【doc】 贵州省洪家渡电站K40溶洞封堵处理方法分析

【doc】 贵州省洪家渡电站K40溶洞封堵处理方法分析 贵州省洪家渡电站K40溶洞封堵处理方法 分析 2005年第33卷增刊 Vo1.33.Supp1.,2005 地球与环境 EARTHANDEN?R()NMr435 文章编号:1672,9250(2005)增-0435—05 贵州省洪家渡电站K40溶洞封堵处理方法分析 柴建峰,朱时杰 (1.中国科学院地质与地球物理所工程地质室,北京100029;2.国电总公司中南勘测设计研究院,湖南长沙410014) 摘要:本文对贵州省洪家渡电站K4O溶洞封堵处理设计与施工进行了分析,并提出了岩溶地区复杂地质条件的 处理方法.即在查清地质条件的基础上,采用分区处理,多种工程手段相结合的措施. 关键词:洪家渡电站;K4O溶洞;堵头;岩溶;帷幕;灌浆 中图分类号~P642.25文献标识码:A 随着国家基础建设的加大,灰岩地区修坝建库 等建设日渐增多.然而灰岩地区普遍存在岩溶管 道,溶蚀裂隙,溶蚀破碎带和溶洞等复杂的地质构 造,必需进行封堵,密实处理后才可隔水防渗I1],因 此,对此类地层的防渗处理日显重要.本文对贵州 省洪家渡电站K40溶洞封堵处理工程的设计,施工 作了详细介绍,供同行参考. 1工程及地质概况 1.1工程概况 洪家渡水电站位于乌江干流上游贵州省境内黔 西县与织金县交界处,是乌江梯级龙头电站.电站 右岸有一个K40岩溶系统,汛期岩溶管道出水量最 大达5.0m3/s,若不对其进行防渗处理则在汛期会 淹没基坑而使厂房无法施工.为确保电站的施工进 度,设计拟定对右岸K40岩溶进行封堵处理,并在 右岸的5#排水洞内及19#公路段处设置一道防渗 帷幕,隔阻K40溶洞系统暗河水流人厂房基坑,而 让其沿5#排水洞直接排人下游围堰的河流中. 1.2地质概况 K40溶洞处理工程帷幕区位处三叠系下统夜郎 组玉龙山段(T蛩,T,T)和九级滩段(T)地层 内,帷幕区地层为单斜岩层,产状40.,70./NW 25.,55..主要发育有NE,NNE,NNW,NW四 收稿日期:2005—06—16;修回日期:2005—08-19 第一作者简介:柴建峰(1977一),男,博士研究生,主要从事工程地质 方面的工作.E—mail:jfchai@mail.igcas.ac.cn 组节理裂隙[2’.].帷幕线上发育有3条断层,分别为 F,Fs和F.;帷幕区中,下游段贯穿K40溶洞系,上 游段穿越玉龙山灰岩和九级滩页岩的交接段. 帷幕区岩溶主要 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现为岩溶管道,溶洞,溶蚀裂 隙,溶蚀破碎带及溶蚀晶孔.K40溶洞系列发育在 帷幕线中间段,在帷幕线上分上,下两层发育,上层 溶洞在地下水位以上,为无水干洞,洞内部分充填; 下层溶洞在地下水位以下形成暗河,其主要由两个 相对大的独立溶洞(设计编号为溶洞l区和II区)和 溶蚀裂隙,溶蚀破碎带构成.I区发育在帷0+l55 , 帷0+175部位,即F断层破碎带上,埋深距上层 溶洞底板17”--25m,溶洞断面高度10”---15m;II区 发育在帷0+130,帷0+145,即距I区约30m,溶 洞空腔高度3,10m不等.