高压水泥固结灌浆在抽水蓄能电站高压水道中的应用

【摘要】高压水泥固结灌浆在目前抽水蓄能电站采用混凝土衬砌的高压水道中应用较为普遍，主要目的是加固高压水道周边的岩体，保证水道系统在高压水头作用下的正常运行。在深圳抽水蓄能电站的高压水道中，包括上斜井、中平洞、下斜井、下平洞高压岔管，根据设计净水头压力的不同依次采用了4.5MPa、6.0 MPa、7.0 MPa、7.5 MPa的高压水泥固结灌浆，高压水泥固结灌浆均采用纯压式灌浆方式进行灌注。

【关键词】高压水泥灌浆；水蓄能电

根据《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范 DL/T5148—2012》的介绍，灌浆压力大于或等于3.0MPa的水泥灌浆即称为高压水泥灌浆；深圳抽水蓄能电站根据设计对高压水泥灌浆的压力划分标准为4.5 MPa，即灌浆压力大于或等于4.5 MPa的水泥灌浆称为高压水泥固结灌浆。

1、工程概况

1.1 工程特性

深圳抽水蓄能电站位于深圳市东北部的盐田区和龙岗区内，距深圳市中心约20km，装机容量1200MW。枢纽工程由上水库、下水库、输水系统、地下厂房系统及开关站、场内永久道路等部分组成。

水道引水系统由上平洞、中平洞、下平洞和上斜井、下斜井、高压岔管及引水支洞组成，全长3403.94m。其中引水洞为钢筋混凝土衬砌结构，衬砌后直径为9.5m的圆形洞室；引水支洞为钢衬结构，直径均为4.0m的圆形洞室。上斜井、中平洞、下斜井、中平洞灌浆压力分别为4.5MPa、6.0 MPa、7.0 MPa、7.5 MPa的高压水泥固结灌浆。

1.2 地质条件

高压引水隧洞全长3226.182m，均为为Ⅰ～Ⅲ类围岩，其中Ⅰ、Ⅱ类围岩2383.563m，引水隧洞总长的73.88%，Ⅲ类围岩长842.619m，引水隧洞总长的26.12%。引水隧洞总体地质条件较好，仅有局部裂隙较为发育。

2、高压水泥固结灌浆工艺介绍

2.1高压水泥固结灌浆施工工艺参数的确定

高压水泥固结灌浆正式施工前，通过进行高压水泥固结灌浆的工艺性试验，确定了纯压式固结灌浆的各项灌浆参数，试验包括进行分段灌浆（先深孔后浅孔和先浅孔后深孔）、全孔一次性灌浆，主要确定了在不同灌浆压力下的灌浆分段形式。

最终确定在灌浆压力为4.5 MPa、6.0 MPa的部分，采用全孔一次灌注的方式进行灌浆；灌浆压力大于6.0MPa且围岩条件较好的部位采用分段灌浆的方式进行灌浆，即先深孔后浅孔的灌浆方式进行，并且浅孔段灌浆压力按照4.5 MPa控制；灌浆压力大于6.0MPa且围岩情况较差的部位，采用先浅孔后深孔的灌浆方式进行，浅孔段灌浆压力按照4.5 MPa控制。

2.2 全孔一次性灌浆和分段灌浆的具体方式

全孔一次性灌将方式，即全孔一次性造孔，灌浆卡塞卡在衬砌混凝土段0.3m～0.5m处，一次性缓慢将压力提升到设计灌浆压力。

先深孔后浅孔的灌浆方式，即全孔一次造孔，通过变换灌浆卡塞的位置来实现先深后浅，灌浆卡塞卡在入岩1.0m处进行深孔段灌浆，灌浆结束后将卡塞提到衬砌混凝土段采用4.5 MPa的灌浆压力进行浅孔段和接触段的灌浆。这样既可以保证深孔段在设计有效灌浆压力下的灌浆效果，也可以保证浅孔段和接触段的封闭效果。

先浅孔后深孔的灌浆方式，即分段造孔、分段灌浆，先进行浅孔段3.0m的灌浆，在3天后原孔钻至设计孔深，进行深孔段的灌浆。这种灌浆方式主要用于两种情况的灌浆：⑴围岩条件差，先深孔段灌浆容易产生绕塞情况的高压水泥固结灌浆，⑵压力在7.0MPa以上的高压水泥固结灌浆。

2.3 各种灌浆方式的优缺点

（1）全孔一次性灌浆方式。

优点：施工工序相对简单，在保证工程进度方面最为有利。

缺点：在固结灌浆压力超过过高的情况下，容易对混凝土结构产生破坏。

（2）先深孔后浅孔的灌浆方式。

优点：既能保证深孔段的灌浆效果，也能保证浅孔段的封闭效果；因为采用一次造孔、分段灌浆的方式，既能起到分段灌浆的效果，又节省了分段灌浆的等强和造孔时间，对工程进度比较有利。

缺点：在灌浆压力较高，围岩情况较差的情况下，深孔段灌浆过程中容易产生饶塞、串浆等现象，可能对深孔段的灌浆效果造成影响。

（3）先浅孔后深孔的灌浆方式

优点：先进行浅孔段灌浆，经过等强后，二次造孔再进行深孔段灌浆。该灌浆方式在有效封闭围岩浅孔段后，再进行深孔段灌浆，如此对于保证工程质量最为有利，同时可以最大程度上减小因灌浆施工对浅孔段和结构混凝土的破坏。

缺点：因为在浅孔段灌浆后，需要等强和二次造孔，工序较为繁琐，施工周期较长，对工程进度不利。

2.4 各种灌浆方式的应用及确定因素

上斜井中间段往下游均属于高压水泥固结灌浆，上斜井中间段长度100m，灌浆压力4.5 MPa、灌浆孔深入岩7.0m，该段采用全孔一次性灌浆方式进行灌浆施工。

上斜井下段和中平洞长度1100m，灌浆压力为6.0 MPa、灌浆孔深入岩7.0m。上斜井下段采用分段（先深孔后浅孔）灌浆方式施工；中平洞的Ⅲ类围岩段采用先浅孔后深孔的灌浆方式进行灌浆施工，Ⅰ、Ⅱ类围岩段采用全孔一次性灌浆的方式进行灌浆施工。

下斜井、下平洞和高压岔管段全长350m，灌浆压力为7.0 MPa、7.5 MPa，灌浆孔深入岩7.0m，采用分段灌浆方式施工，下斜井采用先深孔后浅孔灌浆方式，下平洞和高压岔管段采用先浅孔后深孔灌浆方式。

3、总结

深圳抽水蓄能电站水道系统的高压水泥固结灌浆采用纯压式灌浆方式，根据不同的围岩条件和灌浆压力，通过灌浆试验确定了多种不同灌浆方式形式，有效地保证了工程质量。高压水泥固结灌浆的施工经验，充分验证了高压水道系统运用纯压式灌浆方式的可行性。在不同的施工参数下，对灌浆形式进行适当的调整，选择最为适合的灌浆形式对灌浆质量的保证尤为重要。以上高压固结灌浆的总结，希望能对类似高压水道的灌浆参数选取和施工，提供一定的借鉴经验。