stable and safe operation of the project has brought great potential danger. After the owners and the relevant units repeatedly to research, decide on various construction branch hole plug for plugging and strengthen consolidation ( cone curtain ) construction. This article on the project's construction materials, technical scheme and a plug head grouting design are discussed.

Key words: pumped storage power station；tunnel plug；leakage treatment technology；grouting design discussion

中图分类号：TV74 文献标识码： A 文章编号：

1 工程概况

白莲河抽水蓄能电站位于湖北省黄冈市罗田县白莲河乡境内，距武汉市公路里程143km，白莲河水库右坝头上游侧。本工程为I等大（I）型工程，枢纽工程的永久性建筑物主要包括上库主坝、①副坝、②副坝、③副坝、输水系统和地下厂房系统等建筑物，下库为上世纪60年代初建成的白莲河水库。电站总装机1200MW，装有4台单机容量为300MW的可逆式电动发电机组，设计年发峰荷电量9.67亿kw・h，年抽水耗用低谷电量12.89亿kw・h。电站建成后，以500KV电压等级一回出线接入系统，服务于华中电网和湖北电网，承担系统填谷、调峰、紧急事故备用、调频、调相等任务，对保障电网安全稳定和提高经济运行水平具有重要作用。

在发电前做充水实验时，业主、监理、设计及施工单位对引水流道系统进行了渗漏水情况联合检查，结果发现各个施工支洞封堵段堵头有不同程度渗漏水情况，这给工程结构、工程的稳定及安全运行带来了很大的潜在危险。经过业主及相关单位的多次开会研究，决定对各施工支洞堵头进行堵漏和加强固结（锥形帷幕）施工。

2 渗漏情况

1#堵头靠1#引水洞内侧有漏水情况，分别在堵头部位的施工缝和进人口位置，上游侧施工缝水流呈喷射状，进人口位置有成股水流流出相对较小。

2#外堵头砼与岩石接触面周围有渗漏水情况，两侧缝中渗水量较顶拱大，底部两角有很小的水流流出，接触灌浆管也有水流出，整体渗水量较小。

3#堵头# 靠1#引水洞内侧有漏水情况，漏水最大的部位是进人口后封堵的钢板焊缝及与混凝土周边的结合缝，漏水点分布在钢板四周，四角较为明显，水从缝中喷射而出，钢板上部漏水量较下部要大，其水压也比较大，并且在堵头上下游位置的混凝土结构缝、施工缝以及部分裂缝都有不同程度的漏水情况。

4#外堵头砼与岩石接触面周围都有渗漏水情况，顶拱部位有一股水流漏出，漏水量较大，两侧漏水沿岩石结合缝中流出，但较顶拱漏水量小，两侧预埋的接触灌浆管也有成股水流出。

3 渗漏原因分析

根据各个不同部位的实际渗漏水情况对比并通过回顾和总结当时施工情况，经各相关单位多次会议分析其主要原因为：

1.混凝土本身的收缩性而致。由于混凝土有个降温收缩过程，在未达到最终稳定前，在各个不同时段有不同程度的收缩，这样必然与岩石及钢板接触面产生不同程度的收缩缝隙，在大的水头压力下，缝隙张开从而出现不同程度的渗漏水情况。

2.岩石松动圈的渗漏而致。因为在隧洞开挖爆破时会影响到周围岩体的整体性，由于爆破力致使围岩结构受到影响，使洞壁围岩产生一定范围的岩石松动圈，致使存在不同程度的裂隙，在一定的水压力下裂隙会张大从而出现不同程度的渗漏水情况。

3.水泥浆液硬化会收缩。回填灌浆后，水泥浆液会析水硬化收缩会产生缝隙，所以一次灌浆不能完全填充满空隙。需要进行再次回填复灌，但是由于回填灌浆是预埋管进行的，一次回填后无法进行再次回填。

4.堵头完全浇注后，只在堵头两侧做了灌浆，大部分堵头没有设置固结灌浆和接缝灌浆。

5.接触灌浆材料采用42.5级普通硅酸盐水泥颗粒粗大，可灌性差，细小裂隙灌注不好。

4 渗漏水处理措施

针对充水实验所暴露的各堵头不同程度的渗漏水问题，经研究分析并借鉴和查考其他同类工程的施工经验，主要采取漏水点封堵，混凝土接缝灌浆，岩石松动圈加强固结灌浆（锥形帷幕）等有效处理措施对堵头渗漏部位进行处理。本措施主要依据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范》DL/T5148―2001。

