饒柏京,宋春華

(廣東省水利電力規(guī)劃勘測設(shè)計研究院有限公司,廣東 廣州 510635)

伴隨著抽水蓄能電站的大規(guī)模建設(shè),高水頭、大直徑的鋼筋混凝土襯砌水工隧洞相繼出現(xiàn)。國外高水頭、大直徑水工隧洞的建設(shè)主要在20世紀(jì),而國內(nèi)的建設(shè)則始于20世紀(jì)90年代。華南地區(qū)地質(zhì)條件較好、地下水比較豐富,水道的少量滲漏不會影響電站的正常運(yùn)行,在保證工程安全的前提下,華南地區(qū)抽水蓄能電站水道優(yōu)先采用鋼筋混凝土襯砌。

陽江抽水蓄能電站位于廣東省陽春市與電白縣交界處的八甲山區(qū),距廣州市直線距離230 km,距陽江市60 km。電站規(guī)劃總裝機(jī)容量2400 MW,分兩期建設(shè),其中近期工程裝機(jī)容量1200 MW,上、下水庫、進(jìn)出水口裝機(jī)容量2400 MW在近期一次建成。工程為一等大(Ⅰ)型工程,樞紐工程主要由上水庫、下水庫、近期輸水系統(tǒng)和地下廠房等建筑物組成。陽江抽水蓄能電站下平洞直徑7.5 m,靜水壓力799 m,PD值5 993 m2,最大動水壓力1 108 m,PD值7 560 m2,從技術(shù)指標(biāo)上看,陽蓄電站的最大靜水頭和PD(水頭×隧洞內(nèi)徑)值全國第一,遠(yuǎn)高于國內(nèi)已建和在建的其他蓄能電站,國際上也處于前列[1-4],根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》[5](NB/T 10391—2020),固結(jié)下平洞灌漿壓力一般為1～2倍的內(nèi)水壓力,深入圍巖的深度不低于1倍隧洞半徑,固結(jié)灌漿的排距一般為2 m～4 m。本工程灌漿壓力初擬8 MPa～16 MPa,最小灌漿深度應(yīng)為4.55 m。

規(guī)范給出的灌漿壓力范圍過大,灌漿深度及排距不明確,為進(jìn)一步細(xì)化超高水頭鋼筋混凝土襯砌水道灌漿設(shè)計參數(shù),且考慮到下平洞采用鋼筋混凝土襯砌,需充分利用圍巖承擔(dān)內(nèi)水壓力[6],對圍巖加固要求較高,圍巖固結(jié)灌漿最大壓力達(dá)10 MPa,灌漿壓力和施工均超出現(xiàn)有工程經(jīng)驗,需要因地制宜采用相應(yīng)的措施,以保持圍巖穩(wěn)定。

施工圖階段利用已有地質(zhì)探洞,采用1∶1原型比例開展了一系列科研試驗,,包括灌漿試驗(含工藝試驗)、三個階段的現(xiàn)場巖體試驗及現(xiàn)場監(jiān)測,并結(jié)合高壓隧洞裂隙巖體滲透穩(wěn)定研究成果,提出高壓固結(jié)灌漿優(yōu)化設(shè)計參數(shù),為陽蓄超高壓段灌漿設(shè)計提供依據(jù)。

1 科研試驗洞方案

1.1 試驗洞設(shè)計方案

試驗洞段的選擇應(yīng)包括有Ⅰ～Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類圍巖段;應(yīng)盡量有代表性的斷層通過;應(yīng)有足夠埋深,方便進(jìn)行現(xiàn)場試驗;盡量選擇隧洞走向與下平洞一致的洞段,以保證試驗洞與主洞圍巖特性一致,灌漿參數(shù)對下平洞有更強(qiáng)的適應(yīng)性,結(jié)合以上要求選擇PD01探洞0+890—1+026作為試驗洞段[5,7],試驗洞系統(tǒng)灌漿參數(shù)見表1,試驗洞橫斷面見圖1。

