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谢亚斌
(中核国电漳州能源有限公司，福建 漳州 363300)
漳州核电厂位于漳州市东山湾云霄县，电厂采用“华龙一号”技术，总装机容量6×1250 MW，同时正在开发7、8号机组的厂址适宜性分析论证，承担着我国自主三代核电“华龙一号”批量化建设的历史使命。漳州核电海域使用权证2020年4月8日取得，从漳州核电施工主线逻辑的角度考虑，在加大资源配置、延长作业时间、土建安装交叉施工等措施下实现冷试时间为FCD+57.5，相比进度计划冷试时间FCD+44，滞后13.5个月，因此，在满足资源配置的情况下，泵房施工仍严重滞后，影响后续的核岛厂房送冷风、核回路冲洗、冷试、热试等节点的按期实现。优化泵房整体逻辑线各环节是必要的且优化泵房围堰工期成为当前工作的重中之重。
泵房是核电厂内重要构筑物子项，提供电厂所需的服务水及二回路所需的循环冷却水，而泵房基坑(-30.8 m)是漳州核电厂最深的基坑且泵房北侧与海水直接接触，基坑四周水压力大且泵房施工需要干施工条件，因此，泵房围堰止水结构的施工质量尤为重要。漳州核电泵房围堰分陆域和海域两部分，设计采用塑性混凝土防渗墙施工工艺，陆域部分已近施工完成，海域部分由于确权原因未能及时开展施工，因地质和工期原因决定采用一种新型止水工艺—水泥-水玻璃双液灌浆施工工艺替换原塑性混凝土防渗墙工艺，相比原计划，预计优化2.5个月工期，该工艺在漳州核电领域是首次运用，更是在核电行业内泵房的首次运用，通过理论分析和工程实例数据两方面证明水泥-水玻璃双液灌浆工艺适用于漳州核电泵房围堰，并提出施工改进意见，为后续机组取、排水口围堰止水结构项目积累了丰富的施工经验。
漳州核电泵房围堰海域部分水泥-水玻璃双液灌浆截水墙长408.1 m，深度在6.8 m和30.5 m之间；
原防渗墙轴线两侧区域主要回填料为粒径不大于30 cm、含泥量不大于10%的开山石碴；
围堰施工前，基底周围存在0.8～9.3 m的淤泥，对围堰的安全稳定使用存在极大风险。泵房围堰原防渗墙位置目前有9个补充勘察孔分别为BK20～BK26、B003、B004，平均40.5 m有一个勘察孔，勘察孔偏少、间距过大，不能准确判断地质情况以及岩土渗透参数，同时，漳州核电一期项目泵房基底标高-30.8 m，为全厂区最深，海平面设计高水位2.15 m，基坑底与海平面高差32.95 m，基坑四周承受水头较大，围堰能否实现短期闭合，实现止水并保持建设期的稳定，是本工程的一大难点。
因此，漳州核电一期泵房项目在围堰施工前，首先清除基槽淤泥，避免围堰沉降对截水墙整体性的破坏；
其次，增加先导孔作为补勘钻孔以便更准确地判定注浆深度、地质情况等相关参数，达到最好的止水效果；
注浆施工时，选取部分注浆孔作为先导孔，先导孔宜采取芯样，并核对地层岩土特性，确定是否到达不透水层。同时，水泥-水玻璃双液灌浆工艺在中国核电厂泵房是首次运用，无经验可循， 该工艺是否适用漳州核电一期泵房基坑的地质条件，将通过分析和研究进行论证。
漳州核电泵房逻辑链条各环节进度压力极大且影响主线，现有塑性混凝土防渗墙工艺已无法满足现场需求。为尽快达到泵房干施工条件，优化绝对工期，对钢板桩围堰、塑性混凝土防渗墙 (原工艺)和水泥-水玻璃双液灌浆三种工艺进行对比分析，通过对比分析，水泥-水玻璃双液灌浆止水工艺是一成熟的灌浆工艺，止水质量好，施工工序少，并且能够大幅优化工期，适用于漳州泵房围堰地质条件。
2.1 水泥-水玻璃双液灌浆截水墙渗流量分析