5 渗漏水处理技术

5.1 施工工序

漏水通道封堵灌浆 3d加强固结灌浆 7d压水实验 检查验收

5.2 灌浆工艺流程

钻孔 压水 制浆 灌浆 封孔

5.3 渗漏水处理技术

5.3.1漏水通道查找及封堵技术

在2#引水洞做充水实验时，先在1#引水洞和各施工支洞外堵头位置找到渗漏水位置，找到后作好标记。待2#引水洞的水放空后,在2#引水洞堵头周围寻找渗漏水位置，若没有明显渗漏水痕迹则可采用钻孔压水法寻找。为了满足业主首台机组的发电时间，找到渗漏水通道后，先进行2#引水洞内的堵头端钻孔灌浆，后进行2#引水洞堵头端和各支洞堵头端的钻孔灌浆。

钻孔采用气腿式YT28型手风钻进行,孔径为50cm，孔深控制为1.5米之间，孔位布置见图1。灌浆采用纯压式灌浆方法进行灌浆,从较低孔处开始，逐渐向高处孔推进，在灌浆过程中出现漏浆、冒浆和串浆时，根据实际情况进行有效的封堵。灌浆材料采用PO52.5普通硅酸盐水泥，浆液水灰比为0.5：1和0.6：1，考虑到水泥浆液的硬化收缩性，在水泥浆液中添加膨胀剂（如：mgo等），用量范围约为水泥质量的 0.3％～1.0％。灌浆压力控制在0.3～1.0Mpa之内，在灌浆过程时，从低压慢慢注浆，待不吸浆时，逐步升到高压进行灌注。灌浆结束标准：在规定压力下停止吸浆后，继续灌注10分钟，即可结束，结束时先关闭出浆阀门，后关闭进浆阀门，结束后将灌浆塞继续留在孔内，待孔内浆液凝固时拔下灌浆塞，用环氧沙浆将孔塞段封填密实，孔口压抹平整。

因混凝土是分期打起的，所以混凝土分缝应该是薄弱点，在各堵头端对混凝土的水平分缝进行灌浆，灌浆材料采用超细水泥，水灰比采用0.5：1，压力不低于1.0Mpa。

5.3.2岩石松动圈加强固结灌浆（锥形帷幕）

⑴孔位布置：见图2

⑵钻孔：采用YT28型手风钻进行，孔径为50mm。

⑶钻孔冲洗：钻孔结束后，采用压力水进行孔壁冲洗，即在灌浆前，下设灌浆塞进行裂隙冲洗，冲洗水压力为灌浆压力的80%，最大压力不超过1Mpa。裂隙冲洗应冲洗至回清水后10min结束，对于回水达不到澄清要求的孔段，应继续进行冲洗，孔内残余的沉淀物厚度不得超过20cm；当临近有正在灌浆的孔或临近灌浆孔结束不足24h时，不得进行裂隙冲洗；裂隙冲洗结束24h后没有灌浆时，灌浆前应重新进行裂隙冲洗。

⑷制浆：

①灌浆材料：灌浆水泥选用PO52.5普通硅酸盐水泥和超细水泥，根据实际施工要求和经济考虑，本工程上平段加强固结前一环采用PO52.5普通硅酸盐水泥，第二环采用超细水泥；中平段加强固结除个别孔外，其余均采用超细水泥灌注；用水为纯净淡水（符合混凝土拌和用水要求即可）。

②制浆时水泥等固相材料进行称量，称量误差应小于5%；

③浆液搅拌采用高速搅拌机，搅拌机转速为1440r/min，搅拌时间不少于30s；浆液温度保持在5～40C，超出此范围的浆液视为废浆；浆液使用前应过筛，从开始制备到用完时间不能超过4h，否则应予以弃掉。

⑸灌浆方法和灌浆水灰比：Ⅰ和Ⅱ序环灌浆采用纯压式灌浆法，Ⅲ序环或不进浆孔采用孔内循环灌浆法。水灰比：采用2：1、1：1、0.8：1、0.5：1两个比级进行，开灌比为2：1。