下层溶洞在地下水位 以下形成单暗河,暗河地下水流量在枯水期为0.2, 0.4m./s,汛期达到3.0,5.0m3/s. 2施工 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计 根据初步勘探资料及实际地质情况,设计处理 方案如下:对K40岩溶系统的上层溶洞和下层溶洞 的I,II区进行混凝土回填封堵处理,并在右岸5# 排水}同及19#公路段沿K40岩溶系统上下两侧布 设一道防渗帷幕,幕体在5#排水洞内横截Fs断 层,K40岩溶发育区,在19#公路段处穿越玉龙山 灰岩和九级滩页岩的交接带. 2.1帷幕灌浆 施工方案 围墙砌筑施工方案免费下载道路清表施工方案下载双排脚手架施工方案脚手架专项施工方案专项施工方案脚手架 根据施工地段地质条件不同,帷幕分段设为单 436地球环境 排幕或双排幕,单排幕孔距2.0ITI,双排幕孔距2.5 ITI,排距1.0ITI,分三序施工.帷幕灌浆采用”自上 而下,小口径钻进,孔口封闭,不待凝,孔内循环”高 压灌浆工艺.不同灌段的最大灌浆压力从上至下分 别为:0.5MPa,1.0MPa,2.0MPa,3.0MPa,4.0 Mpa.一般地层在深入基岩19米以下后,灌浆采用 最大灌浆压力4.0MPa,在玉龙山灰岩与九级滩页 岩交接带上和溶洞内充填物等地质条件较差的地 段,灌浆最大压力采用2.5,3MPa. 2.2K40溶洞封堵处理方案 用抽水泵在帷幕内侧K40溶洞集水坑抽水降 低K40岩溶管道系统水位,对空腔高度大于0.3m 的溶洞区域采用q~150的钻孔,先用C20水下混凝 土进行充填,然后用水泥一水玻璃双液和水泥砂浆 灌注回填溶洞空腔形成堵头;对于溶洞空腔高度小 于0.3m的部位,则直接采用水泥一水玻璃双液,水 泥砂浆,纯水泥浆及化学浆材灌注充填溶洞空腔或 岩溶裂隙形成堵头. 3帷幕灌浆施工 3.1施工工艺 (1)混凝土盖重板浇筑 施工对于19#公路段地势起伏较大的帷幕灌 浆区,采用局部开挖找平处理.开挖采用预裂爆破, 即风钻造孔,孔距为0.5,0.8In,排距为1ITI,孔深 为设计边线,角度与开挖坡度一致.19#公路段帷 幕灌浆需要浇筑混凝土盖重板压重,浇筑孔口管,以 实现孔口封闭,孔内循环的帷幕灌浆施工工艺.其 施工工序流程:爆破开挖——幕线清整——抗抬锚 杆,—盖重板浇筑. 抗抬锚杆按孔距2.0ITI,排距1.4ITI布置.插 入直径25螺纹钢筋,人岩3.0ITI,外露0.3ITI.锚 杆孔在下人钢筋后采用M20水泥砂浆灌注锚固. 盖重板采用宽2.5,3.0ITI,厚0.5,4.5ITI不等的 C2o或C25三级配的混凝土浇筑而成. (2)孔位测放及钻机安装:孔位偏差应小于10 C1TI. (3)造孔及孔口管镶嵌 造孔采用SGZ一1A型地质钻机,金刚石钻头 钻进,钻进前采用水平尺和罗盘校正立轴垂直度. 孔口段(第一段)孔径r~75,段长进入基岩2.5ITI. 第1段成孔后,即进行洗孔,压水和灌浆,灌浆完后 埋设孔口管,埋设时进行了认真的校正,为以下段的 钻灌打好基础.孔口管埋设待凝72小时后扫孔进 行以下段钻灌.第2段及以下段孔径为r~59. (4)洗孔 每一孔段钻孔结束后即用水进行洗孔,待孔口 回清水10rain后停止洗孔,孔内岩屑等残留厚度应 小于20CITI,冲洗压力为灌浆压力的80,该值若大 于1.0MPa时,采用1_0MPa. (5)压水试验 下游排I序孔灌浆前均作了简易压水试验,?, ?序孔根据监理工程师的指示,仅对前序孔耗浆量 大及遇特殊地质条件的灌段作了灌前简易压水试 验.