攻克f5断层加固，多种工艺创新研究

f5断层地质条件复杂，多为泥沙或砂砾石组成，断层母岩自身强度不高，处于高压缩应力状态下，采用普通水泥浆对断层加固效果差，因此研究采用化学灌浆方法进行处理。

f5断层灌浆前及经过水泥-化学灌浆后，f5断层力求达到设计指标见表1。

表1　f5断层灌浆前、后设计指标

5.1　第一阶段化学灌浆试验研究

锦屏一级水电站工程于2006年开始进行第一阶段f5断层化学灌浆试验研究。根据化学灌浆室内试验成果，选定JX-B、JX-C、JX-D三个配比的浆液用于现场化学灌浆试验。浆液的固结时间为32～75h；胶凝体30 d抗压强度约50 MPa，90d抗约60 MPa；30 d抗拉强度约12 MPa，90 d抗拉强度约15 MPa；30 d抗剪强度约7 MPa，90 d抗剪强度约8 MPa；30 d弹性模量约7 GPa，90 d弹性模量抗约7.5GPa。

灌浆前岩体声波平均波速仅4100m/s，平均变模值为3.05～3.54GPa，但小值平均1～2GPa；经化学灌浆后平均波速达4500～5000m/s，平均变模值4～4.5Pa，小值平均2～2.5GPa。但由于一些测点的变模值太低无法测得，没有纳入统计，因此实际小值平均变模应低于统计值。

化学灌浆后检查孔钻孔取芯取得了较好的化学浆液结石，说明JX系列环氧树脂灌浆材料对断层影响带能取得较好的效果，但对断层泥和糜棱岩仍无法渗透进去，难以提高断层泥力学指标，现场的钻孔变模值因太低而无法测得。

5.2　第二阶段化学灌浆试验研究

2011　年开始进行第二阶段f5断层化学灌浆试验研究。本次试验在以前取得的经验的基础上，重点提高环氧树脂材料的渗透性和可操作时间，所使用的PSI系列材料具有亲水性兼憎水性，内聚力强，能与水形成稳定界面，能以浆排水，不需丙酮或甲苯、异内醇等有机溶剂作为先导浆排水或形成浆、水阻隔层，能较好地保证灌浆效果。

（1）锦屏一级高渗透性环氧树脂的特性。环氧树脂浆液具有一定的亲水性能，与软岩的亲和力强，固化体具较高的力学性能，具有较低起始黏度和较长可操作时间。

（2）化学灌浆处理效果。锦屏一级水电站工程各断层经化学灌浆后岩体检测指标见表2。

表2　化学灌浆后岩体检测指标

f5断层带多为泥沙或砂砾石组成，断层母岩自身强度不高，处于高压缩应力状态下，化学浆液进入的比例有限，因此通过水泥-化学灌浆手段虽然较大程度上提高了岩体的完整性和力学性能指标，但是对软弱的糜棱岩、断层泥要达到的纵波波速大于4500m/s及变形模量大于5GPa的设计要求，这对于水泥-化学灌浆材料、施工方法等都具有很大的挑战，需进一步对材料和现场工艺进行研究。且针对较宽大断层采用环氧树脂化学灌浆，不仅处理效果难以完全满足要求，而且处理单位体积的岩体费用相对较高。因此，锦屏建设管理局组织研究采用高压水对穿冲洗断层并回填混凝土的方法，来处理发育宽大断层。

5.3　f5断层高压水冲洗置换

由于在高程1730 m以下f5断层及影响带宽达7 m以上，且无法通过开挖置换的办法处理，经化学灌浆试验证明对断层泥处理效果欠佳。因此，在高程1730m置换竖井之间的断层中，进行了高压对穿冲洗试验，验证该方案对f5断层处理的可行性，并获得所采用的施工设备的施工效率，以进行施工进度分析；并验证断层通过高压对穿冲洗后，回填灌注细石混凝土对f5断层带力学指标提高的幅度。(www.xing528.com)

5.3.1　高压水冲洗置换的方法

本次试验从1730m高程顺断层钻孔至1670m高程，然后采用高压风、水冲洗f5断层软弱带内充填的断层泥和泥化的糜棱岩。钻孔完毕后，将喷具下入孔内，利用高压风、水将断层切割破坏扰动，在风水联动作用下将搅动后的泥浆及细小颗粒沿通道流入1670-f5置换洞内，以达到类似爆破开挖清除断层及影响带的效果。冲洗结束后自下而上分层进行回填自密实混凝土。高压对穿冲洗钻孔布置见图3，施工现场情况见图4。

图3　高程1670～1730m廊道间高压对穿冲洗钻孔布置图

5.3.2　试验区布孔形式及工程量

为摸索不同孔距的高压水冲洗效果，结合现场实际情况布置了5个高压对穿冲洗试验孔（GDCX-01-01、GDCX-01-02、GDCX-02-01、GDCX-03-01、GDCX-03-02）。其中GDCX-01-01、GDCX-01-02、GDCX-02-01呈等腰三角形布置，孔间距为1.2m；GDCX-02-01、GDCX-03-01、GDCX-03-02呈等腰三角形布置，孔间距为0.8m。冲洗总工程量为287.8m。

图4　高程1670m廊道高压对穿冲洗置换施工现场图

5.3.3　高压冲洗试验设备

钻孔采用阿特拉斯A66CB多功能全液压履带式钻机，对穿冲洗采用XL-50型旋喷机，采用ZJB（BP）-50变频高喷灌浆泵，额定压力50 MPa，流量0～100 L/min。

5.3.4　高压冲洗参数

高压冲洗置换施工参数见表3。

表3　高压冲洗置换施工参数表

5.3.5　f5断层高压冲洗置换处理方案评价

采用高压冲洗置换处理的方案，具有施工安全、施工效率高等优点，经估算，工程造价约为钻爆法开挖斜井的70%，工期为钻爆法开挖的50%。但缺点是冲洗的效果只能靠冲洗水颜色来推断，无法确保将软弱岩体全部冲洗置换出去，可能在回填混凝土和岩体之间残留一些断层泥。因此，为取得更好的处理效果，需进一步用灌浆（包括化学灌浆）方法来弥补这一缺陷。