表1 試驗洞系統(tǒng)灌漿設(shè)計一覽表

1.2 現(xiàn)場巖體試驗

為研究圍巖在灌漿前后的力學(xué)性能及其變化規(guī)律,試驗分為階段Ⅰ(固結(jié)灌漿前)、階段Ⅱ(水泥灌漿結(jié)束后14 d)、階段Ⅲ(化學(xué)灌漿結(jié)束后7 d)三個不同階段對圍巖的力學(xué)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場測試,分析其在灌漿前后的變化,評價灌漿效果[8]。

1.2.1 巖體變形試驗

為獲得不同圍巖的力學(xué)性能指標(biāo)(彈性模量、變形模量)及其在灌漿前后的變化,便于分析灌漿效果,為隧洞圍巖的穩(wěn)定分析、支護(hù)設(shè)計提供參數(shù),在Ⅰ～Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類三種圍巖段中分別進(jìn)行變形試驗。試驗采用承壓板法和鉆孔徑向加壓法。

承壓板法在未灌漿巖體中進(jìn)行,采用圓形鋼性承壓板,試驗最大壓力確定為15 MPa,每組分別采用鉛直和水平方向加載,每類圍巖中取1～2點(diǎn),共6個點(diǎn)。試驗點(diǎn)布置在PD01-5和PD01-6兩條支探洞中進(jìn)行,同時在6個試驗點(diǎn)中選擇1處有代表性位置,進(jìn)行鉆孔徑向加壓法,并與承壓板法的結(jié)果進(jìn)行對比。

鉆孔內(nèi)采用鉆孔千斤頂法,最大試驗壓力15 MPa,每級增量1 MPa～2 MPa。在每個試驗孔中布置3～4個點(diǎn),在三個試驗階段分別進(jìn)行,三個階段均7個鉆孔約25點(diǎn)。

1.2.2 高壓壓水試驗

為獲得不同圍巖灌漿前后高壓水頭作用下的滲透性,便于分析灌漿效果,在Ⅰ～Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類三種圍巖段中分別進(jìn)行高壓壓水試驗。

高壓壓水試段長度為3 m～4 m,最大壓力不小于1.2倍最大水頭,最大壓力采用10 MPa。每個試驗段進(jìn)行四循環(huán),第一循環(huán)加壓段和第四循環(huán)卸壓段,壓力分10級,每級加壓1 MPa,第二、三、四循環(huán)的加壓分5級,每級加壓2 MPa,第一、二、三循環(huán)的卸壓可分1～5級。當(dāng)試驗壓力驟降即發(fā)生擴(kuò)容現(xiàn)象時,可不再加壓。在每個試驗孔布置2段,在三個試驗階段分別進(jìn)行,每個階段均7個鉆孔約14段,共約42段。

1.2.3 超聲波測試

為獲得不同圍巖類別在灌漿前后的動(靜)彈性模量、泊松比,在鉆孔中進(jìn)行單孔超聲波測試,每個鉆孔中從孔底向上依次檢測,點(diǎn)距為0.2 m。超聲波測試:三個試驗階段均7個鉆孔約63 m,共約189 m。

1.2.4 水力劈裂試驗

為獲得不同圍巖類別裂隙在灌漿前后的劈裂壓力,對不同圍巖類別在鉆孔中進(jìn)行水力劈裂試驗,每個階段、每個測試孔布置1段,共測試21段。

1.3 監(jiān)測設(shè)計

安全監(jiān)測包括在Ⅳ類圍巖段布置3個典型和3個輔助監(jiān)測斷面,在Ⅱ類圍巖段布置2個輔助監(jiān)測斷面,III類圍巖段布置1個典型和1個輔助監(jiān)測斷面,對試驗洞的圍巖變形、襯砌變位、鋼筋應(yīng)力及混凝土應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測。目的在于通過對比不同圍巖地質(zhì)類別、不同斷層自身特性、不同襯砌配筋形式、不同灌漿處理方式的監(jiān)測成果,了解不同條件下各監(jiān)測斷面的變形和受力特性。

