防渗

本技术所属领域为可再生清洁能源·水力发电。我国西南地区的岷江、大渡河、雅砻江、金沙江、嘉陵江、雅鲁藏布江等河流可开发的水能资源十分丰富，但河床覆盖层均较深厚，一般都在40m70m，特别是西藏地区河床覆盖层分布尤为广泛，一般厚度均在100m以上。本项目研究之前，国内深厚覆盖层上重力（闸）坝均在40m以下的水平，且在沉降变形控制及防渗等关键技术上还存在不足，导致基础不均匀沉降、渗漏异常较大等工程问题。本项目依托西藏尼洋河多布水电站工程“一超三高”世界级技术难题展开研究，以承载力控制、沉降及不均匀沉降变形控制、渗流控制为重点，采用工程类比、参数试验、理论计算及有限元分析、施工过程反馈分析等方法，取得了“一个理论、一个规律、一套标准、五大技术、十项专利”等系列成果。

南欧江梯级水电站是中国企业在境外首次获得整个流域开发权和整体规划的BOT项目，按"一库七级”设计，分两期开发，一期建设二、五、六级，二期建设一、三、四、七级水电站。总装机容量达127.2万干瓦，多年平均发电量50亿干瓦时，总投资约28亿美元。本项目的创新点在于首次在同一个水电项目的碾压和常态混凝土中大量单掺应用石粉代替粉煤灰，突破以往工程应用局限和规范要求。因地适宜地提出CSG纵向围堰断面，建成了国内外堰高最高、综合坡比最陡的纵向围堰。首次成功地在软岩高坝坝面采用无覆盖复合土工膜防渗，建成了目前世界最高（85）和软岩填筑比例最大（81%）的复合土工膜全断面软岩堆石坝。 CSGR坝地质地形条件适应性强，完全采用河床砂砾料，减少料场开采爆破，降低开挖废弃料，最大程度上避免植被和土地破坏，减少粉尘、废水等对环境的污染，有良好的生态环保效益。CSG技术应用推动了项目安全高效、优质快速、低碳环保地开发建设，推动行业科技进步，彰显了中国企业品牌优势，符合老挝打造“东南亚蓄水池”的国家战略，推动了中老互惠共利、合作共赢的发展战略，打造了海外全流域投资开发和口“一带一路”电力能源合作新典范。

本项属于水利水电大型围堰防渗工程施工技术领域。 目前，在我国的水利水电大型围堰工程中，已建成数以万计常规深度的防渗墙工程，但墙厚达1.2m且孔深超过90m以上的防渗墙非常少见，尤其对于存在较多大直径漂石和大量陡岩的地段，尚无施工先例。在建中的我国第三座超千万千瓦级巨型水电站一一乌东德水电站，大坝围堰基础覆盖层深度55~77，属于超深覆盖层、超深基坑综合防渗型高水头围堰，堰体设计为“复合土工膜+塑性混凝土防渗墙+墙下帷幕灌浆”的防渗结构体系，其中防渗墙为国内目前深度和厚度最大、承担水头最高的混凝土防渗墙（上游土石围堰最大堰高67m，复合土工膜防渗高度40m，防渗墙最大深度达97.54m，承受最大水头为150m；下游土石围堰最大堰高42m，复合土工膜防渗高度18m，防渗墙最大深度93.4m，承受最大水头为130m）。该围堰工程具有地质条件复杂、覆盖层深厚、工程量大、工期紧、防渗体系结构复杂、施工工艺要求高、工序多等特点，其施工难度之大、施工强度之高、施工任务之重世所罕见。

井间声波层析成像（CT）技术是地下物探方法的一种， 是依据医学 CT 原理，利用两钻孔对目标地质体进行声波扫 描，重建扫描断面内介质速度分布图像，根据波速差异达到 精确探测的目的。声波 CT 解决了地表物探方法探测精度随 深度降低的局限性，具有比电磁波 CT 更好的探测精度和分 辨率，是水电工程勘探和检测行业较理想的一种精细化探测 手段。项目所研制成套设备主要由电火花震源、声波接收探 头、采集主机和成像处理软件等四部分构成。市场上常用井间声波 CT 仪穿透距离只有 3～5m，能穿透 十多米孔距且保证有较好地质效果的应用报道非常少，更谈 不上穿透 30m 以上，且工作效率慢、采样精度不高。本项目 所研制系统的突出优势在于：穿透距离达 30m 左右（水电Ⅲ 类以上岩体达 60m）、探测精度高、初至波清晰、一致性好， 震源充放电速度快、安全性高，支持数字化实时监测和自动 化操控，配套处理软件反演结果准确可靠等。该系统既能对 断层破碎带、松动圈、溶洞、采空区进行精确探测，又能对 岩体质量、大体积混凝土质量、地下隐蔽工程质量进行准确 检测和评价，具有解决各种复杂的综合地质问题的能力，进 一步完善了该项技术在我国水电勘探领域的应用，可广泛应 用到水电岩溶勘探、防渗帷幕及堤防隐患探测、建基岩体质 量检测、灌浆效果检查等工程物探领域，现已成功应用到多 个大中型水电勘探项目和工民建项目，取得了显著的经济效 益和社会效益。

