錦屏二級(jí)水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫的處理

徐茂華， 李 亮

(四川二灘國(guó)際工程咨詢(xún)有限責(zé)任公司，四川成都 611130)

1 工程概述

錦屏二級(jí)水電站4條引水隧洞平行布置，橫穿跨越錦屏山，從進(jìn)水口至上游調(diào)壓室的平均洞線(xiàn)長(zhǎng)度約為16．67km，隧洞沿線(xiàn)上覆巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約為2552m，具有埋深大、洞線(xiàn)長(zhǎng)、洞徑大的特點(diǎn)。

根據(jù)施工分標(biāo)，引水隧洞分為東端和西端，其中東端引水隧洞洞段長(zhǎng)度平均為11．2km左右，4條引水隧洞總長(zhǎng)約45km。

東端1#、3#引水隧洞開(kāi)挖采用TBM結(jié)合鉆爆法進(jìn)行，其中1#引水隧洞TBM開(kāi)挖洞段長(zhǎng)度為5760m，3#引水隧洞TBM開(kāi)挖洞段長(zhǎng)6300 m。2#、4#引水隧洞全部采用鉆爆法開(kāi)挖。

引水隧洞TBM開(kāi)挖直徑為12．4m，全圓斷面;鉆爆開(kāi)挖直徑為12．8～14．4m，分標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形和平底馬蹄形。混凝土襯砌厚度普遍為60～80cm(含噴護(hù)混凝土厚度)，漸變段等一些特殊部位厚度最大為150cm?；炷烈r砌洞段根據(jù)不同的圍巖類(lèi)別分別布置了單層鋼筋或雙層鋼筋。

2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

錦屏二級(jí)水電站東端引水隧洞襯砌洞段長(zhǎng)度約44．9km，共發(fā)現(xiàn)裂縫13424條(裂縫統(tǒng)計(jì)情況見(jiàn)表1)。裂縫以Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)裂縫為主，裂縫中近似環(huán)向裂縫占總裂縫數(shù)量的55%左右，但其長(zhǎng)度占總長(zhǎng)度的85%左右。4條引水隧洞裂縫發(fā)展情況總體相當(dāng)，但4#引水隧洞裂縫發(fā)展相對(duì)較多，主要是因?yàn)?#引水隧洞末端有2014m的洞段前期采用先邊頂拱后底板澆筑，這部分洞段裂縫發(fā)展多，達(dá)到每米洞段6．59延米裂縫，為普通洞段的4倍以上，且99%為環(huán)向貫穿裂縫;4#引水隧洞其他洞段裂縫為每米洞段1．3延米左右。根據(jù)相關(guān)資料分析，錦屏二級(jí)水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫總體發(fā)展情況在特大斷面水工隧洞中處于中等偏下水平。

表1 引水隧洞裂縫統(tǒng)計(jì)表

針對(duì)錦屏二級(jí)水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫產(chǎn)生和發(fā)展原因進(jìn)行分析認(rèn)為:混凝土裂縫主要是由襯砌結(jié)構(gòu)尺寸、混凝土原材料、現(xiàn)場(chǎng)施工組織管理、水文地質(zhì)及工程地質(zhì)情況等因素綜合作用的結(jié)果。

2．1 引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)

錦屏二級(jí)水電站引水隧洞襯后尺寸在11．4～12．4m之間，屬于特大斷面引水隧洞，襯砌厚度大部分為0．6～0．8m(含20cm厚噴混凝土)。因此，這種特大斷面薄壁襯砌結(jié)構(gòu)形式易于裂縫的發(fā)生與發(fā)展。

2．2 混凝土自身收縮

混凝土因收縮而導(dǎo)致的裂縫是混凝土裂縫最主要的形成原因，主要與混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。錦屏二級(jí)水電站引水隧洞混凝土使用的水泥為“乃托”P(pán)．O42．5，該水泥凝結(jié)時(shí)間快、細(xì)度高、早期強(qiáng)度高、水化熱高;骨料采用大理巖軋制，干法生產(chǎn)，細(xì)骨料石粉含量較高(20% ～30%)、粗骨料裹粉較嚴(yán)重(1% ～3%);由于特長(zhǎng)引水隧洞以及隧洞群施工交通組織的困難，泵送混凝土運(yùn)輸距離有的長(zhǎng)達(dá)15km以上，且要考慮必要的交通擁堵、等待等情況，加之泵送混凝土施工和易性要求高，出機(jī)口坍落度大(一般為200～220mm左右)，水灰比控制在0．45～0．50之間，混凝土砂率較高(42% ～50%)等因素的影響，增加了混凝土的自收縮值，減弱了混凝土之間的連接能力，增大了干縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)率。

