甲岩水电站调压井井筒固结灌浆施工技术浅析

GXF360 2017-11-09

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(中国水利水电第十工程局有限公司，四川成都 610072)

摘要：甲岩水电站调压井工程由中国水电十局有限公司承建，调压井固结灌浆由十局基础分局负责施工。采取升降式灌浆平台，大量节约了以往调压井常规灌浆所需要的架管、扣件。从工期所需要的时间上，经济所需要考虑的效益上都取得预想的效果。通过灌浆成果分析数据来看，灌浆效果满足设计及业主防渗要求，圆满达成施工任务。

关键词：调压井井筒；固结灌浆；设计与安装；施工布置及临建；施工方法

1 概况

甲岩水电站位于云南省禄劝县境内，为普渡河下游河段水电规划的七个梯级电站的最后一个梯级，上游与鲁基厂电站衔接，下游为金沙江干流上的白鹤滩水电站。甲岩电站坝址距禄劝县城、昆明市公路里程分别为120 km、190 km。场外交通目前考虑：第一条线(主线)为昆明-禄劝-团街-中屏-小河口电站-鲁基厂电站-甲岩上坝址-甲岩下坝址，全长190 km。

甲岩水电站以单一发电为开发任务，无防洪、灌溉、航运、供水等其他综合利用要求。水库正常蓄水位EL998 m，相应库容1.62×108 m3；校核洪水位EL1 003.97 m相应的总库容为1.84×108 m3，设计洪水位EL1 001.77 m相应的库容为1.75×108 m3；调节库容0.83×108 m3(调节特性为季调节，库容系数0.021)，装机容量240 MW，保证出力58.375 MW，多年平均发电量10.855×108 kWh，年利用小时数4 523 h。

由于调压井井圈直径大(19 m)、井深(67 m)，地表井圈高度为5.4 m。为了进行井筒固结灌浆工程的施工，必须设计、定做一个可以承受一定荷载的操作升降式平台，在平台上进行钻孔和灌浆施工。本工程施工难度大，安全施工要求高，灌浆平台从制作安装到操作运行均须严格考虑施工安全。

调压井上部为坡积的碎石土、含块石泥质碎石，下部为澄江组(Zac)弱风化砂岩，属坚硬岩石，岩体完整性属完整性差～较完整岩体。岩体以表层均匀风化为主，夹层风化现象不明显。

根据实施阶段设计图纸，本工程调压井井筒灌浆设计水平方向固结灌浆，环间排距(上下方向)2.0 m，同一高程的每环(圈)共计布置30个固结灌浆孔，孔深要求深入基岩4 m。固结灌浆实施范围为EL.1 000 m～EL.949 m，总长51 m，按照2 m的环间距，共布置灌浆孔27排(环)。

2 灌浆升降平台的设计与安装

2.1 灌浆台车

调压井井筒固结灌浆前期施工准备采用搭设满堂脚手架，由于调压井井筒直径19 m，井高接近70 m，搭设脚手架工程量太大，施工准备花费时间过长，调压井井筒固结灌浆施工工期不能满足调压井施工计划的总工期。采用搭设脚手架施工调压井固结灌浆方案不可行。

通过综合分析，工程部在调压井井筒混凝土衬砌完成后设计、定做一个可以承受一定荷载的操作升降式平台施工井壁水平固结灌浆。井壁水平固结灌浆孔造孔及灌浆施工都在灌浆平台上进行，该平台(自重20 t)可承载一定的活荷载(10 t)在调压井井筒内上下移动，灌浆平台靠调压井顶部5台卷扬机通过钢绳牵引上下移动，平台上下移动时靠井壁边平台上安装的防摩阻轮起到水平限位作用，以免平台被卡，平台工作时靠安装的丝杆千斤水平定位，竖向定位除卷扬机钢绳稳住平台不动外，另外增加手动葫芦将平台与调压井壁预埋的灌浆管安装的挂拉架拉紧，使灌浆平台更加稳定。

为了保证调压井施工的总工期，工程部将提前做好相关制作材料的准备，通过配置足够的人力、设备材料资源保证施工工期。

2.2 灌浆台车安全设计

甲岩Φ19 m 调压井灌浆平台的设计强度与刚度值依据《建筑结构荷载规范》(GB 50009-2012)、《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)等规范要求编制计算(图1、图2)。