⑹灌浆设备：采用3SNS型注浆泵注浆，采用自动记录仪进行记录灌浆全过程。

⑺灌浆压力：分三个等级，Ⅰ序环压力为1.0 Mpa，Ⅱ序环压力2.0 Mpa，Ⅲ环压力3.0 Mpa。

⑻灌前压水：灌前压水采用简易压水，压力为灌浆压力的80%，最大压力不超过1.0 Mpa。

⑻灌浆分序：灌浆采用环间分序，环内加密的原则进行。

⑼浆液变换原则：当灌浆压力保持不变，注入率持续减少时，或注入率不变而压力持续升高时，不得改变水灰；当某级浆液注入量已达300L以上，或灌浆时间已达30 min，而灌浆压力和注入率均无改变或者改变不显著时，应改浓一级水灰比；当注入率大于30L/ min，可根据具体情况变浓。

⑽结束条件：在设计压力下，吸浆量小于或等于1L/min,持续30 min,灌浆即可结束。

⑾封孔：灌浆孔结束时，先关闭灌浆塞出浆管阀门，然后关闭进浆管阀门，待孔内浆液凝固（1.5小时）时，取出灌浆塞，灌浆塞孔段，用环氧沙浆进行封堵。

⑿特殊情况处理：

①灌浆作业应连续进行，如果因故中断，应及早恢复灌浆，若中断时间超过30min，应在冲孔至设计孔深后复灌；如果中断后的注入率不小于中断前注入率的50%，则认为该孔段合格，否则，应重新钻孔灌浆。

②灌浆过程中如果发生和相临孔串浆，若有条件，可进行并灌，如果不行，则将该串浆孔封堵，待此孔灌浆结束后，扫孔复灌；若被串孔正在进行钻孔，应立即停止钻孔，并对该孔进行有效的封堵。

③当灌浆孔内灌入水泥量超过一定数量而注入率和压力均无明显变化时，采用降压、间歇灌浆等方法处理。

⒀质量检查：采用单点压水法进行检查,压水实验在灌浆完成3天或7天后进行。压力为1.0 Mpa。压水检查孔由现场监理指定，透水率小于设计防渗要求为合格。

6 堵头灌浆设计探讨

6.1 设置灌浆廊道

当堵头混凝土浇筑水平长度超过15.0m时，无论围岩级别高低都应设置灌浆廊道，堵头实心段混凝土根据引水洞水头压力一般设计水平长度为10.0m左右即可。

设置灌浆廊道的好处是实心段两侧距离较近，灌浆效果较好，在廊道里进行锥形固结灌浆简洁方便。

6.2 预埋灌浆管

由于锥形布置的固结灌浆孔是放射状的，所以在混凝土浇筑前应预埋钢管，避免打穿冷却水管、观测仪器及引出电缆线。

6.3 锥形固结灌浆

6.3.1 实心段锥形固结灌浆

在实心段两侧根据围岩级别设计锥形固结灌浆，一般不少于两环，终孔孔径不小于ф38mm，入岩一般不低于3.0m。

6.3.2 空心段锥形固结灌浆

空心段锥形固结灌浆在廊道内分环呈梅花型布置，环间距根据围岩级别设计，一般采用2.0m左右。

6.3.3 锥形固结灌浆材料

锥形固结灌浆材料采用不低于52.5级的水泥湿磨浆液或超细水泥，用高压注浆泵进行高压灌注。

6.4 堵头混凝土水平缝灌浆

堵头混凝土由于施工要求或施工干扰往往易行成水平施工缝，所以在这些水平施工缝部位应实行接缝灌浆。

6.5 冷却水管灌浆封闭

当混凝土温度降到20°C后要对各封堵段混凝土冷却水管进行封堵。封堵采用52.5普通硅酸盐水泥，进行纯压水泥浆灌浆封堵，确保封堵密实，水灰比建议为0.5：1；浆液中掺入4%的MgO；灌浆压力不小于1.5MPa，闭浆时间为60min；灌浆完成后冷却水管进出口要封闭好。

7 结 语

白莲河抽水蓄能电站通过再次充水实验证明，此次堵头渗漏水处理是非常成功的，充水完成后除2#外堵头有少量渗水外，其余堵头均无明显渗漏现象。

渗漏水现象在任何地下工程的堵头施工中都会存在，除了设计单位要根据工程实际设计周全到位和施工单位要严格认真按设计图纸施工外，在做充水实验时要跟踪检查每个堵头部位，若只有少量渗漏水现象最好在有压力水头下对渗漏部位进行灌浆处理。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。