2．3 溫度裂縫

由監(jiān)測(cè)結(jié)果得知，引水隧洞邊頂拱澆筑完成后最高溫度達(dá)到40℃ ～48℃，內(nèi)外溫差達(dá)26℃～32℃，混凝土澆筑完后30h左右溫度為最高，7～8d內(nèi)溫度下降較快。從內(nèi)外溫差分析得知，內(nèi)外溫差大導(dǎo)致溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度，從而產(chǎn)生溫度裂縫。

另外，引水隧洞巖爆、地質(zhì)缺陷導(dǎo)致的塌方、施工控制不到位導(dǎo)致的超挖等造成襯砌混凝土厚薄不均、襯砌斷面變化大等問(wèn)題。在斷面變化大的部位產(chǎn)生的應(yīng)力集中可能誘發(fā)裂縫產(chǎn)生。

2．4 施工組織對(duì)裂縫產(chǎn)生發(fā)展的影響

2．4．1 先邊頂拱后底板澆筑工藝誘發(fā)裂縫的發(fā)生和發(fā)展

根據(jù)錦屏二級(jí)水電站引水隧洞群總體施工交通規(guī)劃，4#引水隧洞部分洞段在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)作為1#、2#、3#引水隧洞及4#引水隧洞自身施工的公共交通洞，導(dǎo)致底板襯砌混凝土無(wú)法及時(shí)進(jìn)行澆筑。為了不影響總體襯砌工期，按期實(shí)現(xiàn)充水目標(biāo)，對(duì)承擔(dān)公共交通的洞段采取先邊頂拱再底拱襯砌施工，在保證底板公共交通通行的同時(shí)，采用邊頂拱鋼模臺(tái)車(chē)進(jìn)行邊頂拱混凝土澆筑，最后快速進(jìn)行底板連續(xù)澆筑。這一措施保證了整個(gè)引水隧洞施工群施工的順利進(jìn)行，但后期裂縫普查發(fā)現(xiàn)先期澆筑的邊頂拱先行洞段裂縫是普通洞段的四倍以上，且99%以上為環(huán)向貫穿裂縫。分析其原因包括:(1)邊頂拱先行段在澆筑完后3a左右才進(jìn)行底板的施工，其受力結(jié)構(gòu)不同于先底板后邊頂拱的澆筑洞段，主要是由于其下部缺少支撐及約束，未能及時(shí)形成封閉的整體受力結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致邊頂拱混凝土承受自重及圍巖壓力影響而產(chǎn)生裂縫;(2)4#引水隧洞末端邊頂拱先行段澆筑時(shí)間最早，在開(kāi)挖完成1a左右即開(kāi)始混凝土邊頂拱襯砌，此時(shí)圍巖變形收斂還沒(méi)有完全結(jié)束，也會(huì)增加襯砌結(jié)構(gòu)的圍巖壓力而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

2．4．2 底板澆筑長(zhǎng)度對(duì)底板裂縫的影響

邊頂拱澆筑臺(tái)車(chē)為12m和13．5m兩種，但鉆爆洞段底板為平底板，底板一般為兩倉(cāng)同時(shí)澆筑，個(gè)別部位存在3倉(cāng)連續(xù)澆筑。底板只在分倉(cāng)部位鋼筋斷開(kāi)，不設(shè)置分縫材料。這種過(guò)長(zhǎng)的底板連續(xù)澆筑易導(dǎo)致底板橫向裂縫的發(fā)生。

2．5 外水壓力加大了初砌混凝土裂縫的發(fā)展

錦屏二級(jí)水電站引水隧洞總體埋深大、富水洞段多、外水壓力高，普遍達(dá)到1．5MPa以上，外水壓力不可避免地會(huì)加大裂縫的發(fā)展。

3 混凝土裂縫的處理

雖然錦屏二級(jí)水電站引水隧洞襯砌采用了限裂設(shè)計(jì)，但由于上述多方面的原因，襯砌混凝土裂縫的發(fā)生發(fā)展難以避免，在富水洞段，混凝土裂縫貫穿后普遍出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象。為了保證混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的耐久性，防止運(yùn)行期內(nèi)水外滲，全洞段系統(tǒng)地對(duì)裂縫進(jìn)行了普查和處理。

