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光明網:中國電建核心技術填補國內壩基處理技術空白
來源:水電基礎局 作者:袁強 時間:2021-12-20 字體:[ ]

“深層涌水量從每秒46.97升降至每秒0.15升,降幅99.7%,淺層涌水量從每秒154.21升降至每秒12.44升,降幅91.9%,壩后長觀孔及壩基滲壓計觀測值普遍下降15米,最大下降22米,大壩滲漏問題終于成功解決了,效果還遠遠超出預期?!?span style="text-indent: 2em;">  

       瀘定水電站大壩全景

看到一年來的奮斗成果,項目經理唐玉書和常務副經理王曉飛臉上難掩勝利的笑容,站在曾經的大壩涌水點,他們不禁長長舒了一口氣。

12月15日,這一天對于項目團隊來說注定難忘,經過461天的緊張施工,瀘定水電站壩基補強帷幕灌漿工程終于畫上了圓滿的句號,同時這也填補了我國“高水頭下”大壩深厚覆蓋層壩基防滲處理的空白,為其他類似深厚覆蓋層基礎處理技術積累了寶貴的施工經驗。

大壩之下暗流涌動

大渡河,岷江最大支流,發源于青海玉樹果洛山南麓,經川西北高原、橫斷山地,在四川盆地匯入岷江,流域內水量豐沛、河谷狹窄、落差巨大,蘊藏著富饒且可開發的水力資源,這里也因此成為全國第五大水電基地。

大渡河上游和中游的分界點瀘定縣,河水更加兇猛,不斷地拍擊著河谷兩岸,波濤滾滾,響聲震天,時而像紅軍飛奪瀘定橋時密集的槍炮聲般激昂,時而如直沖云霄的纖夫號子聲般豪壯。自瀘定橋沿河溯游而上,約兩公里左右,一座大壩傲然屹立,巍峨橫亙于大渡河上,這便是瀘定水電站。如今,水電基礎局在這里又一次創造了新的奇跡。

瀘定水電站是大渡河水電基地的重要電站之一,是大渡河干流水電規劃的第12個梯級電站。靜臥在峽谷之間的巍峨大壩,猶如一雙巨手,馴服了狂野的河水猛獸。蓄積的水被源源不斷的送到右岸地面廠房,變為電能。

這座粘土心墻堆石壩,建筑于深達150多米的覆蓋層上。150米,地表到基巖的距離,廣布著因為河流沖積堆積等原因形成的松散堆積、沉積物,透水性程度高低不一。要在這類地質條件下修建大壩攔水擋水蓄水,如果不對易透水、滲水的地層進行處理,將會嚴重影響大壩質量和運行安全。

保證大壩牢固,就必須要從地面向下修建相當于50層樓高的防滲體系,構筑一道結實的保護屏障。

為了解決大壩防滲的問題,電站修建之初,在大壩的所在的河床部位設計了一道最大深度110米的垂直混凝土防滲墻和四排灌漿帷幕,四排灌漿帷幕主要解決地下110米到150米地層的防滲問題。而在大壩的兩岸部位也同時進行了基礎處理,主要由混凝土防滲墻和基巖帷幕灌漿組成。建設期間,為早日實現工程投產發電,對河床段帷幕灌漿進行了設計優化,調整減少了防滲墻外上下游側兩排孔,進行了防滲墻內兩排灌漿孔的施工。

  

     大壩處理前涌水點涌水情況

在電站安全運營兩年后,大壩右岸量水堰下游開始出現滲水。滲漏的地面慢慢發生塌陷,水流量也漸漸增大,涌出較多的壩體的灰黑色細顆粒,且出現地面開裂、河床塌陷等變形情況。通過檢測判定為大壩深層的原帷幕灌漿防滲體在電站運營后承較高的水壓,帷幕體局部受到破壞所致。

下游河道涌水出現后,華電公司瀘定水電站高度重視,第一時間進行排查,選擇專業隊伍進場處理。水電基礎局受業主委托,第一時間對涌水點和涌水區域進行了壓重反壓、排水減勢的應急處理措施。經過應急處理,涌水含砂有明顯改善,涌水出口未再出現塌陷。后續又經過4次類似的滲漏應急處理,情況都有所好轉,但無法根治滲水問題。

量身定制“手術方案”

為什么大壩滲漏問題屢治屢范?