2 滲透穩(wěn)定復(fù)核

工程可研階段隧洞高壓固結(jié)灌漿深度分別取4 m、6 m、8 m進(jìn)行滲流場規(guī)律及隧洞內(nèi)水外滲量分析。

不同高壓固結(jié)灌漿深度下,Ⅲ-Ⅲ斷面(下平洞及引支平切面)壓力水頭分布圖及滲透坡降矢量圖如圖2—圖4所示。隧洞充水運(yùn)行情況下,Ⅲ-Ⅲ斷面壓力水頭分布規(guī)律基本一致,都是沿洞壁向外逐漸降低,在固結(jié)灌漿圈形成高壓區(qū)。隨著固結(jié)灌漿深度的增加,隧洞圍巖最大滲透坡降呈逐漸減小的趨勢,但變化不大。固結(jié)灌漿深度為4 m、6 m、8 m時,隧洞內(nèi)水外滲量分別為為26.74 L/s、22.22 L/s、20.40 L/s。高壓固結(jié)灌漿從4 m加深為6 m時,內(nèi)水外滲量減少16.9%,從6 m加深為8 m時,內(nèi)水外滲量只減少了8%[9-10]。

圖2 固結(jié)灌漿深度4 m時Ⅲ-Ⅲ斷面壓力水頭等值線及滲透坡降矢量圖

圖3 固結(jié)灌漿深度6 m時Ⅲ-Ⅲ斷面壓力水頭等值線及滲透坡降矢量圖

圖4 固結(jié)灌漿深度8 m時Ⅲ-Ⅲ斷面壓力水頭等值線及滲透坡降矢量圖

計算結(jié)果表明,增加高壓固結(jié)灌漿深度能減少隧洞內(nèi)水外滲量,但過多增加固結(jié)灌漿深度是沒有必要的,原因是高壓隧洞區(qū)圍巖主要以Ⅰ類、Ⅱ類圍巖為主,滲透性低,固結(jié)灌漿后這類圍巖防滲性能并未顯著提高,固結(jié)灌漿圈范圍只要能包含隧洞開挖損傷區(qū),提高開挖損傷區(qū)的防滲性能即可滿足要求。因此,在確保固結(jié)灌漿施工質(zhì)量的情況下,6 m的固結(jié)灌漿深度是合適的。

3 灌漿設(shè)計參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)科研試驗洞開展的灌漿試驗、巖體試驗和現(xiàn)場監(jiān)測成果報告,規(guī)范以及《廣東陽江抽水蓄能電站可研階段高壓隧洞裂隙巖體滲透穩(wěn)定研究》201405、《廣東陽江抽水蓄能電站施工圖階段高壓隧洞裂隙巖體滲透穩(wěn)定復(fù)核研究》201910成果,綜合確定陽江抽水蓄能電站高壓水道的下平洞及岔管固結(jié)灌漿參數(shù)。

3.1 灌漿深度

(1) 根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》[5](NB/T 10391—2020),對于高壓鋼筋混凝土襯砌隧洞,須重視防滲及抗水力劈裂問題,在內(nèi)水壓力作用下,圍巖不應(yīng)產(chǎn)生劈裂。固結(jié)灌漿時,深入圍巖的深度不低于1倍隧洞半徑。本工程隧洞最大開挖直徑9.1 m,最小深度應(yīng)為4.55 m。

(2) 第3節(jié)滲透穩(wěn)定復(fù)核結(jié)論是深度6 m的固結(jié)灌漿圈是合理的,能滿足設(shè)計要求。

(3) 根據(jù)第14單元Ⅱ類圍巖不同深度現(xiàn)場灌漿試驗情況,第1段段長2 m,第2段段長為4 m、6 m、8 m時,平均單位注灰量均在1 kg/m左右,且未出現(xiàn)串漏現(xiàn)象,灌漿后巖體透水率降低。Ⅱ類圍巖深部巖體完整性更好,單位注灰量小,灌漿圈深度對平均單位注灰量的影響很小,加深灌漿圈意義不大[11]。

綜上所述,下平洞系統(tǒng)水泥固結(jié)灌漿圈深度采用6 m。

3.2 灌漿排距

根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》[5],固結(jié)灌漿的排距一般為2 m～4 m,每排不宜少于6孔,作對稱布置。

