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【摘 要】 溧阳抽水蓄能电站地下厂房工程2#引水竖井开挖支护施工中因地质原因出现大范围塌方，开挖方式更改为正井法，为保证工程及施工安全，对滑塌堆渣体采用纯水泥浆液压力灌浆加固，利用水泥浆固结松散堆渣体，使之在浆液凝固作用下形成薄壁壳体阻挡滑塌堆渣体，与超前小导管形成两道挡渣墙，有效的保证了井壁的稳定，保证了开挖期间的施工安全。
【关键词】 滑塌堆渣体；预固结灌浆；施工技术
1 前言
江苏溧阳抽水蓄能电站2#引水竖井段长度为170.5m（含上下弯段）。开挖断面均为圆形，最大开挖直径为10.8m。受地质原因影响，在采用反井钻反拉完成后，由下弯段岩脉区向上逐层剥落在竖井底部形成了一个大的空腔，空腔随竖井开挖出渣逐渐向上发展，最终，塌空区大范围突变至设计边线外，滑塌区域长达近100m，其中滑塌范围超出设计边线长度近82m，竖井开挖工艺被迫改为正井法，如何在大范围滑塌堆渣体内进行竖井开挖支护及施工安全成为一大难题。
2 滑塌堆渣体水泥灌浆理念
由于地质岩层破碎，滑塌堆渣体是由各种粒径的剥落岩块构成，虽然经过短时间的沉积，但在开挖施工中受外力影响无法保持自身稳定性，卸荷后易出现大范围二次滑塌，影响到已开挖完成的区域，为工程安全及施工安全带来极大隐患，为防止事故发生，同时保证工期要求，决定利用水泥浆液的胶结能力和可灌性，对滑塌堆渣体区域进行压力灌浆，纯水泥浆通过低压作用在堆渣体空隙向下渗流，沿竖井方向固结深度10m以上，胶结下部松散堆渣体，使之形成沿设计开挖边线，厚约1.7m的薄壁壳体，一次灌浆可保证至少4～5个开挖循环的井壁稳定，并与每循环超前小导管配合起到挡渣墙的作用。滑塌堆渣体水泥灌浆范围见图1.
图1 水泥灌浆范围示意图
3 滑塌堆渣体组成
引水竖井区岩石由泥质粉砂岩与蚀变岩脉组成，因此，滑塌堆渣体主要由这两类岩石剥落构成，堆积情况详见表1。
表1 滑塌堆渣体组成
高程 滑塌堆渣体组成 备注
EL46m～EL-16m 砂岩剥落体，为大小不一的块状体，局部有碎屑夹层，并逐步出现少量蚀变岩脉块体。 石块间相互交叠咬合，形成一定的稳定状态，卸荷后有一定的自稳能力。
EL-16m～EL-32m 大范围蚀变岩脉剥落体出现，并已吸水软化，形成较密实的夹层，与泥质粉砂岩剥落碎屑夹层交杂，在EL-28.5m全部转变成已吸水软化的蚀变岩脉剥落体。 吸水软化的蚀变岩脉已不能为井壁提供任何的支撑力，在开挖出露后会发生由于卸荷而急剧滑塌，诱发大范围二次滑塌。
4 灌浆参数确定
由于堆渣体内部各种粒径剥落块体堆积，结构复杂，难以预知灌浆效果，为获取最佳的灌浆效果参数，在开挖期间进行了4次生产性试验，经过开挖后揭露的效果对比，最终确定了最优灌浆参数。
4.1灌浆参数确定原则
（1）通过试验确定堆渣体内固结灌浆压力，防止压力过大造成井壁变形。
（2）通过试验验证堆渣体可灌性
（3）通过试验确定浆液凝固范围及限量标准。
4.2灌浆参数确定
通过4次灌浆试验，采用不同的灌浆压力（0.1～0.4MPa）、单孔限量标准。经过灌浆后竖井开挖揭露的效果对比，选定了最优灌浆施工参数，灌浆压力不大于0.3MPa，单孔限量最优为3000kg～5000kg，孔距2.5m。具体施工参数见表2。
表2 灌浆试验参数对比表
次数 孔距（m） 孔深（m） 配比 单孔灰量（kg） 压力（MPa） 高程（m） 效果
开始 结束
1 2.5 4.0 0.8：1 0.6：1 限定3000 0.36～0.03 EL9.5 堆渣体
凝结差
2 2.5 3.0 0.8：1 0.6：1 限定2000 0.29～0.01 EL7.5～EL4.5 堆渣体
凝结较差
0.8：1 0.6：1 限定3000 0.08～0.01 堆渣体
凝结较好
0.8：1 0.6：1 不限量 0.31～0.01 过好，堆
渣体凝结后开挖费力