压水试验压力为该灌段灌浆压力的80,该值 大于1.0MPa的,采用l_0MPa.压水时间20 rain,每5rain测读一次压入流量. (6)灌浆 ?浆液由集中制浆站配制0.5:1的浓浆,再泵 送至各灌浆站.各灌浆站将0.5:1的浓浆配制成 各种比级的浆液进行灌浆.灌浆浆液的浓度由稀到 浓,逐级变浓,浆液水灰比采用2:1,1:1,0.8;1, 0.5:1等四个比级,浆液比级根据规范要求进行变 换. 帷幕灌浆孔分双排和单排,双排幕先施工下游 排,再施工上游排,同一排又分三序孔施工,即1,I1, II1,按序次施工,同一单元中,下游排未完不能施工 上游排,同一排上相邻的两个次序孔之间,以及后序 排上第一次序孔与其相应部位前序排上最后次序孔 之间,在岩石钻孔灌浆的间隔高差不得小于15ITI. 灌浆结束标准:灌浆压力保持设计压力不变,注 入率小于0.4L/rain的时间达到注60rain即结束 该段灌浆. ?双浆液灌注 对钻孔中无回水孔段或压水试验透水率>100 Iu的孔段,为了减少浆液不必要的流失浪费,有效 控制浆液的扩散半径,采用水泥水玻璃双浆液灌注. a.根据漏水通道的充填及动水特征,通过试验 选择最优浆液配比以明确浆液的胶凝时问和配比参 数. b.灌浆利用双浆液混合器,即外管注人水泥 浆,内管注入水玻璃,水泥和水玻璃分别进入混合器 高速搅拌混合后灌入渗漏通道和围岩中. C.采用0.8:1的水泥浆和0.5:1的水玻璃混 增刊柴建峰等:贵州省洪家渡电站K40溶洞封堵处理方法分析437 合液(水玻璃:水的体积比)定量混合.水泥浆和水 玻璃浆各用一台泵单独压送,灌浆压力为1MPa,水 泥灌人量达5t/段后待凝8,12小时,再扫孔复灌, 直至满足设计要求. (7)测斜 每灌浆段钻孔结束后,进行孔斜和方位角的测 量,孔斜采用KXP--1型电子测斜仪测量,孔底偏 差值满足表1. 人水泥达3t/m后,即待凝8,12h,复灌3次后,再 灌注加5水玻璃的浓浆(0.5:1)5t/m待凝至结 束. ?对于有掉钻现象的孔段,掉钻高度达0.3m 以上的,先钻大口径孔(150)浇筑混凝土后再灌 浆.否则采用先进行砂浆灌注(砂浆中加人适量锯 末,细小棕绳丝等),待砂浆回填满空腔后,再按第? 条所述要求进行处理,直至达到设计要求. T1 表孔偏差控制表 4K40溶洞回填封堵处理方法able1. Thecontro1tableofboreholedeviation,11=r删H’丹,土/JlA 孔深(m)iO203050终孔方位角4.1上层溶洞回填处理 最大允许偏差值(m)0.130.250.50.80<3. (8)回填封孔 终孔段灌浆结束后,采用”置换和压力灌浆封孔 法”进行封孔,封孔灌浆水灰比为0.5:1,封孔压力 为该孔最大灌浆压力. 3.2特殊情况处理 由于K40溶洞地质条件复杂,施工区域内断 层,岩溶裂隙,溶沟,溶槽发育,19#公路段帷幕轴线 穿过页岩和灰岩接触段,帷幕轴线左右两侧基岩裸 露,盖重单薄,大多数灌浆区属于强风化地段.灌浆 时,这些部位大多出现串,漏,冒浆现象,针对这些特 殊孔段采用了如下方法处理: (1)串浆处理 正在钻进的钻孑L串浆,如串浆孔具备灌浆条件, 两孔同时灌浆,并采用一泵灌一孔.