大渗漏量溶洞防渗堵漏技术.doc

大渗漏量、高流速溶洞地层防渗堵漏技术研究 摘 要：国家电力公司科研项目（合同编号：SPKJ007-06）大漏量、高流速溶洞地层堵漏和防渗技 术研究系结合贵州猫跳河四级窄巷口水电站工程，研究溶洞地层堵漏和防渗技术研究包括：溶洞精确 探测技术研究，高流速水流堵漏材料研究，溶洞地层堵漏工艺研究所取得的成果在猫跳河四级窄巷口 电站、贵州引子渡水电站基坑溶洞堵漏工程、广西拔贡水电厂溶洞堵漏工程得到应用，对类似工程的设 计、施工具有参考和推广价值1、前言我国碳酸盐出露面积约 95 万 km2，主要分布在贵州、广西、滇东、湘西和鄂西，吕梁山、太行山、 鲁西地区也有大面积出露，这些地区蕴藏着丰富的水电资源深埋藏、大渗漏量、高流速溶洞管道在可 溶岩分布区的已建或待建水库中普遍存在，如何经济、有效地封堵岩溶管道和进行岩溶地层防渗是目前 世界上公认的难题研究岩溶地层探测、堵漏、防渗等一整套技术，对于岩溶地区筑坝减少防渗帷幕工 作量、已建电站发挥其应有的工程效益具有十分重大的经济和社会效益1998 年国家电力公司立项，中 国水利水电科学研究院负责，贵阳勘测设计研究院、贵州华天水电有限责任公司、贵州红枫发电总厂、 葛洲坝集团基础公司等单位共同参加，对溶洞地层的溶洞精确探测、动水下不分散灌浆材料及工艺进行 了系统研究，开发了一套适合于大漏量、高流速的动水条件下进行防渗处理的灌浆材料和灌浆工艺。

本 项目目前正处于验收阶段，本文只对项目取得的成果进行简单介绍2、溶洞精确探测技术研究 2.1 通过对猫跳河四级水电站水库和坝址岩溶渗漏研究资料的收集和综合分析，有效地确定了猫跳河 四级水电站水库和坝址岩溶四条集中渗漏通道，有效地确定了精确探测的区域，为后续进行的高精度探 测奠定了基础2.2 溶洞物探精确探测方法与技术：因溶洞发育的随机性和溶洞周围岩性的多样性，决定了必须有选 择地运用物探技术和方法，物探层析成像技术具有探测分辨率和精度与勘探深度无关的特点，为了达到 米量级的分辨率，主要进行了以下技术的研究：①物探层析成像辅助反演技术：公轭梯度、卷积重建技术，各向异性处理技术，钻孔精确测斜与边 界反演技术，计算机模拟正反演判定溶洞边界技术等②井间斯通滤波探测溶洞：ST 波动探测溶洞，射线法确定溶洞边界，小波分析判断溶洞及裂隙型异 常③物探技术的综合分析④新一代钻井电视摄像仪的研制 2.3 深埋溶洞潜流水的流速流向测试技术：研究了测试深埋地下水流流速、流向测试的方法和技术:①噪声监测测试地下水流速，该技术主要由“噪声?流速”率定关系曲线，声波分析，率定曲线对比确定 噪声监测测速的特点是：工作效率高（可进行全孔、多孔测试） ，监测范围大（可监测钻孔四周的地下水 流动情况） ，测试孔径小（要求测试孔径不小于 38mm） ，但测试进度不高，干扰因素多。

