高水头下复杂岩体防渗补强关键技术与应用

  • 获奖名称: 高水头下复杂岩体防渗补强关键技术与应用
  • 获奖等级: 一等奖
  • 获奖类别: 中国岩石力学与工程学会科学技术进步奖
  • 授奖单位: 中国岩石力学与工程学会
  • 完成单位: 长江水利委员会长江科学院、中国长江三峡集团公司、武汉长江科创科技发展有限公司
  • 获奖年度: 2016
  • 获奖人员: 汪在芹、樊启祥、李珍、洪文浩、魏涛、周绍武、景锋、张健、王克祥、韩炜、陈亮、邵晓妹、廖灵敏、尹作仿、肖承京
  • 成果简介:项目背景情况 复杂地质和环境条件下修建大坝、水工隧洞等水工建筑物，常遭遇断层破碎带、层间层内错动带、溶蚀岩等不良地质体。工程蓄水运行后，这些不良地质体可能长期面临200m以上或更高水头作用，对水工建筑物的稳定和长期安全运行不利。针对断层破碎带、层间层内错动带、蚀变岩等不良地质体处理难题，长江科学院、中国长江三峡集团公司、武汉长江科创科技发展有限公司依托向家坝、溪洛渡等重点工程科研项目，采取室内试验、数值模拟和现场生产性试验相结合方法，从岩土物理力学特性评价、灌浆机理、材料、工艺、技术和设备等方面进行研究，形成了高水头下复杂水工岩体防渗补强系统解决方案，并在向家坝、溪洛渡、乌东德等水电站，及清远、深圳等抽水蓄能电站中得到了推广应用。 主要技术创新 （1）研发了CW510系高渗透改性环氧树脂灌浆材料CW510系高渗透改性环氧树脂灌浆材料是由改性环氧树脂主剂、活性稀释剂、表面活性剂及固化剂等配制而成的双组分灌浆材料，浸润渗透性高、水下固结性能好、环境适应性强、耐久性好、环保无毒，可有效处理低渗性不良地质体和宽度微米量级混凝土微细裂缝。 （2）研发形成了高水头下复杂岩体防渗补强处理系统解决方案针对高水头下帷幕错动带透水性强、岩性极不均匀的特性，采用同孔复合灌浆方式，形成了“逐级快速升压”的浆液固化时间、压力、注入率三参数控制方法，实现了高水头下帷幕层间层内错动带防渗补强。针对高水头下帷幕低渗性砂岩破碎带岩体特性，采用同孔细水泥-化学浆液复合灌浆方式，形成了“低压慢灌，缓慢逐级升压”的压力、注入率、灌浆时间三参数动态控制方法，实现了高水头下深层帷幕破碎带精准防渗补强。针对花岗岩蚀变带V类围岩洞段地质条件、应力环境和水道系统要求，采用高水头水工隧洞围岩异孔水泥化学灌浆方法，及孔内埋管孔口堵塞全孔一次高压纯压式注浆工艺，实施了高压精细控制性灌浆。 （3）开发了全工况CW自控高压智能化学灌浆泵研发了自动精确计量、高压动态流量控制、手自一体全工况CW系自控高压智能化学灌浆泵，实现了对高水头下复杂水工岩体的高效、无害化处理，该系统采用嵌入式系统全工况压力自动控制，高压可达10MPa；采用LED液晶显示，人性化操作界面，操作简单；具有设备自诊断自保护功能，自动报警，设备故障代码显示，维修方便；具有创新一体化外观设计，便携方便，施工效率高，满足多种工况要求。 推广应用情况 高水头下复杂水工岩体防渗补强灌浆技术已在近20个大型水利水电工程中得到了成功应用，均获得了良好的效果和评价。其中针对溪洛渡水电站右岸廊道普遍出现线状流水，水头高达240余m的坝基帷幕灌浆孔涌水等情况，采用高水头下复杂水工岩体防渗补强灌浆技术，解决了高水头和大漏水条件下层间层内错动带难以有效处理的技术难题，有效提高了坝基渗透稳定性和帷幕耐久性，确保运行安全。针对向家坝水电站蓄水后灌浆孔涌水，岩体可灌性差、渗透系数小（10-5cm/s）、水头高、埋深大的难题，采用高水头下复杂水工岩体防渗补强灌浆技术，解决了高水头下砂岩挠曲核部破碎带和挤压破碎带难以处理的技术难题，提高了坝基渗透稳定性，确保按期蓄水发电。针对广东清远抽水蓄能电站高压水道系统花岗岩蚀变洞段开挖扰动后岩体崩解塌方严重，该段围岩灌浆处理过程中同时存在钻孔成孔和阻塞困难、断层塌洞灌浆量大扩散范围广、全风化断层泥化物质和高岭土化蚀变带浆液又难以浸入、高压下结构面易劈裂等系列难题，经采用高水头下复杂水工岩体防渗补强灌浆技术，成功解决了特殊洞段围岩缺陷的处理，并克服涌水、涌砂、涌泥、塌孔等技术难题，确保了清蓄充水一次性成功，在大型抽水蓄能电站中为国内首例。