鋼襯加固在水工隧洞中的應(yīng)用

王亞莉，李保紅，李保英

（湖北大禹水利水電建設(shè)有限責(zé)任公司 ,湖北 武漢 430061）

1 概 述

張家嘴水庫是一座集發(fā)電、灌溉、防洪、養(yǎng)殖等綜合利用的大型水利工程，大壩全長1108 m。壩身下設(shè)有東西兩條圓形混凝土隧洞，東隧洞為輸水隧洞直徑1.5 m，西隧洞為發(fā)電引水隧洞直徑2.0 m，兩條隧洞與大壩同期建于1976年。

由于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件的限制，混凝土管內(nèi)壁經(jīng)過幾十年過水沖刷嚴(yán)重，不少部位出現(xiàn)蜂窩麻面、裂縫，有的部位裂縫寬度達(dá)到2 cm，嚴(yán)重影響著運(yùn)行安全。

2 方案選擇

在討論處理方案時(shí)，曾提出過二種方案：其一是在現(xiàn)有混凝土管內(nèi)再襯砌一道混凝土管，其它是在現(xiàn)有混凝土管內(nèi)再襯砌一道鋼襯同時(shí)結(jié)合接觸灌漿處理。經(jīng)過技術(shù)方案、經(jīng)濟(jì)成本等多方面比較，認(rèn)為采用第二種方案施工技術(shù)可靠、沒有太多地減少過流面積、且投資少、見效快，比較切實(shí)可行，故最后采用該方案。

3 灌漿前準(zhǔn)備工作

3.1 混凝土表面處理

3.2 鋼管外噴砂漿粘結(jié)層

在襯砌鋼管進(jìn)入隧洞焊接前需要對(duì)其外壁除銹后進(jìn)行噴射一層厚度為3～5 mm砂漿，以期為增強(qiáng)后續(xù)灌漿效果，更好地將鋼管與原混凝土管粘結(jié)。

3.3 管內(nèi)支撐

鋼襯接觸灌漿是有一定得灌漿壓力的，當(dāng)漿液在某一部位集中，會(huì)造成內(nèi)襯鋼管向內(nèi)凸起，俗稱“鼓包”，為了最大限度的減少這種情況的出現(xiàn)，在灌漿前需要采取一些預(yù)防措施。比如張家嘴水庫隧洞灌漿在管內(nèi)全面設(shè)置“米”型木支撐，支撐間距為1.5 m。

3.4 鋼襯分段

襯砌鋼管每一節(jié)長1.5 m，為了灌漿需要，在襯砌鋼管安裝時(shí)將隧洞進(jìn)行了分段，段長度為30 m左右，目的是為了一旦灌漿期間出現(xiàn)意外也只要處理本段的問題即可，不會(huì)影響到其它灌漿段。分段的方法是在每段鋼襯管的兩端用水泥砂漿進(jìn)行封堵，防止段間灌漿時(shí)漏漿和串漿。

4 灌漿施工

4.1 灌漿孔布設(shè)

灌漿孔的布置根據(jù)襯砌鋼管的直徑而定，一般直徑為1.5～2.0 m的鋼襯，每環(huán)可布設(shè)6個(gè)孔，孔間夾角為60°，且最高和最低處都應(yīng)布1個(gè)孔。環(huán)間距為4～5 m。

灌漿孔可在襯砌鋼管上預(yù)留，孔徑為Φ15～20 mm，孔內(nèi)有絲扣，便于安裝灌漿管和絲堵。在灌漿管上配安裝閥門和灌漿孔口裝置（包括壓力表、調(diào)壓球閥和進(jìn)回漿管等）。

4.2 串通檢查及沖洗

在正式灌漿前需要對(duì)灌漿段內(nèi)進(jìn)行串通檢查和沖洗，其目的是：一是清除縫隙內(nèi)由于焊接過程留下的污物，二是濕潤原混凝土表面，三是檢查了解掌握縫隙的串通情況。檢查串通和沖洗遵循水洗后風(fēng)吹的順序。水洗時(shí)從底部灌漿管孔通水，看高處灌漿管是否出水流暢，而后打開最底部灌漿孔閥門，利用水流將縫隙間的污物帶出孔外，同時(shí)將縫隙內(nèi)的積水排除干凈。風(fēng)吹是也是從低處灌漿管孔通風(fēng)，但從高處灌漿管孔排出污物積水。

4.3 灌漿方式和順序

接觸灌漿環(huán)內(nèi)分三次進(jìn)行，先灌底部，接著灌下腰部，最后灌上腰部和灌頂部。環(huán)間從高程低處向高處依次推進(jìn)。無論是環(huán)內(nèi)還是環(huán)間，下部的灌漿管在灌漿時(shí)將高處的管孔作為排氣孔、排水孔和出漿孔。