②光电式流速仪， 可测试大流速，能准确测定孔内揭示溶洞的水流速，特点是操作简单，动态范围大，不受测试深度的影 响，是溶洞探测的推荐方法③同位素示踪测试渗流流速，是地下水流速慢的地段有效的测试方法 2.4 研究成果在实际工程中的应用 ①溶洞精确探测技术应用于猫跳河四级工程：确定 76-89m 范围大溶洞，测试溶洞剖面面积约 48m2, 溶洞水流速 0.1～0.68m/s, 平均 0.3m/s, 并确定了溶洞水流向，估算溶洞水流量 14.4m3/s, 经过投放物料试 验验证此溶洞为主要的漏水通道，解决了多年来存在争议的漏水通道问题②溶洞精确探测技术应用于引子渡溶洞堵漏工程：引子渡水电站厂房基坑开挖后，由于断层穿过厂 房基坑，发生了围堰地基溶洞涌水，流量大于 1700m3/h，估算流速为 2.6?2.8m/s，溶洞精确探测技术探 测出溶洞走向、规模、充填物等，为溶洞堵漏的顺利进行奠定了基础3. 溶洞地层堵漏材料研究3.1 模袋灌浆材料：通过试验可以发现模袋灌浆有着其独特的优点：耐高速水流，在高速水流下，保证水泥不分散，不 被冲走；水泥浆经模袋析水后，不但硬化速度加快，而且固化强度有着很大提高。

模袋材料在压力下膨 胀，适应不同形状，可以堵塞不同形状的漏洞模袋灌浆的关键是压力和灌浆速率的控制；为降低堵漏 工程造价，对水泥固化土材料进行了试验研究；其它如水泥粉煤灰浆材也可应用于模袋灌浆工程 3.2 水泥化学混合灌浆材料:AC-MS 是性能良好的堵漏灌浆材料，有很好的可灌性，其凝胶体具有较 好的粘结性和弹性，以及水中膨胀性，和水泥合并使用，可使浆液速凝，凝胶体粘结强度和抗冲性能较 好，可以用于封堵较高流速和较大流量的涌水, 适合溶洞地层及碎石级配料的灌浆堵漏 3.3 水泥基速凝材料：适当水灰比的铝酸盐水泥和硅酸盐水泥的混合水泥浆液具有凝结快、早期强度 高等特点，可在无水或静水溶洞或大节理裂隙岩体灌浆处理中作为灌浆材料使用适当配比的铝酸盐和 硅酸盐的混合水泥膏浆具有在动水条件下能凝结且凝结时间较短，早期强度高，能抵御一定水流的冲击 等特点，可在一定流速、一定流量的溶洞中作堵漏材料使用水泥膏浆在大节理裂隙岩体灌浆工程中可 以避免浆液灌注到不需要灌的较远地区，因此水泥膏浆灌浆可以控制灌浆的范围，在达到灌浆目的的同 时可以节省很多的灌浆材料和时间 3.4 沥青灌浆材料：沥青灌浆施工的主要关键技术是热沥青的输送技术和输送管道的隔热保温问题， 通过市场调查和现场应用，通过热传导理论计算，并经现场试验验证，热沥青的输送管道采用保温软管、 充填保温料的双层钢管、钢管外套保温软管等三种方法，都是可行的，在冬季，输送管较长或积水较深 的情况下要采取这些保温措施。

在某些条件下可直接采用钢管输送而不需保温从技术性能看，100#和 60#石油沥青及水工石油沥青都可作灌浆材料，但水工沥青的塑性变形能力和粘结力较其它两种沥青都强， 在要求具有较强的粘结力或要求有较好的塑性变形能力的情况下，可优先考虑选用水工沥青作灌浆材料 但从成本上考虑，水工沥青单价约是 100＃道路沥青的 2 倍，因此，综合考虑，也可选用 100＃道路石油 沥青通过对沥青灌浆材料和施工工艺的研究，对解决水工筑物各种大渗漏的补救处理，有了一种又快又好又省的解决方法3.5 堵漏粒料：优选并制备出能在水中悬浮并随水流流到漏水部位的粒料，经室内试验，可用于模袋 堵漏后，剩余的小缝隙 3.6PMC 封堵材料研制出抗水流冲击、快凝型 PMC 材料，其凝结时间从 7～8 分钟到 2 小时；2 小 时抗压强度 10.78 MPa，抗拉强度 1.51MPa.；七天抗压强度 35.79 MPa ，抗拉强度 3.16 Mpa，是一种速 凝性高分子复合材料，可用于级配料或堵漏粒料的防渗堵漏灌浆 这 6 种动水下不分散灌浆材料，其具有一定的流动性、遇水具不分散性和高凝结性、强度增长较快、 价格低廉、来源广等性能特点。

