光照水电站导流洞1.3MPa水压力下大流量透水封堵灌浆施工

【摘 要】怎样有效封堵解决高压力大流量强透水是水电站施工过程中的一个世界性的难题。电站运行受到安全隐患，国内外还没有可以参考借鉴的成功工程案例。研究通过对光照水电站导流洞堵头1.3MPa水压力下大流量透水封堵灌浆进行技术研究并取得成功，总结出了速度快、质量可靠、施工安全、造价低的技术方案，攻克了光照水电站导流洞内高水头强透水这一水电施工的安全和技术性难题。经济效益和社会效益均都得到显著提升，与把库水放掉让库水位降下来再处理的施工方案相比较大大提高效率。

【关键词】1.3MPa水压力；大流量透水；封堵灌浆；施工技术

1 工程概况

此光照水电站装机容量1040 MW（4×260 MW），保证出力180.2MW，多年平均发电量27.54亿kWh。电站位于贵州省关岭县和晴隆县交界的北盘江中游是龙头梯级电站。总库容32.45亿m3，死库容10.98亿m3死水位EL.691m，水库正常蓄水位EL.745m。

电站下闸蓄水后，当水位上升到EL.650.2m时，导流洞永久堵头拱顶处出现缝隙引起射流，出水缝面的长度为6m，雾化状水流射出，射流水平的挑距24m，射流高程约为EL.599m，计算流量大约为1.08m3/s，流速为22m/s。同时，在导流洞上部右岸612m灌浆隧洞底板发生明显冒气情况。受到各种因素的约束，采取了在1.3MPa水压力下进行封堵灌浆的方式。前期的透水处理，采用以模袋灌浆为主、临时平压堵头作为辅助的处理方案。分为三个部分的施工方案：首先，从EL.658m灌浆廊道钻孔进行模袋灌浆施工；然后，钻孔进行砂浆、级配碎石料、麻袋棒、橡胶球抛投施工；最后，为从永久堵头下游射水处钢板强堵与模袋灌浆综合治理施工。处理措施前期虽然有一定的效果，但是库水位上升很快、高压射水的流量大、流速急，没有达到从根本上止漏，水流流量改变很小，只有水流流向及流速发生一定变化。

施工单位根据施工要求、以及场地情况，积极研究开发了“光照水电站导流洞1.3MPa水压力下大流量透水封堵” 施工技术，并且通过全国水电行业知名专家审评，从右岸EL.612m灌浆隧洞钻孔至导流洞顶部空腔进行封堵灌浆，试验结果取得成功。

2 大流量透水封堵灌浆施工方案过程

2.1分析施工作业重点

重点解决堵漏施工过程中的四个问题：

（1）在1.3MPa水压力下，施工人员和设备所处的压力风险，必须要制定专门的解决方案，处理灌浆廊道钻孔到导流洞顶部空腔处的钻孔、防孔内高压力造成返水的安全风险问题，钻穿上层和下层脱空时的高水头压力涌水封闭问题需要重点解决；

（2）解决动水工况，首先一定要将永久堵头顶部透水通道里面的水流由动水转变为相对静止工况；

（3）在问题（2）解决后，如果透水通道里面还有一定程度的动水工况，则存在局部渗流情况，灌浆材料在水下的凝结性能以及强度性问题需要处理；

（4）灌浆的时候，顶部空腔前后浆材会大量流失，是因为导流洞永久堵头顶部的贯穿性通道，直通水库，它的顶部空腔前的止水已经遭到破坏，空腔后也不能设置止浆设施，因此，尽量把灌浆材料倒进永久堵头顶部，并且需要控制浆液扩散的直径，减少灌浆材料的流失问题。

2.2施工难点的解决方法

（1）研制出“高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制装置”及“高压水头下钻孔钻杆内防高压返水安全控制装置”，集钻杆内止水、孔口封闭、排水泄压、钻灌施工安全等各项功能集于一体。成功解决了孔内高水头涌水工况下安全钻孔灌浆的难题。

（2）保持永久堵头透水通道处于相对静止状态，在永久堵头下游导流洞处进行平压，设置现浇混凝土平压堵头，内设钢闸门，方便后期灌浆效果检查，以及进入永久堵头预留廊道实施回填固结灌浆。

2.3主要施工工艺

2.3.1工艺流程

高水位封堵灌浆施工进行主要围绕“高压水头下钻孔钻杆内防高压返水安全控制设备”及“高压水头下大流量高速射流封堵钻灌孔口安全控制设备”，并且根据脱空发育情况和导流洞永久堵头透水状况进行设计制作。