3．1 裂縫的分類(lèi)及處理要求

針對(duì)錦屏二級(jí)水電站引水隧洞裂縫的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)根據(jù)裂縫發(fā)展?fàn)顩r對(duì)裂縫進(jìn)行了分類(lèi)，并對(duì)每類(lèi)裂縫的處理提出了具體的處理技術(shù)要求。

(1)裂縫的分類(lèi)。

Ⅰ類(lèi)裂縫(淺層裂縫):表面縫寬 δ≤0．2 mm;

Ⅱ類(lèi)裂縫:表面縫寬0．2＜δ≤0．35mm，且不滲水、不滲漿或潮濕;

Ⅲ類(lèi)裂縫:表面縫寬δ＞0．35mm，且不滲水、不滲漿或潮濕;

Ⅳ類(lèi)裂縫:表面有明顯滲水、滲漿，縫寬δ＞0．2mm;

(2)處理技術(shù)要求。

①Ⅰ類(lèi)裂縫可不予處理，Ⅱ類(lèi)裂縫只進(jìn)行表面封閉，Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)裂縫需進(jìn)行化灌處理。

②Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)裂縫修補(bǔ)完成后，按照裂縫總條數(shù)的5%～10%抽檢進(jìn)行壓水和取芯檢查。壓水試驗(yàn)壓力在0．5MPa下平均透水率小于0．3Lu為合格;裂縫取芯檢查，芯樣劈拉試驗(yàn)平均抗拉強(qiáng)度不小于1．5MPa為合格。

3．2 裂縫處理專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍

混凝土裂縫化學(xué)灌漿尤其是淺層縫灌漿工藝相對(duì)比較成熟，但現(xiàn)場(chǎng)操作精細(xì)化程度要求較高，因此必須引進(jìn)具有類(lèi)似水電工程混凝土裂縫化灌處理經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)業(yè)隊(duì)伍。錦屏二級(jí)水電站東端引水隧洞裂縫化學(xué)灌漿處理引進(jìn)了3支作業(yè)隊(duì)伍，都具有在三峽、小灣等大型水電工程裂縫化學(xué)灌漿處理的實(shí)際施工經(jīng)驗(yàn)。

3．3 灌漿材料的選定和采購(gòu)

為了保證裂縫化灌后與混凝土的粘接強(qiáng)度和耐久性，要求封縫材料選用環(huán)氧類(lèi)涂料和環(huán)氧膠泥;化灌材料必須是環(huán)氧類(lèi)漿材，要求同混凝土的粘接強(qiáng)度不小于2MPa，不允許使用聚氨酯類(lèi)漿材。

環(huán)氧膠泥、化灌漿材均由承包人初選性能符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求的材料，然后提出采購(gòu)申請(qǐng)，監(jiān)理工程師審查合格后由承包人進(jìn)行采購(gòu)。材料到貨后承包人和監(jiān)理工程師分別按批次取樣，送業(yè)主指定的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測(cè)，合格后準(zhǔn)許使用。

3．4 裂縫處理臺(tái)車(chē)的布置

引水隧洞裂縫修補(bǔ)工作采用腳手架管搭設(shè)有軌和無(wú)軌修補(bǔ)臺(tái)車(chē)進(jìn)行施工，對(duì)因施工干擾、引水隧洞固結(jié)灌漿制漿站及各個(gè)橫通道交通干擾影響而導(dǎo)致部分修補(bǔ)臺(tái)車(chē)無(wú)法行走至工作面的部位，采用吊車(chē)懸掛吊籃輔助施工。