根据《漳州核电厂海工工程排水暗涵及泵房防渗墙岩土工程补勘报告》，结合泵房围堰周围地层分布，围堰施工时，将对下部的淤泥进行清除。围堰形成后，防渗墙施工时除个别区域将遇到中粗砂、粉质黏土和粉细砂外，大部分区域遇到的主要岩土层有：围堰或海域回填施工的填石层、砂质黏性土、全风化岩、强风化岩和或中风化岩。
根据地质勘察报告，第四系地层以及全～强风化岩石的渗透系数见表1。
表1 相应地层渗透系数一览表
考虑到防渗墙将穿透上部透水的回填层和下部渗透较低的砂质黏性土、全风化黑云母二长花岗岩，且全风化岩层和强风化层的富水性和径流条件均较差，从钻孔照片中也可以看到全风化岩层和强风化层的含水量是较低的。因此，即使全风化岩层和强风化层为中等透水层，其渗水量也是有限的，防渗墙只穿透上部填土层、原状土层、全风化岩，并进入强风化岩至少3 m。
泵房陆域部分采用塑性混凝土防渗墙工艺，其渗透系数为n×10-6～n×10-8cm/s，极少会出现墙身渗透系数不满足要求的问题。水泥-水玻璃双液灌浆截水墙的渗透系数则与岩土体类型有关，在多数情况下低于塑性混凝土墙。参照《水电水利工程高压喷射灌浆技术规范》[1]，灌浆体的渗透系数一般为n×10-5～n×10-6cm/s，在卵石/碎石层中的渗透系数可能高达n×10-4cm/s。表2列出了水泥-水玻璃双液注浆止水墙在取不同数量级渗透系数时的单宽渗流量计算结果。结合实际的岩土层渗透性，双液注浆止水墙的渗透系数取值为n×10-5cm/s已完全可以满足施工要求。因此，在相同的地质条件下，选择合适的渗透系数将减少水泥和水玻璃的用量或减少渗流量的设计量，从而降低工程投资。
表2 渗透系数取不同数量级时止水墙的单宽渗流量
2.2 水泥-水玻璃双液灌浆截水墙整体渗流量验证
截水墙长408.1 m，宽度方向按两排注浆孔布置，孔距1 m，排距0.8 m，扩散半径不应小于0.5 m，共有818个注浆孔；
该止水结构于6月10日开工，7月20日完工,并于7月25日形成干施工条件，相比原塑性混凝土防渗墙工艺提前3个月完成，施工完成养护14天后，按照3%～5%比例设置12个检查孔，通过对以上JC-1～12孔进行压水试验验证，本次所检双液灌浆止水结构的渗透系数，满足设计要求；
结合现场渗流量测算，本工艺实现了良好的干作业环境，为泵房后续施工创造了条件。
水泥-水玻璃双液灌浆堵水防渗工艺需根据不同地层的分布、渗透参数等条件，明确注浆施工的深度、浆液比例、注浆量等技术参数。
一般工程，水泥-水玻璃双液灌浆堵水防渗应进行试验性施工，重要工程水泥-水玻璃双液灌浆堵水防渗还应进行专门的注浆试验，因此，正式堵水防渗施工前组织进行了注浆防渗体系的相关工艺参数确认，确保施工过程中安全、质量、进度、投资全方位受控。
水泥-水玻璃双液灌浆施工过程中应对受关注地层连续监测，并应观测地面或邻近建(构)筑物的变形情况，严格控制变形值且其值不得超过设计规定。围堰推填阶段已沿围堰轴线(即双排注浆孔中心线)每隔50 m布置一个垂直、水平位移观测点。综合对施工期、使用期间的观测结果分析，围堰在泵房负挖爆破阶段已趋于稳定、未出现超限垂直、水平位移。
3.1 先导孔的确定及地层分析
根据《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》[2]8.2.2要求，堵水防渗设置帷幕时，应设置先导孔。先导孔应在先注排或主排注浆孔中布置也可在一序孔中选取。漳州泵房围堰双液灌浆截水帷幕轴线位置与原防渗墙轴线位置一致；