3 2.5 2.0 0.8：1 0.6：1 限定3000 0.31～0.02 EL-0.5 堆渣体
凝结好
4 2.5 1.5 0.6：1 0.6：1 限定5000 0.34～0.1 EL-23 堆渣体
凝结好
5 灌浆效果
竖井共进行了4次灌浆试验：
第一次：灌浆由于孔深过深，单孔灌浆量限定，大部分浆液通过石渣缝隙渗流至设计开挖线约1m以后的范围，表层松散岩块固结程度不佳，局部松散体在开挖过程中发生滑落现象，影响施工安全；
第二次：灌浆采用3m花管，调整单孔注浆量进行了3组试验：
1）单孔灌浆在3t以下，开挖出露的井壁松散岩块固结效果较差，开挖过程仍存在部分松散岩块掉块现象，影响开挖进度。
2）注浆量在3t时，较上一次有了明显提升，开挖出露的井壁松散岩块固结效果较好，开挖顺利进行。
3）单孔注浆量在不限量的要求下（实际最大灌注量在17t时停止），出现了浆液渗流至下部工作面内，固结了2个开挖循环的大范围松散石渣，增加了开挖难度，浪费了水泥，同时灌浆时间过长，对工期不利；
经过现场分析，认为固结范围过大浪费水泥，拖延工期，可以将固结范围缩小至2m以内，在井壁形成薄壁壳体，与超前小导管共同组成挡渣墙。
第三次：将花管长度改为2.0m，单孔灌浆3t的情况下，开挖出露的井壁松散岩块固结效果较好，固结高度接近21m，开挖过程中出现小范围零星岩块剥落，未对开挖造成影响。
第四次：为进一步提高灌浆效果及增加固结高度，将单孔灌浆量增加至5t，开挖揭露的堆渣体基本未出现小范围剥落，局部水泥浆渗流入工作面，固结面积不大，未对施工造成影响，总体效果最优为第四次。灌浆后堆渣体凝结效果见图2、图3。
图2 大块粒径堆渣体灌浆效果 图3 小粒径堆渣体灌浆效果
6 结语
溧阳抽水蓄能电站引水竖井地质条件复杂，岩脉与节理发育砂岩混杂，地下水丰富，造成井壁自稳性差，特别是F54断层与岩脉、砂岩交接带严重破坏井壁稳定，造成塌方。通过纯水泥浆低压灌浆对滑塌区堆渣体进行凝结加固，通过现场试验确定合理、适用的灌浆参数，并对EL9.5m～EL-23.5m滑塌堆渣体进行预固结灌浆施工，有效的在开挖轮廓线周围约1.7m范围形成薄壁壳体，与超前小导管组成的挡渣体系共同阻挡松散石渣，灌浆结束后井身稳定无较大变形，保证了2#引水竖井按期顺利完成开挖支护工作，保证了开挖出渣期间的施工安全，并验证了滑塌堆渣体内可灌性为竖井全井系统灌浆取得了基本灌浆参数。
参考文献：
[1] DL/T5148-2012水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]
作者简介：张宏达（1983—），男，山西大同人，助理工程师，从事水利水电工程施工管理。
【关键词】 滑塌堆渣体；预固结灌浆；施工技术
1 前言
江苏溧阳抽水蓄能电站2#引水竖井段长度为170.5m（含上下弯段）。开挖断面均为圆形，最大开挖直径为10.8m。受地质原因影响，在采用反井钻反拉完成后，由下弯段岩脉区向上逐层剥落在竖井底部形成了一个大的空腔，空腔随竖井开挖出渣逐渐向上发展，最终，塌空区大范围突变至设计边线外，滑塌区域长达近100m，其中滑塌范围超出设计边线长度近82m，竖井开挖工艺被迫改为正井法，如何在大范围滑塌堆渣体内进行竖井开挖支护及施工安全成为一大难题。
2 滑塌堆渣体水泥灌浆理念
由于地质岩层破碎，滑塌堆渣体是由各种粒径的剥落岩块构成，虽然经过短时间的沉积，但在开挖施工中受外力影响无法保持自身稳定性，卸荷后易出现大范围二次滑塌，影响到已开挖完成的区域，为工程安全及施工安全带来极大隐患，为防止事故发生，同时保证工期要求，决定利用水泥浆液的胶结能力和可灌性，对滑塌堆渣体区域进行压力灌浆，纯水泥浆通过低压作用在堆渣体空隙向下渗流，沿竖井方向固结深度10m以上，胶结下部松散堆渣体，使之形成沿设计开挖边线，厚约1.7m的薄壁壳体，一次灌浆可保证至少4～5个开挖循环的井壁稳定，并与每循环超前小导管配合起到挡渣墙的作用。滑塌堆渣体水泥灌浆范围见图1.