首次灌漿尤為重要，如果灌入漿液過多，下腰部灌漿管排出濃漿封堵后仍繼續(xù)灌注，則可能會(huì)引起襯砌鋼管在壓力和漿液作用下發(fā)生漂浮事故。因此首次灌漿待下腰部灌漿管一旦排出水泥漿，則立刻停止灌漿待凝24 h。而后再將下腰部灌漿管改為進(jìn)漿管改繼續(xù)灌注，直到上腰部灌漿管排出水泥漿，與首次灌漿一樣待凝。最后灌注上腰部和頂部灌漿管，直至灌漿結(jié)束。

國內(nèi)企業(yè)的現(xiàn)代企業(yè)管理尚存在諸多不足。一方面來自于國內(nèi)市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展尚不成熟，企業(yè)在管理方面受限于現(xiàn)實(shí)條件，在現(xiàn)代企業(yè)管理優(yōu)化上存在一定的滯后性。另一方面來自于企業(yè)本身對(duì)現(xiàn)代信息經(jīng)濟(jì)的把握能力不足，無論是現(xiàn)代企業(yè)管理理念、企業(yè)文化的塑造、企業(yè)制度的完善還是企業(yè)技術(shù)流程的優(yōu)化等，都尚未與數(shù)字化模式進(jìn)行最優(yōu)的結(jié)合，使得企業(yè)的發(fā)展仍然受限。

4.4 灌漿漿液

漿液質(zhì)量好壞是直接影響灌漿效果的重要因素之一。配制漿液使用的水泥要滿足DL/T5148-2001《水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范》的要求。所用水泥的出廠日期不得超過3個(gè)月，水泥標(biāo)號(hào)不低于42.5，細(xì)度宜為通過80 μm方孔篩的篩余量不大于5%。

一般來說鋼襯與混凝土間縫隙較小，當(dāng)灌入太多的稀漿失水凝結(jié)后會(huì)留有較多縫隙，因此應(yīng)多灌入濃漿，也就是只要進(jìn)漿順暢多灌入水灰比較小的漿液，同時(shí)為了保持漿液的流動(dòng)性，必要時(shí)還可加入減水劑。水灰比控制在 0.8∶1～0.5∶1，遇到較大的縫隙，可在水泥漿中摻入一定量的細(xì)沙，其摻量可為水泥質(zhì)量的30%～200%，摻沙量可根據(jù)施工情況進(jìn)行調(diào)整。

水泥漿從制備到使用完成不超過4 h，超過應(yīng)予以廢棄。

4.5 灌漿壓力

灌漿壓力的大小是影響灌漿效果的另一重要因素。從理論上來說，使用較大的灌漿壓力能使?jié){液結(jié)石收縮比小，能很大程度上減少出現(xiàn)二次脫空。但是同時(shí)由于鋼襯能承受的最大壓力有限，超過則鋼襯會(huì)拱起。而較濃的漿液流動(dòng)性能較差，易引起堵塞，需要相對(duì)較大的灌漿壓力才能使得濃漿流入較小的縫隙。張家嘴水庫隧洞鋼襯接觸灌漿壓力不超過0.1 MPa，對(duì)于無法使用較大灌漿壓力的小縫隙，為使得漿液充填密實(shí)，施工中采用了一臺(tái)灌漿泵同時(shí)接4個(gè)灌漿管，并延長了屏漿時(shí)間，以保證灌漿質(zhì)量。

4.6 灌 漿

1）灌漿期間觀測(cè)。安裝在灌漿管口壓力表應(yīng)完好準(zhǔn)確，同時(shí)在脫空區(qū)段安裝2～3個(gè)千分表，用以監(jiān)測(cè)鋼襯在灌注漿液過程中的變形情況。壓力表和千分表都有專人觀測(cè)，并每隔2～3 min向泵站送漿人員讀報(bào)一次數(shù)值，以供泵站人員決定是否停止送漿。同時(shí)巡查人員注意支撐有無異常變形或響動(dòng)。

2）灌漿過程控制。灌漿過程中派專人敲擊震動(dòng)鋼襯，按照預(yù)定的灌漿方式和順序待頂部管孔分別排出濃漿后將其孔口閥門關(guān)閉。由小到大逐級(jí)提升灌漿壓力，在漿液灌入量正常情況下不增加壓力，漿液的輸送保持均勻連續(xù)，不隨意加大送漿量，防止脫空區(qū)已經(jīng)灌滿的情況下，后續(xù)仍有大量漿輸送過來，引起鋼襯“鼓包”。

嚴(yán)格控制供漿的連續(xù)性，杜絕發(fā)生灌漿中斷，導(dǎo)致出現(xiàn)進(jìn)漿管孔堵塞的現(xiàn)象。張家嘴隧洞灌漿為防止發(fā)生突然停電、機(jī)械故障等導(dǎo)致灌漿中斷事故，另外配備了柴油發(fā)電機(jī)等備用設(shè)備，還制備了足夠的漿液以確保灌漿暢通。