頭痛醫頭、腳痛醫腳的應急處理方案猶如揚湯止沸,要想根治就得對大壩進行“心臟手術”——對深厚覆蓋層壩基防滲再處理。

在電站大壩以下75米的深度,一條496米長,3.5米寬的廊道穿大壩而過,這就是大壩的手術部位。

手術方案要么把庫內蓄水棄掉,減少蓄水對施工的影響,這會降低手術難度,但會造成比較大的發電經濟損失;要么不影響電站正常運營,在庫內蓄水情況下手術,這無疑會增加施工難度,但對電站經濟損失較小,經過綜合權衡,最終采用了后者。

大壩廊道內的“心臟手術”相較于常規的帷幕灌漿施工,首先面臨的是施工空間受到限制,就像被窩里耍拳——有勁使不上。其次蓄水帶來了一定的水壓,等同于頭上頂著60多米高的“大水盆”,同時因為壩體深層防滲體遭受破壞,產生了動水、涌水,對本就不利的施工條件來說猶如雪上加霜。

在施工期間,水電基礎局總經理、黨委副書記韓偉先后3次到施工現場了解項目施工進展,同時就面臨的問題提出具體指導意見,他強調,“要解決好大壩滲漏問題,就要解決好高水頭、深厚覆蓋層、動水、涌水這些‘卡脖子’問題,要從新工藝、新材料、新技術上發力,逐個擊破面臨的困難”。

如何破局?項目團隊在公司領導和專家的指導下,按照施工工序開展了一系列試驗。

廊道位于60米的水面側下方,在施工鉆孔時就要承受來自側上方水壓,鉆孔過程中出現涌水、涌砂,對施工造成很大的影響,如果不加以處理,整個廊道都會被涌水涌沙淹沒。同時涌砂將進一步對深層地質造成破壞,此外覆蓋層不像基巖那樣完整,由沙子和大小不一的石頭組成,鉆孔后的孔壁特別容易坍塌,要保證孔壁穩定,就要解決護壁問題。

  

      項目團隊在施工現場對取出的巖心進行分析

團隊研發特種泥漿護壁鉆孔,平衡孔內涌水壓力,使巖屑、沉渣上浮,循環帶出,形成一定泥皮厚度起到護壁穩定的加重泥漿,抵消了孔下涌水的壓力。

而在壩基廊道內開孔后就面臨60米的水沖壓力,這時特種泥漿的自重所形成的的漿柱壓力不足以抵抗涌水壓力,特種泥漿的優勢尚不能發揮,為防止涌水涌砂溢出孔口,項目團隊在孔口安裝特制的孔口封閉裝置。解決了高壓水頭的鉆孔工藝問題。

在灌漿環節,區別于常規的“孔口封閉、孔內循環、自上而下分段” 的灌漿方法,此次,團隊采用改良“套閥管”工藝進行超深覆蓋層灌漿。由于工程鉆孔灌漿施工最深達到152米,孔深較深,“套閥管”的自身重量較大,為了避免“套閥管”下設過程中出現異常情況,對“套閥管”管材、膠套和套殼料進行了改良,確保了深孔“套閥管”工藝的成功應用?! ?/p>

在動水條件下,灌注的漿液在水流沖刷下難以留存,難以保證其強度和耐久性。項目團隊研發了復合灌漿材料及速凝抗沖膏漿,保證了槳液凝結時間短、早期強度高的特性,漿液凝結時間能夠滿足現場施工條件,灌入地層后能夠在較短的時間內留存在滲漏通道內,封堵滲漏通道。針對河床段覆蓋層分布了多層砂層分布問題,團隊研發并應用高強度納米級灌漿材料,該漿材為無毒無味環保材料,解決了砂層防滲問題。