图1 Φ19调压井灌浆平台立面布置图

图2 Φ19调压井灌浆平台平面布置图

2.3 灌浆平台安装

2.3.1 安装施工准备

(1)井筒砼衬砌工作、调压井顶部安全护栏安装、卷扬机基础和吊装支架等的预埋基础板已经完成，卷扬机基础面与井口面高差不得超过10 cm。

(2)卷扬机、空载调试(包括联动、单动调试)、吊装支架和滑子倒向架、滑子、天轮等安装工作完成，根据情况卷扬机安装钢绳和井口放绳。

(3)灌浆平台部件运输到井口，由井口塔机调运到井底部安装，安装部件为主架、铺板架、起重滑子等机具。

(4)组装灌浆平台吊装机具、设备、材料和组装人员均已经到位，为灌浆平台安装工作提供的风、水、电系统完成，工作周边环境安全。

2.3.2 安装条件

(1)安装设备为井口25吨吊车一台，其余安装机具设备和安装工具。

(2)安装人员按照安装岗位到齐。

(3)灌浆平台部件运到现场。

(4)安装人员工作防护用具齐全。

(5)伤病救护方案中的机具设备齐全。

2.3.3 安装要点

安装灌浆平台提供的临时中心平台搭设1组长宽为1.8 m高为4 m的排架，另需搭设5组长宽为1.8 m高为4 m的井壁排架，要高于调压井底部斜面高度，必须稳定牢固。

灌浆平台由若干块大小部件组合而成，最重件为1.2 t，每一道工序必须检查合格后再进行下一步安装。

灌浆平台各大部件组装好后要焊接加固，须根据生产厂家的意见进行加固点焊接，由于运输途中有变形损坏的部件必须经修复后才能安装。

2.4 应急情况下处理措施

2.4.1 吊篮在工作中突然停电时应急处理措施

吊篮在工作中突然停电时，应立即切断电源箱开关，防止送电时发生意外，待接到来电通知后再合上电源开关，并经检查正常后开始工作。停电后需要返回到施工平台时，应同时抬起两端提升电机的手动滑降手柄，使吊篮自由滑降至施工平台。如要返回地面时，待备用发电机发电正常后，再返回到吊篮上升至地面。

2.4.2 吊篮升、降过程中松开按钮后不能停止的应急处理措施

吊篮在升、降过程中如松开按钮后仍不能停止时，应立即按下电箱门上的红色急停开关，使悬吊平台紧急停止。然后切断电箱电源开关，检查接触器情况，清理接触器表面粘附油垢杂物，手按接触器能恢复正常动作后，合上电源开关，旋动紧停开关使其恢复原位后继续工作。如故障仍不能排出时，应切断电源开关，采用手动滑降方法将吊篮降至施工平台进行检修。

2.4.3 吊篮因水平倾斜而自动锁绳的应急处理措施

吊篮在在升、降过程中或一端滑降面水平倾斜至一定范围时，安全锁自动锁绳。此时应立即停机，然后将电箱上的转换开关转向平台低端，再按上升按钮将吊篮降至施工平台，检查并调整两端提升机中电磁制动器间隙至符合要求；或检查两端电机转速差异，如差异明显应更换电机。

2.4.4 工作钢丝绳卡塞在提升机内的应急处理措施

工作钢丝绳发生卡塞在提升机内时，应立即停机。严禁反复升降进行强行解脱。在确保安全的情况下，撤离吊篮内的施工人员，派遣经过专业培训的维修人员进入吊篮进行维修。首先将安全钢丝绳缠绕于两端提升机安装架上，用绳扣将安全钢丝绳两端扣紧，然后松开两安全锁摆臂滚轮的保护环，将工作钢丝绳与滚轮脱开，使两端安全锁处于锁绳状态。在采取上述安全措施后，取下提升机检查，并退出卡塞的钢丝绳，将换好的钢丝绳重新放下和穿入提升机内至拉紧钢丝绳，然后将工作绳装入安全锁摆臂滚轮槽中，装好保护环，使安全锁打开后，将吊篮提升0.5米左右停止。取除安全钢丝绳上的绳扣，将安全钢丝绳放至悬垂位置，再将吊篮下降至地面，经过进行严格检查，维修后，方允许继续使用。

2.4.5 工作钢丝绳断裂时的应急处理措施

吊篮一端工作钢丝绳断裂时，吊篮发生倾斜，至一定倾斜位置时安全锁自动闭合，将吊篮锁住在安全钢丝绳。此时，吊篮内施工人员应保持镇静，严禁在吊篮内奔跑和蹦跳，并按工作钢丝绳卡塞在提升机内时的紧急措施进行处理。