否则将串浆孔 停钻用栓塞将钻孔堵住,待灌浆孔灌浆结束后再对 串浆孔扫孔,冲洗,而后继续钻灌. (2)冒,漏浆处理 地表发生冒浆时,采用棉纱嵌缝与水泥水玻璃 表面封堵处理;人工无法进行封堵时,采用低压,限 流,限量间歇灌注,限量根据实际情况确定,施工过 程中一般限流5,10L/min左右. (3)大耗浆孔段处理 ?溶蚀,人工填碴及溶洞软弱充填物孔段,如 207#,227#灌浆孔段,分段灌注时,以lt/m灌注 3次,每次待凝8,12h,仍然不起压则扫孔,先灌1 t/m的纯水泥浆后,接着灌入掺加5水玻璃的水 泥浓液(0.5:1)0.5,lt/m后,再灌人纯水泥浆1 t/m待凝,以此方法,直至达到灌浆结束标准. ?对于如273#,291#孑L大耗浆孔段每次灌 K40上层溶洞(干洞)采用明浇混凝土封堵,将 溶洞帷幕线左侧的充填物清除,底部往帷幕轴线两 边扩挖到基岩面.由于右侧通往K40底层溶洞,充 填物无法清挖到岩面,则沿5#排水洞右侧开挖一 宽1.0m的槽深入基岩,沟槽平行帷幕轴线立模浇 筑. 4.2下层溶洞回填处理 4.2.1帷幕区溶洞处理 下层溶洞内有动态流水,采用简单灌浆方法无 法使水泥浆在帷幕区凝固形成堵头而达到止水防渗 的目的,因此施工中采取钻大口径孔抛填砂石骨料 在帷幕区上游侧的溶洞内形成临时隔水帷幕,再在 帷幕区的溶洞内通过钻设的大口径孔采用导管法浇 筑砼,砂浆补填灌浆和水泥浆密实灌浆后建造永久 堵头,并最终形成防渗帷幕. 帷幕区通过在帷幕线上钻孔抛填砂石骨料及水 下混凝土形成堵头堵水.设计堵头按承载2O.0m 的水头考虑,根据骨料通过钻孔的自然塌落度,骨料 在动水状态下,迎水面自然休止角为30.,背水面为 10.,要充填满4.0m高的溶洞空腔,设计堵头需底 宽4O.0m,顶宽为10.0m,按三排孔考虑,至溶洞 顶部中间排孔与上下游~llqL的排距为4.0,5.0m, 钻孔布置在5#排水洞底层溶洞区段,分上中下游 排布设,排距为0.75m,孔距为2.5Om,成梅花型 布置.中间排孔布在帷幕轴线上,为铅直孔,用于浇 筑砼和密实灌浆.上下游排为斜孔,钻孔倾角为 75.,8O.,用于抛填砂石骨料.抛料孔及砼浇筑孔 孔径~P150,密实灌浆孔孔径75和59.砂石骨 料采用二级配,用手推车从交通洞运至抛料孔抛填. 上,下游排骨料填满后,在帷幕上下游侧形成了一道 相对隔水挡墙,使溶洞水流减缓或相对静止,此时在 438 中间排孑L中回填C25水下混凝土,采用导管法施 工.浇筑时将导管下人洞内溶洞洞底部,边浇筑边 提拔导管,使导管底部始终埯埋在砼内,保证了砼浇 筑质量.最后采用砂浆和纯水泥浆进行密实补强处 理.灌注采用全孑L一次灌注,压力为0.5MPa,纯压 灌人. 通过抛填砂石骨料,浇筑?昆凝土和密实灌浆等 方法对K40溶洞l,ll区进行处理后,ll区止水防渗 的效果良好,但l区由于为主溶洞过水断面区,加之 其底部均有厚约3,6m泥土充填,在2002年7月 17,19日连降大雨后,底层溶洞水位上涨至上层溶 洞,当水位涨至距5#排水洞底板3.5m时,K40上 层溶洞底部充填层被击穿,在靠近幕体处击出一直 径约2m的落水洞,由于水流从落水洞直接冲击在 I区幕体上,致使刚形成的幕体被击穿.