經過前后為期兩個月不斷的試驗、論證、試驗、論證,最終驗證了方案可行,一切準備就緒,大家都甩開了膀子,磨刀霍霍,準備大干一場。

大壩愈合“天衣無縫”

方案的可行性終于通過了。2020年9月11日,瀘定電站河床段壩基深厚覆蓋層補強帷幕灌漿工程正式開工,拉開了項目全面施工的序幕。

進入全面施工,項目又即將迎來新的考驗。

在試驗期間,水電基礎局調配了精干力量集中攻關,對傳統的施工工藝從技術、材料、工序方面進行了全面創新。而以前擁有豐富經驗的灌漿老手,如今要當起新學徒,所有的施工內容都要從頭學起。而新技術對操作手的學習能力要求又比較高,成了一些老工人邁不過去的“一道坎”。進入全面施工階段,部分老工人畏難情緒較重,主動放棄學習新技術的機會,因此施工人員流失十分嚴重。

施工高峰期,項目人員近200余人,老工人的流失有近100人,人員成為了項目亟待解決的問題,項目試驗成功了,要全面推進、規?;┕?,就得復制經驗。

“已經全面開工2個月了,施工進展如蝸牛一般緩慢,工期滯后1個月,人員進進出出、留不住,工程怎么干?”此時的情形猶如火上眉梢,原本的試驗的成就感被當下的人員流失問題沖淡全無,王曉飛日思夜想,夜不能寐。

“雖然人員流失嚴重,但是大部分是初次接觸新工藝的工人,而項目的骨干力量都留下來了,當務之急要采取辦法盡快讓工人掌握理解新的工藝”。經過分析,他把每日生產會變為培訓課堂,同時在施工現場現場講解糾偏。

“李師傅,你看現在設個涌水壓力稍微大一點,你就要把特殊泥漿的比例調大一點,泥漿比重要根據涌水壓力進行隨時調整”,在廊道施工作業面,王曉飛總會來回穿梭看著機組人員的操作情況。

在人員配備上,由于每個機組是25人,他根據現場情況,每機組配備9名技術骨干,重點加強這9名骨干的技術培訓,每天早會就在現場進行技術交流。經過3個月的磨合,項目團隊終于穩定了,生產經營進入正軌,施工也開啟了加速度。

    

     大壩處理后涌水點情況

今年3月初,施工效果逐步顯現,深層涌水量和淺層涌水量每天都在下降。經過半年施工,見到了一點曙光,項目團隊繃緊的神經,終于稍稍松了一些。

施工效果出現后,國家能源局大壩中心、四川省能源監管辦公室、水利水電規劃設計總院、業主華電集團、設計單位中國電建成都院專家先后到現場查看施工進展,對水電基礎局的專業能力給予了高度肯定。

10月11日,隨著第二排灌漿施工完成,深層涌水流量降至每秒6.04升,降幅達87.1%,淺層涌水量每秒降至74.17升,降幅達51.9%,整體效果超出預期。

12月15日,項目全面完工,深層涌水降幅99.7%,淺層涌水降幅91.9%,意味著大壩手術圓滿成功。

對于王曉飛來說,從暗流涌動到天衣無縫,461個日夜,每個日夜都像在搶關奪隘。這次手術的圓滿完成,不僅解決了瀘定大壩滲漏的問題,在我國深厚覆蓋層的防滲處理方面也儲備了成套的技術。

雄關漫道真如鐵,而今邁步從頭越!此刻,他站立于瀘定大壩之上,看著大渡河煙波浩渺,滔滔河水激蕩在他的心間。

勝利的曙光照耀在臉上,溫暖之至,他終于能夠靜下心來,傾聽大渡河的潮聲,那聲音仿佛是勝利的交響樂,是奮斗的鳴奏曲……(袁強)

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