3.2.1 Ⅰ、Ⅱ類圍巖

(1) 根據(jù)灌漿試驗結(jié)果,采用水泥灌漿并進(jìn)行原孔掃孔化學(xué)灌漿的工藝,2.5 m排距的平均單位注灰量和化學(xué)漿液灌入量略高于3 m排距,但是相差不大;且串漏情況均較少,單位灌入量均較低。(2) 結(jié)合巖試成果,2.5 m排距水泥灌漿后原孔掃孔化學(xué)灌漿和3 m排距水泥灌漿后重新開孔化學(xué)灌漿,灌后巖試孔的波速平均值、巖體透水率相差很小,劈裂壓力相同,但是變形模量降低。但考慮到巖試樣本數(shù)量偏少,且變形模量的測值受測點(diǎn)位置影響較大,總體分析2.5 m排距和3 m排距對灌漿效果的影響不大[11-13]。

考慮到Ⅱ類圍巖中存在局部薄弱部位,為保證系統(tǒng)灌漿對其加固效果,確定灌漿排距2.5 m。

3.2.2 Ⅲ類圍巖

(1) 根據(jù)灌漿試驗結(jié)果,Ⅲ類圍巖巖體更不均勻,采用水泥灌漿后原孔掃孔化學(xué)灌漿的工藝,2 m排距水泥和化學(xué)灌漿時的平均單位注灰量均比3 m排距的更高,且不增加串漏情況。(2) 根據(jù)巖試成果,采用2 m排距水泥灌漿后原孔掃孔化學(xué)灌漿,較3 m排距水泥灌漿后重新開孔化學(xué)灌漿,灌后巖試孔的劈裂壓力略高,透水率略低,但是相差不大。灌漿后巖試孔的平均波速均在5 000 m/s以上,巖體透水率0.61 Lu～0.96 Lu,劈裂壓力5 MPa～6 MPa[11-13]。

綜合比較,Ⅲ類圍巖局部裂隙更為發(fā)育,采用2 m排距水泥灌漿后原孔掃孔化學(xué)灌漿能對巖體內(nèi)的微細(xì)裂隙進(jìn)行有效填充,效果更優(yōu)。岔管位置排距結(jié)合岔管結(jié)構(gòu)特殊性,將排距加密為1.5 m。

3.2.3 斷層

斷層帶的系統(tǒng)孔采用2 m排距,同時布置順斷層和斜穿斷層孔,水泥灌漿后原孔掃孔化學(xué)灌漿,現(xiàn)場壓水檢查結(jié)果能夠滿足要求。根據(jù)試驗成果,f751斷層采用水泥灌漿和化學(xué)灌漿后,巖體內(nèi)漿液填充效果明顯,抗劈裂壓力能夠達(dá)到8 MPa[11-13]。

3.3 灌漿壓力

根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》[5](NB/T 10391—2020),固結(jié)灌漿壓力一般為1～2倍的內(nèi)水壓力;對于高壓鋼筋混凝土襯砌岔洞部位,灌漿壓力可取岔洞處靜水頭的1.2倍。

本電站勘察階段采用應(yīng)力解除法、水壓致裂法等進(jìn)行了地應(yīng)力測試,高岔及下平洞實測最小主應(yīng)力9.6 MPa～10.9 MPa,回歸分析計算最小主應(yīng)為9.08 MPa～9.18 MPa,最小主應(yīng)力大于隧洞最大靜水壓力8 MPa。

3.3.1 Ⅱ類圍巖

(1) 第1段灌漿壓力進(jìn)行3.0 MPa、4.5 MPa和6.0 MPa壓力壓水、灌漿試驗

① 受爆破擾動和開挖卸荷等的影響,原有裂隙開度增大或產(chǎn)生新裂隙,在周邊鉆孔打開的情況下進(jìn)行壓水試驗,低壓(<3 MPa)時也可能出現(xiàn)串漏現(xiàn)象。但這一現(xiàn)象可以通過分序鉆孔、灌漿避免,第1段具備大于3 MPa高壓灌漿條件。

② 5 MPa～6 MPa灌漿可能導(dǎo)致隧洞近場巖體內(nèi)的大部分裂隙貫通,甚至可能達(dá)到混凝土抗壓承載力的臨界值。壓水時近半數(shù)試驗孔出現(xiàn)串漏現(xiàn)象,抬動變形增大,控制第1段灌漿壓力小于5 MPa。