考虑到原防渗墙轴线位置现有补充勘察孔偏少、间距过大，不能准确判断泵房围堰地质情况以及微透水层、不透水层的具体标高以及相应的注浆标高。综合考虑工期、经济性与更全面的地质资料，设计最终将先导孔设置在一排一序孔，间距25 m，共设置17个先导孔。现场钻孔深度按照穿透上部填土层、原状土层、全风化岩，并进入强风化岩至少3 m的要求进行确定，因此，通过先导孔钻设取得的岩样可知，先导孔与补勘孔得出的地层分布与注浆孔孔深数据基本一致，注浆孔孔深在6.8～30 m之间。
3.2 试验场地及试验段孔位布置
为了了解地层情况、选择注浆参数，首先进行样板化典型试验注浆施工，并将试验孔布置在首排孔中，指导后续注浆施工。试验段长度一般不少于10 m，应在泵房围堰上选择一段有代表性的位置进行试验性施工。
因双液灌浆深度需穿透上部抛石层、原状土层、全风化岩，并进入强风化岩至少 3 m，根据补勘孔及先导孔等勘察数据，P(x：2 636 683.214;y:550 630.412)点附近地层分布丰富且与陆域部分防渗墙相接，因此，以该点起始位置选取10 m长作为试验段区域，根据地层分布状况，设计确定注浆方式采用渗透注浆并使用下行式注浆法进行注浆。渗透注浆孔距宜为1.0～2.5 m，因此，设计按照孔距1 m，排拒0.8 m，一序孔间距2 m布置试验段孔位，选取试验段注浆孔与设计截水墙注浆孔位一致，试验场地区域及试验段孔位布置图见图1。
图1 试验段及注水试验检查孔示意图Fig.1 Shematic diagram of test section and water injection test hole
3.3 浆液扩散半径的确定
浆液的扩散半径跟地层的渗透系数有关，并应通过注浆试验确定，根据双液截水墙位置的地层分布确定使用下行式注浆法进行注浆，每段注浆深度为3～4 m。按照《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》[2]8.2.32对于砂层，浆液扩散半径可取0.5～1.0 m，泵房围堰位置地层多为砂质粘土及风化岩层，结合注浆孔孔距1 m，排距0.8 m等设计数据，按照不少于0.5 m设计注浆孔的扩散半径，根据试验段双液灌浆截水墙施工完成的止水结构渗流量数据可知，浆液的扩散半径均在0.5 m以上能够保证止水结构整体性，渗流量满足设计要求。
3.4 注浆压力的确定
注浆压力是注浆过程中的一个重要参数，压力过低，浆液注浆范围有限，达不到注浆要求的扩散半径，无法形成相邻孔之间的闭合，压力过高将使地表及超范围出现冒浆现象，浪费注浆材料。注浆压力宜通过现场试验确定，对于松散地层，注浆压力宜为0.3～1.0 MPa；
对于淤泥和粉质粘土，注浆压力宜为0.2～1.5 MPa；
对于中细砂层，注浆压力宜为0.6～3.0 MPa,一般情况下，灌浆孔下部比灌浆孔上部的注浆压力大，后序注浆孔比前序注浆孔注浆压力大。
结合截水墙区域的地层分布，确定灌浆孔表面的注浆压力不宜小于1.0 MPa，灌浆孔表面为开山石回填层，灌浆压力尽可能大些，以不引起地面抬动或虽有抬动但不超过允许值为限，灌浆孔下部注浆段及后序注浆孔注浆压力依次增加；
通过试验段的灌浆施工，注浆压力在每一个区段不一样。
根据试验结果及标准规范，具体的注浆压力控制值(MPa)主要如下：开山石回填层：1.1，粉质粘土、淤泥：1.5，中细沙：2.0，强风化岩、全风化岩：3.0。
3.5 水泥与水玻璃浆液配置的确定