3．5 裂縫普查及現(xiàn)場(chǎng)記錄

在混凝土裂縫修復(fù)前，利用修補(bǔ)臺(tái)車(chē)首先按澆筑倉(cāng)進(jìn)行裂縫普查。普查項(xiàng)目包括裂縫部位、走向、縫寬、縫長(zhǎng)以及是否滲水等參數(shù)和狀態(tài)，繪制《混凝土裂縫性狀描述表》。描述表包含兩部分:第一部分為裂縫分布圖，為按澆筑倉(cāng)繪制的襯砌展開(kāi)圖，在其上面描繪出裂縫的具體部位并標(biāo)注裂縫編號(hào);第二部分為參數(shù)表，除縫寬、縫長(zhǎng)、是否滲水等參數(shù)外，還包括裂縫分類(lèi)?！痘炷亮芽p性狀描述表》一個(gè)澆筑倉(cāng)一份，含電子版和紙質(zhì)版，所有裂縫都進(jìn)編號(hào)并保證編號(hào)的唯一性。《混凝土裂縫性狀描述表》由監(jiān)理工程師現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)無(wú)誤后簽字確認(rèn)。

3．6 裂縫化學(xué)灌漿的施工方法

裂縫普查完成后，根據(jù)確認(rèn)的裂縫分類(lèi)，按裂縫處理技術(shù)要求進(jìn)行處理。

Ⅰ類(lèi)裂縫不處理;Ⅱ類(lèi)裂縫對(duì)裂縫表面進(jìn)行打磨，打磨寬度為20cm，去除縫面的鈣質(zhì)、析出物及其他雜物并沖洗干凈，然后采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行封閉即可。

這里所謂的綜合性人才，是指跨境電商從業(yè)人員既要具備電子商務(wù)的基礎(chǔ)知識(shí)、了解網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷(xiāo)的要求，也要懂得跨境物流和傳統(tǒng)外貿(mào)運(yùn)輸?shù)牟町?、掌握?duì)外貿(mào)易的技能和規(guī)則。

Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)裂縫對(duì)縫面進(jìn)行打磨處理及清理后，對(duì)裂縫進(jìn)行騎縫刻“V”型槽，槽深3～5cm，槽表面寬3～5cm;刻槽完成后采用清水、風(fēng)槍對(duì)裂縫進(jìn)行清洗，以保證槽內(nèi)縫口張開(kāi)、內(nèi)無(wú)粉塵，然后進(jìn)行化灌孔布置。

化灌孔采用電錘開(kāi)孔，鉆頭一般選用φ27或φ30、長(zhǎng)度為35cm的規(guī)格。根據(jù)裂縫情況采用騎縫鉆孔和斜穿鉆孔方式，鉆孔孔距為0．3～0．5 m。騎縫孔是對(duì)準(zhǔn)裂縫直接鉆孔，適用于寬度較細(xì)、深度較淺的裂縫;斜穿孔的鉆孔角度一般為45°，在裂縫兩側(cè)交錯(cuò)布置，鉆孔必須穿過(guò)裂縫，確保與裂縫相交。

化灌孔開(kāi)孔完成后進(jìn)行壓力水沖洗并吹干孔內(nèi)的積水，然后安裝注漿嘴并用PSI-130(帕斯卡環(huán)氧類(lèi)材料)快速堵漏劑封孔并固定好，安裝過(guò)程中應(yīng)注意防止注漿嘴被堵塞。注漿嘴安裝完成后，用PSI-130快速堵漏劑對(duì)V型槽進(jìn)行填充，填充至與混凝土面持平，并對(duì)其表面進(jìn)行打磨、沖洗干凈，之后采用環(huán)氧膠泥封縫，封縫膠泥厚度控制在3mm，寬度為左右各100mm并保持均勻、平整、防止灌漿時(shí)漏漿。封縫完成后，按照灌漿的順序給每個(gè)孔口編號(hào)，在裂縫封閉環(huán)氧膠泥強(qiáng)度達(dá)到灌漿要求后進(jìn)行通風(fēng)檢測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)《混凝土裂縫灌漿孔通風(fēng)檢測(cè)表》。對(duì)于不通風(fēng)的灌漿孔，在距原孔5cm的地方補(bǔ)鉆灌漿孔，以保證其通風(fēng)性能。