當(dāng)脫空區(qū)未灌滿而發(fā)生灌漿中斷時(shí)，則采用風(fēng)水沖洗該灌區(qū)段，將脫空區(qū)內(nèi)已灌進(jìn)的漿液全部清除，以便重新灌漿，堅(jiān)決杜絕出現(xiàn)因灌漿中斷導(dǎo)致灌漿管孔堵塞需要進(jìn)行二次布孔的狀況。

3）灌漿結(jié)束。張家嘴隧洞鋼襯接觸灌漿結(jié)束條件：在設(shè)計(jì)給定的灌漿壓力（不大于0.1 MPa）下，灌漿管孔停止吸漿，用比重稱測(cè)得出漿孔排出的漿液濃度與進(jìn)漿孔進(jìn)入的漿液濃度相同，延續(xù)灌注5 min，即結(jié)束灌漿。

灌漿結(jié)束后繼續(xù)穩(wěn)壓、延續(xù)灌注30～60 min，進(jìn)行屏漿，為防止鋼襯拱起，此時(shí)雖然灌漿結(jié)束但是不可拆除支撐。

4.7 檢查與補(bǔ)灌

灌漿結(jié)束3 d后，通過錘擊敲打法檢查，發(fā)現(xiàn)仍有對(duì)面積大約為1.5～3.0 m2的8處脫空區(qū)需要補(bǔ)灌。脫空區(qū)集中在襯砌頂部，分析主要是由于漿液收縮導(dǎo)致。在脫空區(qū)布置不少于2個(gè)孔，且最低處和最高處都布了孔，進(jìn)行補(bǔ)灌。鉆孔采用磁座電鉆，孔徑12 mm，內(nèi)攻絲，安裝灌漿管，按照正常的程序再次灌漿，一邊灌注一邊在灌漿范圍內(nèi)敲擊震動(dòng)，并采取穩(wěn)壓、延時(shí)屏漿，先后補(bǔ)灌二次。

4.8 封 孔

灌漿孔灌漿結(jié)束后，應(yīng)用絲堵加焊或填焊法封孔，孔口用砂輪打磨平整。封孔焊接質(zhì)量隨機(jī)抽取20%，經(jīng)過需超聲波探測(cè)檢查合格后，涂刷防銹材料。

5 質(zhì)量檢查及效果

灌漿結(jié)束后，業(yè)主、設(shè)計(jì)、監(jiān)理與施工一道對(duì)整個(gè)鋼襯內(nèi)壁面進(jìn)行檢查，沒有發(fā)現(xiàn)明顯的凸起，總體上比較流暢，結(jié)合對(duì)施工期間安設(shè)的千分表觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，認(rèn)為外觀滿足設(shè)計(jì)要求。

灌漿結(jié)束7 d后，采用錘擊法對(duì)灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢查，經(jīng)查98%的部位敲擊回聲密實(shí)，仍有個(gè)別部位雖然經(jīng)過二次補(bǔ)灌仍有脫空的感覺，但是其脫空面積小于0.5 m2，根據(jù)規(guī)范可認(rèn)為脫空程度不嚴(yán)重，灌漿質(zhì)量合格。

由于西隧洞為發(fā)電引水之用，業(yè)主對(duì)簡(jiǎn)單的敲擊檢查法不放心，施工單位又聘請(qǐng)專業(yè)的檢測(cè)單位利用物探法對(duì)整個(gè)隧洞灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢查，各參數(shù)描述分析結(jié)果與敲擊法基本一致。

6 結(jié) 語

水工隧洞鋼管襯砌接觸灌漿項(xiàng)目較多，加強(qiáng)其施工技術(shù)管理有現(xiàn)實(shí)意義，由于鋼襯接觸灌漿很難保證一次性就達(dá)到預(yù)期要求，加強(qiáng)灌漿前的準(zhǔn)備工作是減少脫空區(qū)的有效措施。

在不能保證鋼襯不“鼓包”的情況，不要過分的追求大的灌漿壓力，只要灌漿壓力能夠保證將漿液順暢送達(dá)脫空區(qū)并從出漿管流出即可。尤其是在補(bǔ)灌時(shí)，灌漿壓力可根據(jù)脫空區(qū)的性狀而進(jìn)行調(diào)整。

鋼襯接觸灌漿的質(zhì)量合格標(biāo)準(zhǔn)沒有一個(gè)硬性規(guī)定，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范的解釋說明：有的工程經(jīng)過3次以上灌漿，仍有脫空感。所以每一個(gè)項(xiàng)目依據(jù)自身需求確定合格標(biāo)準(zhǔn)，但是建議須滿足局部脫空區(qū)不大于0.5 m2，且部位不要集中的要求。

目前對(duì)鋼襯接觸灌漿檢查的方法是敲擊法，有的項(xiàng)目已開始采用物理儀器探測(cè)法，雖然其自身也有一定的誤差，但是將二者結(jié)合起來綜合對(duì)灌漿質(zhì)量進(jìn)行檢查分析，也是一個(gè)好的選擇，值得推廣。