依据《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》[2]水泥浆液水灰比应根据试验确定，宜选用单一水灰比，宜选择0.7∶1～1∶1，水泥浆液制备后应测定水泥浆液密度，且与设计浆液的密度的误差不应大于5%;水玻璃应根据配比按比例添加，且误差不应大于5%，配置水泥-水玻璃浆液所采用的水玻璃模数应在2.4～3.2之间，其浓度不应小于40°Be,水泥浆与水玻璃浆液的体积比应根据室内试验确定，可取1∶0.1～1∶1，在动水条件下施工时应适当减小水泥浆与水玻璃浆液体积比等防止浆液在动水条件下流失的措施。
经对各种浆材配合比做试验确定最佳的凝结时间，见表3。
从整体上看，以注浆压力1.5 MPa、注浆孔直径32 mm的试验结果为例：水泥浆液水灰比为0.8，且输送水泥浆的管道流速为1.6 m/s，水泥浆与水玻璃体积比为1∶0.7，水玻璃模数为2.8，浓度为40°Be时，浆液可注性好，固结强度高，形成的双液灌浆截水墙帷幕整体性好，满足设计要求。
另外，由于地质分布不同，注浆压力也稍有不同，浆液的凝结时间及可注性通过调整水泥浆与水玻璃浆液比例进行控制。
3.6 施工机具及钻孔、注浆孔直径的确定
根据截水墙所处位置地层分布，确定钻孔使用履带式潜孔钻机，采用内燃空气压缩机(排气量30 m3/min)风动钻孔及跟管施工方法，每台钻机配备三套钢套管(35 m/套)，根据确定的注浆压力及浆液扩散半径，设计确定灌浆孔钻孔孔径为φ146 mm，注浆管采用32 mm钢管，3～4 m为一注浆段，按每1 m间距设置1组出浆截面，每个截面对称钻4个10 mm出浆孔，成孔后用土工布包裹。
根据《建筑工程水泥-水玻璃双液注浆技术规程》[2]6.0.3要求灌浆泵的技术性能与所灌浆液的类型、浓度相适应，其容许工作压力大于最大灌浆压力的1.5倍，压力波动范围小于灌浆压力的20%，并有足够排浆量和稳定的工作性能，最终，确定采用三缸高压灌浆泵(泵压6 MPa以上)进行灌浆。
水玻璃采用液压手动化学灌浆泵，该泵由液压箱和化学灌浆泵体组成，具有体积较小、重量轻、自动化程度高、操作方便和工作状态稳定等特点。该泵利用自作用式原理，以液压为动力源，油缸和泵体作为执行元件，配以手控换向系统，压力和流量自动连续可调，压力范围0～10 MPa，满足各种注浆使用环境要求。
3.7 双液灌浆工艺的确定
灌浆孔采用一次成孔，自上而下分段灌浆的方式，灌浆管段与段之间设置一个分段装置，分段装置可阻隔灌浆管内浆液和灌浆孔内浆液，达到完全分段的灌浆效果，保证灌浆孔内每段压力的有序提升，工艺流程为：
确定帷幕轴线放孔位→固定钻机→φ146 mm引孔→安插DN32 双液灌浆管→按计划浆液量控制进行双液灌浆 →终孔灌浆→封孔结束。
具体如下：
1)灌浆孔用跟管钻机成孔:引管管径φ146，终孔后，根据每孔孔深在引管内安装孔内注浆管、分段灌浆分隔器、分段进浆管封隔器和孔内排水进浆装置，按要求安装好后拔出钻孔引管，如图2所示。
2)孔口用砂填堵0.5 m，再对每孔深第一注浆段范围选用滤排水压水泥浆方法进行高压压浆，用高压压浆进行孔口阻塞和对填料的挤密压实止水处理，控制挤压式压浆压力≥4.0 MPa,如图3所示。
3)孔深第一注浆段范围分二序进行水泥灌浆，其中一序孔灌浆控制进浆压力1.1 MPa左右，应争取多灌水泥砂浆，在一序孔段进行灌浆的同时，左右相邻的二序孔相应注浆段范围内必须同时具备畅通排水降压的条件，使一序在灌浆段周围产生的浮托渗透力被大幅降低，导致灌入的浆液会随着排水流向和大的压力坡降向被集中在帷幕轴线的二序孔向扩散，提高帷幕有效厚度和帷幕灌浆的整体止水效果，同样道理二序孔深第一注浆段范围灌浆时左右两一序孔深第二注浆段范围需畅通排水降压，如图4、图5所示。
图4 Ⅰ序孔段灌浆Ⅱ序孔段排水示图Fig.4 Drainage diagram of sequence Ⅰ hole section grouting and sequence Ⅱ hole section