以南水北调中线系列工程为研究背景，针对穿黄工程具有长距离、结构复杂、大曲率、强度高精度要求高、工艺复杂、洞内不具备地面运输条件等特点；以及工程区地质条件复杂，存在非均质液化地基、淤泥质粉土地基等不良地质基础，地基承载力差；高含水膨胀土地区建渠难、加固难，破碎效率低下、换填施工工序复杂；高填方渠段渠坡长、工程量大、衬砌面板薄壁无筋；倒虹吸工程的地下水位高，地下水丰富，开挖深度深，降水难度大等问题。进行了内衬混凝土的地面洞内运输系统研究、混凝土施工工艺研究、大曲率小预埋直径高强预应力锚固张拉施工技术研究、内衬混凝土施工组织设计与管理研究，从而解决了隧洞内衬混凝土浇筑气泡多，铜止水部位混凝土浇筑密实问题、超薄预应力混凝土施工工艺问题及预应力锚索穿索困难、锚具槽附近砼裂缝、锚索张拉伸长值不足及可能出现张拉断丝等技术难题；进行了挤密碎石桩施工技术研究、粉喷桩加固技术研究，从而解决了非均质液化地基加固的高效成桩和淤泥质土地基的加固难题；进行了膨胀土快速降水及生产研究、膨胀土改性换填技术研究，从而解决了膨胀土降水、破碎效率低下的问题和改性换填施工的技术难题；进行了衬砌机改进研究、薄壁纤维混凝土质量控制与管理研究，从而解决了高填方渠段薄壁衬砌抗冲裂、变形和防渗要求高的难题；进行了控制性降排水技术研究，从而解决了复杂地质条件深基坑高效降排水的技术难题。取得了一批实用、创新的理论和技术成果，推进我国大型水利工程施工技术水平迈向新高度。南水北调工程以其特有的地位，成为我国水利事业上又一里程碑，必将在世界水利史上画上浓墨重彩的一笔。

本工程在原缺陷墙体上游侧进行唯幕防渗灌浆处理，起到了对原缺陷墙体进行修补加固的作用，减少了坝后渗水。因本次漏水部位位于库水位下，因此加工并搭建了钢结构平台，采用双重套管法进行精准定位，从套管中进行跟管钻进，下设花管，待套管起损后，通过花管灌注抗冲膏浆，以较低的成本圆满解决了原缺陷部位的漏水问题。 主要创新点包括： 1、为确保施工期间不影响电站正常运行发电，采取了“闸前搭建水上钢结构施工平台”的施工方案。解决了17米深水下深厚覆盖层唯幕灌浆施工的问题。 2、钢结构平台的定位、安装采用潜水员摸排配合的方法，进行了钢平台的精确定位与安装。 3、灌浆定位管下设、预埋管安装采取了双重套管，确保了下设精度。 4、深厚覆盖层动水条件下的灌浆采用了新型抗冲膏浆进行堵漏灌浆。 依托本工程，我公司申请发明专利一项并已受理。