③ 4.5 MPa壓力壓水時,試驗孔出現(xiàn)串漏的頻率20%左右,2段出現(xiàn)超過100 um的抬動變形,但均為彈性變形[14],不會對襯砌產(chǎn)生破壞,且4.5 MPa灌漿時出現(xiàn)串漏的頻率小于6 MPa。

綜合分析,確定第1段的灌漿壓力為4.5 MPa。

(2) 第2段灌漿壓力

根據(jù)現(xiàn)場灌漿試驗成果:第2段能夠承受10 MPa壓力水泥灌漿,壓水過程中,抬動變形很小,且均為彈性變形,不會破壞混凝土襯砌結(jié)構(gòu)。灌漿時,試驗孔出現(xiàn)串漏的頻率較低,第2段采用10 MPa以下壓力壓水,襯砌未出現(xiàn)抬動變形。

為確保灌漿效果,避免高壓灌漿時的巖體劈裂,第2段的灌漿壓力為9 MPa[11-13]。

3.3.2 Ⅲ類圍巖

(1) 第1段采用4.5 MPa壓力進(jìn)行灌漿試驗

① Ⅲ類圍巖巖體結(jié)構(gòu)更不均勻,平均單位注灰量高于Ⅱ類圍巖;灌漿后原孔掃孔檢查,巖體透水率降低。② Ⅲ類圍巖壓水、灌漿過程中,雖然串漏孔的出現(xiàn)頻率較Ⅱ類圍巖高,但是串漏壓力大部分在4 MPa以上,且能夠通過堵孔、修補(bǔ)混凝土裂縫等方法達(dá)到灌漿結(jié)束條件。

綜合分析,確定第1段的灌漿壓力為4.5 MPa。

(2) 第2段采用10 MPa壓力進(jìn)行灌漿試驗

根據(jù)試驗結(jié)果,具備10 MPa壓力灌漿條件。雖然采用8 MPa壓水時的部分試驗孔出現(xiàn)串漏,但是采用10 MPa壓力灌漿時,基本未出現(xiàn)串漏現(xiàn)象,灌漿后原孔掃孔壓水檢查,透水率降低[11-13]。

根據(jù)試驗成果,考慮到Ⅲ類圍巖分布較多構(gòu)造裂隙,為保證防滲效果,灌漿壓力采用10 MPa。

3.3.3 斷層帶

(1) 第1段灌漿壓力,斷層帶順斷層孔和斜穿斷層孔均采用4.5 MPa

根據(jù)試驗結(jié)果,3個斷層帶的所有順斷層孔和斜傳斷層孔中,僅2個出現(xiàn)串漏,斷層帶能夠承受4.5 MPa灌漿壓力,綜合分析確定灌漿壓力為4.5 MPa[11-13]。

(2) 第2段灌漿壓力采用10 MPa

① 由于斷層帶巖體破碎,斜穿斷層孔使用氣動泵進(jìn)行灌前8 MPa壓力壓水時,試驗孔均出現(xiàn)串漏,串漏壓力3.0 MPa～4.8 MPa。

② 使用氣動泵進(jìn)行10 MPa壓力水泥灌漿時,順斷層和斜穿斷層孔均未串漏;灌漿后壓水檢查時,所有檢查孔均出現(xiàn)串漏。

③ 補(bǔ)充灌漿階段

考慮到所有斷層孔灌前壓水時均出現(xiàn)串漏,改用栓塞泵對前期已經(jīng)灌完的f751斷層進(jìn)行10 MPa灌漿,仍具有一定的可灌性,斜穿斷層孔串漏頻率仍較高。三種斷層孔的平均單位注灰量均在6 kg/m以上,同時出現(xiàn)孔f751-N-Z4第2段的單位注灰量接近150 kg/m。

補(bǔ)充水泥灌漿后壓水試驗,檢查孔F751-N-Z3在7.12 MPa時未發(fā)生串漏,但是流量突增,可能是高壓力壓水將斷層部位薄弱帶連通,透水率增大。此時壓力已接近8 MPa,有望通過補(bǔ)充化學(xué)灌漿,進(jìn)一步充填孔隙,降低透水率。