图5 Ⅱ序孔段灌浆Ⅰ序孔段排水示图Fig.5 Drainage diagram of sequence Ⅱ hole section grouting and sequence Ⅰ hole section
4)对孔深第二注浆段范围分二序完成控制性水泥灌浆，控制灌浆压力达1.5 MPa以上，后续注浆段同样方式依次进行。但在完成二序孔终孔段时，此时其左右不能排水消压，但需控制缩短浆液凝胶时间和比一序孔加大灌浆压力1.0～2.0 MPa，最大限度保证帷幕完整可靠的止水效果，如图6所示。
图6 Ⅰ序孔段灌浆Ⅱ序孔段排水示图Fig.6 Drainage diagram of sequence Ⅰ final hole section grouting and sequence Ⅱ hole section
3.8 灌浆结束标准
经试验验证，在每一个灌浆段最大设计压力下，注入率不大于5 L/min后，继续灌注10 min，可结束灌浆；
同时，如果灌浆结束时，浆液未达到初凝而发生回浆，则必须重新灌浆，直至达到要求。
3.9 灌浆工艺效果验证规定
水泥-双玻璃双液灌浆结束14后应选择检查孔进行压水试验(或注水试验)验证截水墙结构质量是否满足设计要求，检查孔应布置在不同水文地质特征的钻孔轴线上，其数量不少于注浆孔数的3%～5%且每个地段内不少于1个；
检查孔应取芯，并应地质编录、照相，岩芯应妥善保管；
压水试验前，应编制详细的压水试验方案，方案应重点对试验设备、试验程序有明确的规定，具体压水试验方法参照《水利水电工程钻孔压水试验规程》[3]相关要求。
水泥-双玻璃双液灌浆截水墙具有渗透系数小、整体性好、工期短、造价经济、适用于各类岩土层等优点，特别适用于对工期有较高要求的项目，在后续工期紧张的工程中可优先考虑使用，尤其是漳州核电一期泵房由于海域确权晚影响核岛冷试、热试较多，综合考虑止水质量、工期及造价，水泥-水玻璃双液灌浆截水墙适用于漳州核电一期泵房围堰，根据在漳州泵房的项目经验，该工艺是后续核电机组取、排水口围堰止水工艺的重要选择之一。
根据在漳州核电一期施工时遇到的问题和积累的经验，建议后续从以下几个方面进行优化：
1)设计改进：因水泥-水玻璃双液灌浆截水墙工艺在一期泵房基坑工程中为首次运用，设计趋于保守；
在后续机组施工中，可优化水泥-水玻璃双液灌浆截水墙的注浆孔排数、注浆孔孔距或注浆孔数量，从而降低施工造价；
根据理论计算及实际注浆经验，一排注浆孔选择合适的浆液扩散半径只要能够形成设计要求厚度的截水墙帷幕，其渗流量能够满足设计要求；
2)增加质量控制手段：在确定的施工工艺下，双液灌浆的浆材配合比与注浆压力、浆液扩散半径等参数密切相关，当前的设计规范对该类参数并无硬性规定，因此在后续施工时，建议在质量控制体系中增加注浆压力和浆液扩散半径、浆材配合比的量化质量控制标准，在施工文件中明确记录，以便质量追溯；
3)降低水泥用量：为确保双液灌浆的止水质量，注浆压力过大、浆液流动性太大，会出现串、冒浆以及无边界扩散流失，同时,浆液扩散半径过大，也会造成材料浪费；
漳州核电泵房围堰局部就出现了串、冒浆现象，由于抛石体孔隙率较大且不均匀，根据实际测算，漳州泵房围堰一排一序孔平均水泥用量约1.83 t/m，一排二序孔水泥用量约1.79 t/m，二排一序孔水泥用量约1.46 t/m，二排二序孔水泥用量约1.43 t/m，约是理论水泥用量的1.8倍；
因此，在后续机组中应做好试验段的施工，采取措施降低水泥用量，进一步降低施工造价。