并进行了室内动水模拟试验验证4、灌浆工艺研究： 4.1 模袋灌浆材料灌浆工艺：研究了模袋缝制、捆绑等工艺，灌浆压力、填充速度控制等 4.2 碎石级配料下灌浆材料的灌浆工艺：试验证明，采用 AC-MS 水泥双液灌浆，进行动水下碎石级 配料防渗堵漏是可行的，双液灌浆工艺能够保证浆液快速凝胶，凝胶体具有优异力学性能和防渗性能， 从而达到防渗堵漏很好效果 4.3 水泥基充填材料灌浆工艺：采用双液灌浆、水泥膏浆技术，使水泥浆材达到速凝、抗水流冲击的 目的，应用于静水、低流速溶洞、大裂隙溶洞地层灌浆是可行的 4.4 现场布置、水面或廊道钻进、布孔技术、专用设备研制等施工技术研究等针对猫跳河四级工程 提出了施工组织设计，针对引子渡溶洞堵漏工程，自制双液灌浆压力稳定包，自制双液灌浆混合灌浆塞5、研究成果在实际工程中的应用： 5.1 工程简介引子渡水电站位于平坝、织金两县交界处三岔河上，是七个首批开工的“西电东送”工程之一，装 机容量 36 万千瓦在厂房基坑开挖到 963m 高程时，出现溶洞涌水，大量的水涌入基坑，迅速淹没基坑， 基坑、发电岔洞施工被迫停止据有关测试，溶洞口径约 80cm，流量大于 1700m3/h，估算流速为 2.6?2.8m/s。

2001 年 9 月?10 月，贵阳勘测设计研究院贵州华天水利电力工程有限责任公司，采用模袋灌 浆技术、AC-MS 灌浆材料及控制灌浆技术，高精度溶洞探测技术，对基坑进行了溶洞精确探测和防渗堵 漏处理 5.2 溶洞精确探测及防渗堵漏处理 5.2.1 溶洞出水口模袋堵漏 由于出水口被淹，首先由潜水员把连有灌浆管的模袋从出水口放入溶洞中，固定好后，进行灌浆 在一定压力下，浆液中的水被挤出，浆液留在模袋内，当模袋被灌满后继续保持压力灌注 30min 进行泌水，然后进行屏浆处理通过 36h 的施工，进行了两个模袋的灌浆，完成了出水口封堵经测试，涌水 流量减少了 60%，原先看到的基坑内的涌泉消失然后，对出口进行压渣处理并抽水基坑、发电岔洞 第三天恢复施工 5.2.2 临时处理断面的高精度溶洞探测 由于出水口溶洞堵漏受堵漏条件的限制，无法继续进行出水口堵漏施工，为达到彻底的防渗堵漏效 果，必须从溶洞通道进行封堵，为探明溶洞规模及走向，首先进行了 CT 溶洞精确探测在临时处理断面 钻孔，间距为 10m、孔深 20m，进行 CT 溶洞精确探测 5.2.3 钻孔内溶洞模袋灌浆及控制灌浆处理 对空溶洞，由于水流速大，无论是水泥浆，还是采用双液控制灌浆灌入后，迅速从基坑中冲出。

为 此，采用了土工模袋灌浆施工，处理后，基坑涌水量又有明显的减少，流量不足 350m3/h对小溶洞，水 流速仍较大，一般的灌浆工艺和浆材不能达到效果经试验研究，采用双液控制灌浆工艺，浆材分别为 含纤维水泥砂浆和 AC-MS?水泥浆液AC-MS?水泥双液灌浆，采用孔口混合，凝胶时间控制在 5～8s, 保 证浆液出口即已初凝，浆材在孔洞内扩散并迅速凝固，达到了堵漏目的在 AC-MS 双液灌浆过程中，为 保证灌浆双管压力、流量的稳定，特制稳压包进行控制，取得了很好效果充填溶洞和裂隙发育的强渗漏带，采用双液控制灌浆工艺，浆材分别水泥浆和水玻璃，孔口混合， 浆液经管内流出后 20S 凝固，在一定压力下灌注，最后，溶洞漏水被完全堵住，基坑开挖后，在经过处 理的地带，岩壁干燥，没有一点渗漏。