綜合分析,考慮到氣動泵可能不適合斷層帶灌漿,第2段灌漿壓力需結(jié)合補(bǔ)充灌漿情況考慮,采用10 MPa灌漿時,灌后壓水壓力已接近8 MPa,斜穿斷層孔串漏風(fēng)險較高。結(jié)合(1)、(2)條和現(xiàn)場試驗結(jié)果,斷層帶第2段的灌漿壓力為10 MPa。

3.3.4 化學(xué)灌漿壓力

化學(xué)灌漿進(jìn)行了III 類圍巖6 MPa和8 MPa壓力對比?？紤]到化灌過程中由于設(shè)備、材料等因素造成試驗數(shù)據(jù)代表性不足[15],參考以往工程經(jīng)驗,化學(xué)灌漿壓力原則上不低于靜水頭,確定為8 MPa,同時增加卡塞入巖深度,減少串漏風(fēng)險。

3.4 斷層帶加強(qiáng)灌漿方式

(1) 根據(jù)灌漿試驗結(jié)果,3個斷層帶分別采用了不同的灌漿順序,研究其對圍巖加固效果的影響。其中,f718和f752斷層按照系統(tǒng)孔、順斷層孔,斜穿斷層孔的順序施工;f751斷層按照斜穿斷層孔、系統(tǒng)孔、順斷層孔的順序施工。

(2) 根據(jù)巖試成果,先進(jìn)行系統(tǒng)孔灌漿有助于減少斷層孔灌漿時的串漏,改變順斷層孔和斜穿斷層孔的順序?qū)酀{效果不明顯。

考慮到先實施順斷層孔灌漿有利于擴(kuò)大巖體深部灌漿范圍,延長滲徑,且更利于灌漿過程中的排水排氣,確定斷層帶的灌漿方式為先進(jìn)行系統(tǒng)灌漿,再進(jìn)行順斷層孔灌漿,最后進(jìn)行斜穿斷層孔灌漿[11-13]。

3.5 Ⅱ類圍巖化學(xué)灌漿的必要性

(1) Ⅱ類圍巖第7、9、10單元在水泥灌漿后進(jìn)行化學(xué)灌漿

水泥灌漿完成后,化學(xué)灌漿仍有可灌性。但是單位灌漿量較低,整體上平均小于3 kg/m,Ⅰ序孔略高于Ⅱ序孔,但是仍在4 kg/m以下;同時單位灌漿量小于5 kg/m的試驗孔出現(xiàn)頻率在90%以上,未出現(xiàn)大于單位灌漿量10 kg/m的試驗孔。

(2) 根據(jù)巖試成果,在水泥灌漿的基礎(chǔ)上進(jìn)行化學(xué)灌漿,劈裂壓力有明顯提高,透水率有所減小,整體上具有一定效果。

Ⅱ類圍巖的巖體完整性較好,但是可能存在薄弱部位,水泥灌漿完成后原孔掃孔壓水檢查時,繼續(xù)進(jìn)行化學(xué)灌漿,有一定可灌性。考慮到本工程下平洞范圍部分II類圍巖亦分布規(guī)模較小斷層,或部分Ⅱ類圍巖與斷層鄰近,且Ⅰ化灌后劈裂壓力增加較多,透水率整體上呈降低趨勢。因此針對斷層帶附近的Ⅱ類圍巖進(jìn)行化學(xué)灌漿,其他區(qū)域?qū)τ谒喙酀{無法滿足要求,檢查不合格段,必要時采用化灌補(bǔ)強(qiáng)[11-13]。

4 灌漿設(shè)計參數(shù)優(yōu)化

4.1 Ⅰ、Ⅱ類圍巖

Ⅰ、Ⅱ類圍巖采用普通水泥灌漿,針對分布斷層區(qū)域,及部分與Ⅲ類圍巖鄰近的區(qū)域,進(jìn)行化學(xué)灌漿。

水泥灌漿參數(shù)為:(1) 每環(huán)布置12個灌漿孔,排距2.5 m;(2) 灌漿孔深6 m,分兩段灌漿,第1段段長2 m,第2段段長4 m;(3) 第1段灌漿壓力4.5 MPa,第2段灌漿壓力9.0 MPa;(4) 采用普通水泥灌漿,在單位灌入量大于50 kg/m的灌漿孔,應(yīng)結(jié)合地質(zhì)情況進(jìn)行分析研究其周圍加密的必要性和加密方式。(5) 第1段灌漿時卡塞混凝土中,第2段灌漿時卡塞入巖2.0 m位置[14-16]。