为防止 K40溶洞地下水对幕体的直接冲击,防止洞内充填 物的再次击穿,也为了幕体更有效的形成,以及幕体 形成后的永久止水,业主,设计,监理,施工单位研究 决定对K40溶洞l区采取”堵,排,灌”相结合的方 法处理,以实现K40溶洞区帷幕幕体的最终形成. “堵”即在K40底层溶洞进水口采用砂袋垒围堰,浇 筑堵头,截断或减小溶洞水顺F断层及岩溶通道进 入K40下层溶洞;”排”即将K40上游集水坑处至5 #排水洞的上层溶洞的通道(包括F断层,落水井 等)表面浇筑混凝土铺盖,使上游来水部分沿上层溶 洞至5#排水洞排出,减少人渗底层溶洞的水量,降 低幕前地下水头;”灌”指在帷幕区通过”堵”,”排”处 理后在帷幕轴线下溶洞区域,采用灌浆处理将孑L隙, 空腔填满,形成阻水帷幕. 5封堵处理效果分析 检查孑L布设在灌前透水率大,灌浆吸浆量大,地 质条件相对差的部位.共计完成检查孑L27个,分布 K40溶洞处理工程的16个单元中.检查孑L成果表 明,检查孑L所有试段的压水试验透水率值均小于5 lU,说明防渗帷幕满足设计防渗标准要求. (1)K40溶洞区域冒,排水分析 K40溶洞在未进行处理前,在厂房基坑W9泉 点,塔机F断层等部位出冒水,6#回填施工支洞排 水.后经对K40溶洞进行抛填砂石骨料,回填水下 混凝土,灌注砂浆,水玻璃一水泥双浆液和纯水泥浆 等方法处理后,基坑出水点已完全不出水,6#砼回 填施工支洞也无排水,K40溶洞水已全部从5#排 水洞排人下游围堰的河流中.后经连通试验验证, K40溶洞区域经处理后,K40岩溶管道已被封堵,此 区域的防渗幕墙已形成.满足设计要求,达到了处 理目的. (2)5#排水洞相应部位水位变化分析 灌浆前,帷幕区各钻孑L地下水位均低于5#排 水洞底板高程l0b15m.当钻至岩溶区域时,钻孑L 立即失水.在5#排水洞内侧洞壁钻设的排水孑L均 呈干孑L,无出水状态.随着灌浆施工的连续进行及 K40溶洞封堵处理,灌人的灌材逐步充填溶洞空腔 及岩溶裂隙,管道地下水受阻,地下水逐渐抬高,到 灌浆进入到lIl序孑L施工时,部分钻孑L钻设后钻孑L 内涌冒水,5#排水洞部分排水孑L有水排出,19#公 路段内侧山坡岩体裂缝中有水渗出,如帷幕孑L189 #孑L附近洞壁的排水孑L内有水外流,其流水射程为 0.2,0.5m,实测流量约36L/min左右,这种由地 下渗漏水转变为地面明排水的现象也反映了K40 溶洞经处理后,帷幕线以下地层的阻水幕体已形成, 幕体有效的阻隔地下水,溶洞处理效果显着. (3)取芯及透水率 从质量检查孑L中取出岩芯看,溶洞空腔部位取 出了柱状砂浆水泥结石和岩石裂隙充填水泥结石, 这些结石体胶结良好,强度高,说明灌浆效果良好. 检查孑L压水试验,其透水率均小于5Lu的设计防渗 标准,说明防渗帷幕已经形成,帷幕灌浆满足设计要 求. (4)连通试验 曾在溶洞处理前后于k40上下层溶洞汇水坑进 水口投放示踪剂做连通试验.处理前在厂房基坑 W9泉点,厂房塔机,6#砼回填施工支洞处都有示 踪剂流出,说明渗漏通道存在.通过对1#溶洞区 进行了初步处理后,在k40上下层溶洞集水坑进水 口再次投放示踪剂做连通试验,其中6#砼回填施 工支洞已无出水,其余两处见少量示踪剂流出.在 K40溶洞施工完成后两天,再次进行投示踪剂连通 试验,经检验,W9泉点,基坑等处出水点已无出水 现象,其他各部位均不见示踪剂流出,说明渗漏通道 已完全截断.连通试验情况可以看出,随着处理的 深入,连通部位从多到少,水量从大到小,直至无漏 水.