图1 水泥灌浆范围示意图
3 滑塌堆渣体组成
引水竖井区岩石由泥质粉砂岩与蚀变岩脉组成，因此，滑塌堆渣体主要由这两类岩石剥落构成，堆积情况详见表1。
表1 滑塌堆渣体组成
高程 滑塌堆渣体组成 备注
EL46m～EL-16m 砂岩剥落体，为大小不一的块状体，局部有碎屑夹层，并逐步出现少量蚀变岩脉块体。 石块间相互交叠咬合，形成一定的稳定状态，卸荷后有一定的自稳能力。
EL-16m～EL-32m 大范围蚀变岩脉剥落体出现，并已吸水软化，形成较密实的夹层，与泥质粉砂岩剥落碎屑夹层交杂，在EL-28.5m全部转变成已吸水软化的蚀变岩脉剥落体。 吸水软化的蚀变岩脉已不能为井壁提供任何的支撑力，在开挖出露后会发生由于卸荷而急剧滑塌，诱发大范围二次滑塌。
4 灌浆参数确定
由于堆渣体内部各种粒径剥落块体堆积，结构复杂，难以预知灌浆效果，为获取最佳的灌浆效果参数，在开挖期间进行了4次生产性试验，经过开挖后揭露的效果对比，最终确定了最优灌浆参数。
4.1灌浆参数确定原则
（1）通过试验确定堆渣体内固结灌浆压力，防止压力过大造成井壁变形。
（2）通过试验验证堆渣体可灌性
（3）通过试验确定浆液凝固范围及限量标准。
4.2灌浆参数确定
通过4次灌浆试验，采用不同的灌浆压力（0.1～0.4MPa）、单孔限量标准。经过灌浆后竖井开挖揭露的效果对比，选定了最优灌浆施工参数，灌浆压力不大于0.3MPa，单孔限量最优为3000kg～5000kg，孔距2.5m。具体施工参数见表2。
表2 灌浆试验参数对比表
次数 孔距（m） 孔深（m） 配比 单孔灰量（kg） 压力（MPa） 高程（m） 效果
开始 结束
1 2.5 4.0 0.8：1 0.6：1 限定3000 0.36～0.03 EL9.5 堆渣体
凝结差
2 2.5 3.0 0.8：1 0.6：1 限定2000 0.29～0.01 EL7.5～EL4.5 堆渣体
凝结较差
0.8：1 0.6：1 限定3000 0.08～0.01 堆渣体
凝结较好
0.8：1 0.6：1 不限量 0.31～0.01 过好，堆
渣体凝结后开挖费力
3 2.5 2.0 0.8：1 0.6：1 限定3000 0.31～0.02 EL-0.5 堆渣体
凝结好
4 2.5 1.5 0.6：1 0.6：1 限定5000 0.34～0.1 EL-23 堆渣体
凝结好
5 灌浆效果
竖井共进行了4次灌浆试验：
第一次：灌浆由于孔深过深，单孔灌浆量限定，大部分浆液通过石渣缝隙渗流至设计开挖线约1m以后的范围，表层松散岩块固结程度不佳，局部松散体在开挖过程中发生滑落现象，影响施工安全；
第二次：灌浆采用3m花管，调整单孔注浆量进行了3组试验：
1）单孔灌浆在3t以下，开挖出露的井壁松散岩块固结效果较差，开挖过程仍存在部分松散岩块掉块现象，影响开挖进度。
2）注浆量在3t时，较上一次有了明显提升，开挖出露的井壁松散岩块固结效果较好，开挖顺利进行。
3）单孔注浆量在不限量的要求下（实际最大灌注量在17t时停止），出现了浆液渗流至下部工作面内，固结了2个开挖循环的大范围松散石渣，增加了开挖难度，浪费了水泥，同时灌浆时间过长，对工期不利；
经过现场分析，认为固结范围过大浪费水泥，拖延工期，可以将固结范围缩小至2m以内，在井壁形成薄壁壳体，与超前小导管共同组成挡渣墙。
第三次：将花管长度改为2.0m，单孔灌浆3t的情况下，开挖出露的井壁松散岩块固结效果较好，固结高度接近21m，开挖过程中出现小范围零星岩块剥落，未对开挖造成影响。
第四次：为进一步提高灌浆效果及增加固结高度，将单孔灌浆量增加至5t，开挖揭露的堆渣体基本未出现小范围剥落，局部水泥浆渗流入工作面，固结面积不大，未对施工造成影响，总体效果最优为第四次。灌浆后堆渣体凝结效果见图2、图3。
图2 大块粒径堆渣体灌浆效果 图3 小粒径堆渣体灌浆效果
6 结语
溧阳抽水蓄能电站引水竖井地质条件复杂，岩脉与节理发育砂岩混杂，地下水丰富，造成井壁自稳性差，特别是F54断层与岩脉、砂岩交接带严重破坏井壁稳定，造成塌方。通过纯水泥浆低压灌浆对滑塌区堆渣体进行凝结加固，通过现场试验确定合理、适用的灌浆参数，并对EL9.5m～EL-23.5m滑塌堆渣体进行预固结灌浆施工，有效的在开挖轮廓线周围约1.7m范围形成薄壁壳体，与超前小导管组成的挡渣体系共同阻挡松散石渣，灌浆结束后井身稳定无较大变形，保证了2#引水竖井按期顺利完成开挖支护工作，保证了开挖出渣期间的施工安全，并验证了滑塌堆渣体内可灌性为竖井全井系统灌浆取得了基本灌浆参数。
参考文献：
[1] DL/T5148-2012水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S]
作者简介：张宏达（1983—），男，山西大同人，助理工程师，从事水利水电工程施工管理。