封堵灌浆施工流程分为7部分：充分做好准备工作钻孔直至上层脱空状态灌浆直到结束钻孔至下层脱空状态灌浆直到结束钻孔直至堵头混凝土内0.5m灌浆直到结束。一个灌浆孔可能要进行好几次扫孔复灌，直至符合封堵的要求。

2.3.2 钻孔的设计与布置方法

在大坝右岸灌浆隧洞内与导流洞交叉的部位进行施工封堵灌浆，钻孔以大坝的右岸灌浆隧洞轴线为中心点，以模袋孔钻孔探查情况为依据，堵头上下游两端脱空较大，堵头中部脱空较小，推测无上层脱空。为了尽快堵水，5排灌浆孔在上下游进行对称布置。五排堵漏灌浆孔施工顺序为：第Ⅰ排（中间排）第Ⅱ排（上游排）第Ⅲ排（上游排与中间排之间）第Ⅳ排（下游排）第Ⅴ排（下游排与中间排之间）。其中第Ⅲ排、第Ⅴ排作为加固培厚排。

2.3.3 封堵灌浆设计

（1）封堵灌浆依照排间分序、排内要加密、同时要顾及到由低到高的原则进行施工。

（2）采用“水下不分散自流密实砂浆”两种灌浆材料，达到有效堵水的目的，前期处理施工中的抛投料及被透水破坏的围岩及混凝土进行加固，采用“水下不分散纯水泥浆”。

（3）灌注大体积脱空时，采用“孔口封闭纯压式”灌浆工艺，灌浆压力为大于孔内涌水压力0.1MPa～0.3MPa，达到设计压力情况下，注入率小于10L/min时，持续灌注10min即结束。

（4）灌注透水通道及细小裂缝时，采用孔口封闭、孔内循环灌浆工艺， “水下不分散纯水泥浆” 灌浆材料，灌浆压力为3MPa～5MPa，达到设计压力情况下，注入率小于1L/min时，持续灌注60min即结束。

3 施工安全措施

（1）认真贯彻“安全第一，预防为主，综合治理”的方针，保护施工人员的安全和健康，切实做到“安全为了生产，生产必须安全”。实行安全生产责任制，项目经理是安全生产第一责任者，严格遵守国家的安全生产的法律法规。结合施工单位具体情况和工程的具体特点，执行安全生产责任制，明确各级人员的职责，抓好工程的安全生产。

（2）精心组织，选派施工经验丰富、工作责任心强的人员进行工程施工。

（3）工程开工前，由工程技术负责人编写《施工操作细则》及《特殊部位安全施工管理规定及处罚条例》，并组织所有参加施工人员进行《特殊部位施工安全交底》。

（4） 第一个灌浆孔施工时，施工负责人必须全程监控，并指导施工人员严格按照《施工操作细则》安全操作。

严禁违背《施工操作细则》进行野蛮施工。

（5）关键部位施工时，安全员必须24小时监控，严禁违章作业。

（6）输电线路要清理平顺架设好，配电箱的设置要符合有关要求，确保用电安全。

（7）施工中，为防止涌水伤人、伤眼，关闭孔口封闭器前必须要戴好护目眼镜、防护面罩、水作服。

（8）由于作业面狭窄，机械设备较密集，各机械转动部分必须将防护罩配置完好齐全。

（9）其它未涉及的安全内容，施工人员应根据具体情况采取相应的安全措施。

4 结语

目前，水电站逐渐大型化，高边坡以及高水头的情况普遍存在。如何有效迅速解决高水头大流量高速射流是确保整个工程施展的重点。研发成功的光照电站导流洞永久堵头130m高水头下大流量高速射流封堵灌浆施工技术，排除了对下游的厂房安全造成的严重影响，同时打破了103m高水头下实施封堵的记录，创造了新纪录。

该封堵技术与将库水放掉的施工方法相比更加高效、高质，可减少超过2亿元的直接经济损失。总结出的一整套工艺参数、技术参数和设备参数为今后相似的施工工程提供了指导，给国家和企业带来的经济和社会效益非常巨大。

同时对施工人员应该进行严格培训，定人定岗进行作业，安全保障措施应该做到最好，不容许有一点疏忽。

参考文献：

[1]雷军，江雄，高水头.高转速混流式水轮机运行和检修[J].水电站机电技术，2008（02）.

[2]王闻雁.高水头水工建筑物消能设计与模型验证[J].甘肃科技，2011（14）.