说明方案切实可行,质量优良. (5)5#排水洞过水量变化分析 增刊柴峰等:贵州钉洪家渡电站KIO溶洞目堵处理办法分析439 K40溶洞区域经溶洞封堵处理及帷幕灌浆处理 后,K40底层溶洞暗河区水已从5#排水洞排出,在 枯水期实测其排水量约为0.25,0.3rn./s,其流水 量与多年水文地质资料表明的K40岩溶洞暗河水 流量相吻合,说明K40岩溶地下暗河水流已全部从 5#排水洞排出,说明了K40溶洞封堵是成功和有 效的. 6结论 (1)实践表明经建设,设计,监理,施工单位研 究制定的K40溶洞处理方案是切实可行的,施工处 理是成功的. (2)帷幕灌浆施工完工后,厂房基坑原出水部 位均无水流出,在K40底层溶洞上游排进水口投放 铁红粉做连通试验时未见红水流出,说明厂房基坑 内已无K40溶洞水流人;同时K40溶洞暗河水已从 5#排水洞排出,排水量约为0.25,0.3ITI./s;5# 排水洞段地下水从5#排水洞内侧岩壁排水孑L中流 出.这些都证明了K40溶洞沿线防渗幕体已形成, K40溶洞经处理后已达到了防渗堵漏的目的. (3)K40溶洞处理中除采用了常规帷幕灌浆处 理外,在溶洞空隙封堵中除采用了抛填砂石骨料,浇 混凝土,灌注砂浆和水泥浆等方法外,也曾试用过抛 填袋装混凝土和麻绳棉纱废料等方法回填空腔,由 于K40溶洞暗河水在处理时水量太大以及溶洞空 腔不规则,采用抛填袋装混凝土和麻绳棉纱废料等 方法虽然未能达到预期止水目的,但在隔阻溶洞空 腔过水量及过水流速上还是起到了一定的作用的. 处理灰岩地区的防渗堵漏,其处理方法还有很多,各 种处理方法其适用地层又不完全一致,这就要求我 们在各种工程实践中,不断总结经验,不断发现和创 新,找出不同地质条件下的最经济最有效的处理方 法. 参考文献 [1]王茂靖.北盘江大桥峡谷岸坡岩溶形态特征及发育规律[J].工程地质,2004,vo1.12supp1.18—20 E2]唐光皋,周双全.洪家渡水电站岩溶发育特征及溶洞处理施mEJ].云南水力发电,2004,20(5):105—108 [3]罗海涛,钟以国.洪家渡水电站岩溶水文地质预报效果EJ].贵州水力发电,2004,18(5):23—25 THEANALYSIS0_FPROCESSINGMETHoDINK40WATER—ERoDED CAVEoFHoNGJIADUHYDRoELECTRICSTATIoNAT GUIZHOUPRoVINCE CHAIJian—feng,ZHUShi-jie. (1.InstituteofGeologyandGeophysics,ChineseAcademyofSciences,Beiji ng,100029;2.Mid--South Design&ResearchInstituteforHydroelectricProjects,Hunan,Changshan,410014) Abstract Viatheanalysisofthedesignandprocessingmethodofk40water-erodedcaveinthispaper,weobtainaprocessingmeth— odtOtackletheproblemincomplicatedgeologycondition.Basedoncleargeologycondition,adoptingdifferentmethodsand combingmulti—engineeringwaystosettlecorrespondingproblems. Keywords:HongjiaduHydroelectricStationwater-erodedcave;groutcurtain;grouting