松软地层（含中等透水岩土体）在我国西南、华南、华中等水资源丰富地区的地表覆盖层、河床、中风化及强风化基岩、溶蚀红层等类似地层广泛分布，这类地层建设水利工程、垃圾填埋工程、矿山、地铁，和水土流失综合治理等涉及到大量灌浆防渗工程。目前，灌浆防渗总体上多凭经验或参考同类工程和灌浆试验成果进行，尤其对松软地层（含中等透水岩土体）进行有效性和控制性灌浆防渗，还缺乏适宜的灌浆材料、工艺方法和成功的工程经验。对于松软地层防渗灌浆，普遍存在：（1）大耗灰量；（2）易塌孔埋钻；（3）灌浆不起压；（4）灌浆效果差等突出问题。 托口水电站大坝和厂房之间 9km 长的河湾地块上部中风化岩体为深厚白垩系红层，裂隙发育，是主要的赋水层和透水层，下部灰岩溶蚀发育，存在渗漏通道。防渗帷幕工程量大，灌浆钻孔最大深度 160m，承压水头超过 60m，技术难度高。常规水泥灌浆试验表明，反复试灌，单耗达到 700kg/m 也未能形成设计要求的防渗帷幕体。工程防渗难题具体表现在：（1）红层常规水泥灌浆耗浆量大，工程投资难以控制。在可研阶段进行常规的水泥灌浆试验研究表明，灌浆单耗高达近 700kg/m，个别段达到 1200 kg/m。（2）红层采用常规灌浆工艺施工存在诸多技术难题，灌浆施工周期长。白垩系红层具有软硬不均、松散破碎、溶蚀疏松、岩溶发育、中等透水等多种组合不良地质特征，少有类似经验借鉴。工程采用常规水泥灌浆防渗，存在：①易塌孔埋钻，钻孔护壁；②灌浆分段封闭；③灌浆不起压，灌浆压力实施；④检查试验压水等工艺技术难题。（3）红层采用常规灌浆工艺灌注常规水泥灌浆效果差，可研阶段试验，个别孔串浆到 100 米外地表，反复试灌，压水试验检查透水率改善仍不明显，基本未能形成设计要求的防渗帷幕体。由于岩层结构特性、钻孔深度等原因，“分段下塞灌浆法”、“袖阀管灌浆法”、“拔管灌浆法”等工艺难于实施；若采用“孔口封闭灌浆法”，因灌浆全孔受压灌注，浅层或局部弱面容易产生低压重复劈裂，一方面无效灌注浆材浪费问题突出，另一方面全孔段仅局部低压受灌，灌浆均一性差，难以建造合格的防渗帷幕。（4）灰岩溶洞难以实施高压挤密灌浆。底部红层接触带与下部灰岩段埋深较深，“孔口封闭灌浆法”不便实施上部红层全段隔离封闭，限于上部红层对灌浆压力的承受能力，对下部岩溶软弱充填物难以有效实施高压挤密灌注，防渗体密实性无法保证。层间接触带、上下层帷幕搭接难以起压，质量难以保证。 针对这些问题，依托托口水电站河湾地块防渗帷幕工程，在 2008 年前期预研的基础上，2011 年中国电力投资集团立项重点科技项目《高压脉动劈裂挤密灌浆技术及其在托口河湾地块防渗工程中的应用》，2013 年又追加资助，经过 6 年的系统研究和应用，创新提出了采用：“自下而上、浆体封闭、高压脉动灌浆”全新工艺，系统研究获得了可控性灌浆材料、封孔止浆技术、控制灌浆工艺等重大技术突破，并成功应用。

本项目属于水利水电工程。 本项目依托南欧江一期工程，包括南欧江二级、五级、六级电站，点多面广，坝型各异，钙质板岩强度低，遇水易软化，技术难度大；砂石骨料缺乏，粉煤灰依赖进口，对外交通条件差；工期紧张，环保要求高，为满足工程建设进度、质量、安全和效益，因地制宜地开展关键技术研究。针对项目设计施工中的关键技术问题，在综合分析国内外工程实例和技术文献的基础上，通过理论分析、室内外试验、数值分析等方法，开展了新材料、新工艺、新技术的研究和应用。 主要研究内容包括：（1）石粉在水工混凝土中的应用研究，包括石粉作为混凝土掺合料的试验论证、石粉生产及检验控制指标、温度控制措施等；（2）胶凝砂砾石（CSG)纵向围堰关键技术研究，包括CSG材料配合比试验及材料性能研究，现场施工技术研究；（3）复合土工膜防渗关键技术研究，包括复合土工膜防渗体系、支撑和锚固体系的设计和施工工艺研究、监测设计与实施、反演及坝体长期变形预测。 通过南欧江一期水电工程关键技术研究，突破了建筑材料短缺和交通不便的制约，响应了防洪度汛的进度要求，创新性地在100m级软岩坝上应用复合土工膜防渗，避免了混凝土面板带来的脱空开裂等问题，降低了工程造价，加快工程进度，提高了安全保障，保障了南欧江一期项目的顺利建成，提前实现南欧江一期“一年三投、半年六投产”的发电目标。电站自2016年完工发电以来，大坝安全监测指标正常，运行状况良好。项目研究成果为完善国内外技术规范和标准提供了设计和施工经验和工程实例，为筑坝材料缺乏、对外交通不便地区的坝体建设、材料、施工工艺提供新的选择，技术经济效益显著，推广应用前景广阔。同时还推动了水电技术的不断进步，提升了中国水电的国际竞争力，其成功建设运行具有里程碑意义。其研究成果推广应用到了南欧江二期（一、三、四、七）工程项目，推动南欧江梯级流域打造成为“一带一路”和中老合作新典范。