化學(xué)灌漿參數(shù)為:(1) 灌漿孔深5 m,全孔1次灌漿;(2) 灌漿壓力8 MPa,卡塞位置入巖1 m～2 m。

4.2 Ⅲ類圍巖

Ⅲ類圍巖先進(jìn)行普通水泥灌漿,水泥灌漿完成后,原孔掃孔進(jìn)行化學(xué)灌漿。

水泥灌漿參數(shù)為:孔排距2.0 m,第2段灌漿壓力10 MPa,其他水泥灌漿參數(shù)及方法同Ⅰ、Ⅱ類圍巖。

化學(xué)灌漿參數(shù)及方法與Ⅰ、Ⅱ類圍巖相同。

4.3 斷層帶洞段

斷層帶洞段先進(jìn)行水泥灌漿,水泥灌漿完成后,原孔掃孔進(jìn)行化學(xué)灌漿。

水泥灌漿參數(shù)為:

(1) 系統(tǒng)孔:孔排距2.0 m,第2段灌漿壓力10 MPa,其他水泥灌漿參數(shù)及方法與Ⅰ、Ⅱ類圍巖相同。

(2) 順斷層孔:① 灌漿圈深度12 m,沿著斷層的位置進(jìn)行鉆孔并預(yù)埋灌漿管。鉆孔孔向在斷層平面上,并通過隧洞中心線,孔距2.0 m。分三段灌漿,第1段段長2 m,第2段段長5 m,第3段至設(shè)計孔深;② 第1段灌漿壓力4.5 MPa,第2、3段灌漿壓力10 MPa;③ 采用普通水泥灌漿;④ 第1段灌漿時卡塞混凝土中,第2段灌漿時卡塞入巖2.0 m位置,第3段卡塞入巖7 m位置;⑤ 分序開孔、灌漿,灌漿完成后及時封孔。

(3) 斜穿斷層孔:灌漿孔圈深度12 m,斜孔布孔結(jié)合BIM手段,結(jié)合各斷層特點(diǎn)針對性布置。分三段灌漿,其他灌漿參數(shù)及方法同順斷層孔。

(4) 按照系統(tǒng)孔、斜穿斷層孔和順斷層孔的順序灌漿。

化學(xué)灌漿參數(shù)為:

(1) 系統(tǒng)孔化學(xué)灌漿參數(shù)與Ⅰ、Ⅱ類圍巖相同。

(2) 順斷層孔和斜穿斷層孔:① 水泥灌漿完成后,原孔掃孔進(jìn)行化學(xué)灌漿;② 灌漿孔深9 m,全孔1次灌漿;③ 灌漿壓力8 MPa,卡塞位置入巖1 m～2 m。

5 結(jié) 語

結(jié)合工程的實際情況,制定的科研試驗洞灌漿、巖試和監(jiān)測方案,相關(guān)研究成果為灌漿設(shè)計參數(shù)的優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐,并結(jié)合滲透穩(wěn)定研究成果,進(jìn)一步優(yōu)化了固結(jié)灌漿參數(shù)。

在現(xiàn)有規(guī)范未明確的前提下,灌漿圈設(shè)計深度選擇給出了明確的計算方法及判斷標(biāo)準(zhǔn),對不同圍巖類別灌漿排距、壓力選擇,結(jié)合試驗成果進(jìn)行了區(qū)別精準(zhǔn)設(shè)計,并得出了斷層帶系統(tǒng)孔、斜穿斷層孔和順斷層孔的最優(yōu)順序加強(qiáng)灌漿方式,驗證了斷層帶附近的Ⅱ類圍巖進(jìn)行化學(xué)灌漿的必要性,為超高水頭鋼筋混凝土水道合理設(shè)計提供參考依據(jù)。將之應(yīng)用在了陽蓄下平洞上,2021年11月陽蓄輸水系統(tǒng)充水試驗一次成功,也驗證了確定的超高壓水道灌漿參數(shù)的合理性。