針對(duì)錦屏二級(jí)水電站引水隧洞貫穿裂縫有滲水的現(xiàn)狀，現(xiàn)場(chǎng)選定的灌漿材料為PSI-500環(huán)氧樹(shù)脂。PSI-500環(huán)氧樹(shù)脂具有粘度小、可灌性好、凝固時(shí)間可調(diào)、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中的細(xì)微裂縫、溫度裂縫、施工縫、冷接縫、基礎(chǔ)工程等作灌漿處理，以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的整體性和密實(shí)性，而且在有水、潮濕和干燥的基面上均可進(jìn)行施工。該工程混凝土裂縫處理施工所采用的PSI-500環(huán)氧漿材經(jīng)檢驗(yàn)各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，具體檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 化灌漿材性能檢測(cè)成果表

化學(xué)灌漿漿材由主液和固化劑調(diào)配而成，固化劑摻量主要控制漿材凝固時(shí)間。灌漿過(guò)程中，一般提前根據(jù)吸漿需求量和需灌注時(shí)間確定漿材固化時(shí)間，從而確定漿材主液和固化劑比例。引水隧洞裂縫灌漿施工中漿材主液和固化劑溶液普遍使用的比例為5∶1和6∶1。在主液和固化劑溶液混合過(guò)程中，固化劑溶液應(yīng)緩慢注入主液中，邊注入邊攪拌，保持漿液在溫度30℃以下，防止發(fā)生暴聚現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)化灌過(guò)程中采取少稱(chēng)勤配、分批配制漿液的原則，以避免灌漿材料浪費(fèi)，且在隨用隨配情況下以利保持漿液低粘度，進(jìn)而提高灌漿質(zhì)量。

裂縫化灌采用電動(dòng)注漿泵進(jìn)行。裂縫化灌時(shí)，從裂縫低端往高端逐步灌注。注漿起始?jí)毫?0．4MPa，最大壓力不超過(guò) 0．6MPa，屏漿壓力均為0．6MPa。一整條裂縫灌滿(mǎn)漿液并穩(wěn)壓5～10min且屏漿壓力不下降，即結(jié)束整條裂縫的灌漿。

4 混凝土裂縫灌漿后的質(zhì)量檢查

裂縫修補(bǔ)完成后，按照裂縫總條數(shù)的5% ～10%進(jìn)行抽檢，包括壓水試驗(yàn)檢查和裂縫取芯檢查。壓水試驗(yàn)壓力在0．5MPa下平均透水率小于0．3Lu為合格;裂縫取芯檢查，芯樣劈拉試驗(yàn)平均抗拉強(qiáng)度不小于1．5MPa為合格。

錦屏二級(jí)水電站東端4條引水隧洞襯砌洞段長(zhǎng)度約為44．9km，共發(fā)現(xiàn)Ⅲ類(lèi)和Ⅳ類(lèi)裂縫12797條，監(jiān)理工程師壓水檢查裂縫679條，基本不吸水，全部合格;騎縫取芯檢查裂縫660條，裂縫漿液充填基本飽滿(mǎn)，劈拉試驗(yàn)中芯樣最大強(qiáng)度為 2．27MPa，最小劈拉強(qiáng)度為 1．35MPa，芯樣劈拉強(qiáng)度平均在1．65MPa左右，裂縫化灌后總體力學(xué)指標(biāo)良好，滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

錦屏二級(jí)水電站引水隧洞襯砌混凝土因各種因素綜合作用產(chǎn)生了一些裂縫，但裂縫總體發(fā)展程度不高，所有裂縫均按照不同的處理要求分別進(jìn)行了處理，保證了結(jié)構(gòu)的完整性和耐久性。在2014年12月，錦屏二級(jí)水電站1#引水隧洞在運(yùn)行兩年后進(jìn)行了第一次放空檢修，從檢查結(jié)果看，引水隧洞在運(yùn)行期基本沒(méi)有新裂縫產(chǎn)生，原修補(bǔ)裂縫沒(méi)有出現(xiàn)重新張開(kāi)滲水的情況，說(shuō)明原處理方案和措施科學(xué)、合理，處理質(zhì)量良好。由此可以確定，水工特大斷面有壓隧洞裂縫經(jīng)過(guò)系統(tǒng)嚴(yán)格地化學(xué)灌漿處理，完全可以消除裂縫對(duì)永久運(yùn)行的不利影響。

錦屏二級(jí)水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫高強(qiáng)度大規(guī)模處理，在施工工藝、施工組織及施工保障措施方面建立起了一套完整的方法和規(guī)章制度，可為其他類(lèi)似工程提供借鑒。