3 施工布置及临建

3.1 施工用风、水、电

施工用电：在调压井出洞口变压器处铺设两条185 mm2铝芯电缆，并安装电表计量，供钻孔、灌浆用电。

施工用水：采用多级水泵将水从河内抽至引水隧洞5#洞外水池。施工用水直接从水池分别引至施工面和集中制浆站。

施工用风：依托土建空压机房采用6寸风管(端部设有风包)集中供风，，钻机用风需要用Ф32风管引至调压井内施工面。

3.2 生活、生产用房

在调压井施工平台外侧且在下方距平台10 m处搭设板房供职工生活使用，在调压井施工平台外侧搭设值班室和材料堆放间作为生产用房使用。

3.3 浆液制输系统

采用引水隧洞5#洞外集中制浆站，在调压井底部(即引水隧洞6#洞)设置转浆站，制浆站设简易的制浆房和水泥库(面积150 m2左右，储存水泥130 t)，安设2台ZJ-400型高速搅拌机制浆，2台JJS-2A型低速搅拌机储浆，2台SGB6-10灌浆泵输浆。制好浆液直接用输浆泵输至工作面并注入孔内。

4 施工方法

4.1 施工工序(图3)

图3 施工工序

4.2 钻孔

(1)钻孔机具：选用YT-28手风钻进行造孔，成孔直径大于φ38 mm。

(2)钻孔施工布置：排距2 m，每排30孔，梅花型布置，孔深深入基岩4 m。

4.3 钻孔冲洗及简易压水试验

固结灌浆孔灌浆前的压水试验应在裂隙冲洗后进行，试验孔数为总孔数的5%，试验采用单点法，其余孔段可结合裂隙冲洗进行简易压水。压力为灌浆压力的80%，若大于1 MPa时，采用1 MPa；压水20 min，每5 min测读一次压水流量，取最后的流量值作为计算流量，其成果以透水率表示。

4.4 灌浆设备

4.4.1 灌浆泵

本工程水泥灌浆采用SGB6-10型高压灌浆泵。SGB6-10型高压灌浆泵的排量和压力满足灌浆要求，且该灌浆泵能灌注水泥砂浆，有利于封堵大裂缝和空腔带的封堵。

4.4.2 灌浆记录仪

使用鸣天科技有限公司生产的便携式多路灌浆自动监测仪。

4.4.3 高速搅拌机

采用杭州钻探机械厂生产的ZJY-400型高速搅拌机进行制浆。

4.4.4 低速搅拌机

本工程水泥灌浆采用JJ-2B型低速搅拌机。

4.5 灌浆材料及浆液制备

4.5.1 灌浆材料

(1)水泥：采用P.O32.5级普通硅酸盐水泥，细度要求为通过80 μm方孔筛的筛余量不大于5%。水泥必须符合质量标准，严格防潮并缩短存放时间，受潮结块者不得使用。

(2)砂：灌浆用砂为质地坚硬的天然或机制中细砂，粒径不大于2.5 mm，细度模数不大于2.0，其含泥量不大于3%，SO3含量小于1%，有机物含量不大于3%。

(3)水：灌浆用水应符合JGJ63-89第3.0.4条的规定，且拌浆用水的温度不得高于40 ℃，并不小于5 ℃。

4.5.2 浆液制备

(1)所有制浆材料必须称量，水泥、等固相材料应采用称重法称量，采用自动计量器进行加水量控制，称量误差不得大于5%。

(2)水泥浆液采用高速搅拌机搅拌，纯水泥浆液的搅拌时间不少于30 s，浆液在使用前应过筛，自制备至用完时间不应大于4 h。

(3)采用集中制浆站制备浆液。

制浆站采用高速搅拌机拌制水灰比为2∶1级纯水泥浆液，通过输浆泵、输浆管路送至灌浆工作面。

4.6 质量检查

固结灌浆质量采用压水试验进行检查，试验采用单点法，压水试验检查应在该部位灌浆结束3～7天后进行。透水率5≦lu灌浆结束后，将灌浆记录和有关资料提交给监理人，以便拟定检查孔的孔位。检查孔的数量不应少于灌浆孔总数的5%，孔段合格率应在85%以上，不合格孔段的透水率不超过设计规定值的150%且不集中，灌浆质量可认为合格。否则，按监理人批准的措施进行处理。