美納斯水電站TBM轉(zhuǎn)彎段管片修復(fù)措施

才儉峰

【摘 要】高水頭、長引水式水電站的引水隧洞一般都使用全斷面硬巖掘進機（TBM）施工，實現(xiàn)開挖、出渣、襯砌同時進行，襯砌均采用預(yù)制管片，但管片均是在管片廠按照直線段的設(shè)計尺寸集中生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)件，而引水隧洞并不是一條筆直的直線，會根據(jù)各結(jié)構(gòu)物的位置而設(shè)計不同曲率的轉(zhuǎn)彎，若轉(zhuǎn)彎段的半徑過小，將會對管片安裝產(chǎn)生影響，本文主要闡述轉(zhuǎn)彎段管片的缺陷處理措施。

【關(guān)鍵詞】TBM；管片；轉(zhuǎn)彎段；缺陷；處理

一、概述

Minas-San Francisco水電站（簡稱美納斯水電站）位于南美洲厄瓜多爾第三大城市Cuenca西南方向92Km，為小流量高水頭引水式水電站，引水隧洞長達14Km，其中有11Km隧洞采用雙護盾TBM施工。

美納斯水電站TBM管片采用單環(huán)四片的六邊形管片，管片內(nèi)直徑φ=4800mm，厚度300mm，寬度1500mm，圓柱體軸心抗壓強度為f'c=480Kg/cm2（相當(dāng)于中國標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊抗壓強度C60）。

預(yù)制混凝土管片襯砌的質(zhì)量將最終決定引水隧洞的施工質(zhì)量，而美納斯水電站引水隧洞在樁號Km0+484.92～Km0+374.77處的轉(zhuǎn)彎半徑為R=120m，比TBM設(shè)計允許的最小轉(zhuǎn)彎半徑Rmin=350m小很多，因此在此段管片安裝后出現(xiàn)管片內(nèi)側(cè)擠壓破壞、外側(cè)橫縫間隙過大、管片錯臺嚴(yán)重等問題，嚴(yán)重影響了襯砌的整體穩(wěn)定和防滲性能。

二、缺陷處理的目的和原則

（一）缺陷處理的目的

管片擠壓破壞部分在高速水流作用下將會產(chǎn)生氣蝕現(xiàn)象，經(jīng)過長期的運行，必將會進一步將管片破壞，從而影響整個引水隧洞的安全。

管片的橫縫和縱縫之間全部采用內(nèi)嵌橡膠止水帶形成封閉的防滲系統(tǒng)，橫縫和縱縫張開度、平整度直接決定了管片之間的接觸程度，進而決定了管片襯砌的防滲可靠性和止水系統(tǒng)承受內(nèi)外水壓的能力。

引水隧洞襯砌采用預(yù)制管片拼裝式襯砌，每環(huán)管片由4個管片鑲嵌而成，管片橫縫之間由定位銷聯(lián)結(jié)。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析，整個管片為空間受力狀態(tài)，環(huán)內(nèi)、環(huán)間互相通過縱縫傳遞襯砌內(nèi)力，因此縱縫的張開程度對整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定可靠起到至關(guān)重要的作用。

（二）處理原則

改善管片內(nèi)部平整度，對擠壓破壞和管片錯臺較大部位進行修補，確保隧洞內(nèi)水流平順，不產(chǎn)生氣蝕等現(xiàn)象；改善管片的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，保證結(jié)構(gòu)處于合理承載狀態(tài)；恢復(fù)橫縫和縱縫原有的防滲性能，保證結(jié)構(gòu)在接縫處承受內(nèi)外水壓力滿足要求。

三、施工程序

為保證管片修補質(zhì)量，修補工作在管片后部豆粒石回填和灌漿結(jié)束之后進行，具體施工程序為：豆粒石噴注→管片勾縫→豆粒石灌漿→管片破損修補→管片錯臺處理→管片錨桿加固。

四、施工方法

（一）管片破損修復(fù)

管片破損部位主要是由于在轉(zhuǎn)彎段管片內(nèi)側(cè)承受了大部分TBM主推油缸的壓力，造成管片橫縫部位的邊角被壓碎，因此，此處修補主要是對邊角部位進行修復(fù)。

修補材料是與管片生產(chǎn)用的同一種水泥、細(xì)砂（粒徑小于3mm的河砂，需經(jīng)水洗、干凈、顆粒呈規(guī)則形狀）、管片生產(chǎn)外加劑、膠皇粘補劑（Sika Latex）和水。根據(jù)試驗配比，破損部位的修補砂漿水灰比為0.26，配合比為：水泥：細(xì)砂：高效減水劑：水=1：0.5：0.012：0.26，每立方砂漿摻加膠皇粘補劑12L（由于膠皇粘補劑中含有聚合物，使得摻有膠皇粘補劑的砂漿有超強的粘結(jié)性，抗壓強度高，從而提高其抗撓和抗拉強度。另外，摻有膠皇粘補劑的砂漿大大降低了滲透性，提高防化學(xué)品腐蝕和機械磨損的性能，并且無毒，無腐蝕性）。

修補前，采用鋼絲刷將破損部位混凝土上的松散顆粒、油脂或其他污物清理干凈，用水將混凝土充分打濕，但混凝土表面不得積水。

管片修補砂漿拌制完成后，采用泥刀將其分層涂抹至修補部位，混凝土表面空隙要充分涂滿，分層厚度不得超過2cm，待上一層修補砂漿漿體干后方可涂抹下一層，直至達到混凝土管片結(jié)構(gòu)要求。

修補完成后進行適當(dāng)養(yǎng)護，保持修補部位濕潤至少3天，保濕過程中，不得采用帶壓力的水沖刷修補部位。

（二）管片橫縫修補

管片橫縫錯臺較小，主要體現(xiàn)為管片縱向連接不緊密，縫面寬。因此，橫縫修補主要以恢復(fù)管片接縫處防滲為主。

首先對向外突出的管片內(nèi)弧面一側(cè)鑿毛（迎水面采用1：20的坡度確定鑿毛面積，背水面按照1：10的坡度確定鑿毛面積），管片鑿毛之后用清水將修補面沖洗干凈，采用與修補破損部位相同的修補砂漿對縫面進行修復(fù)，為確保水流順暢，迎水面的修補坡度為1：20，背水面的修補坡度為1：10；管片外弧面一側(cè)依然由豆粒石回填和灌漿密實，不再做另外的處理。

（三）管片縱縫修補

管片縱縫錯臺較大的部位主要是側(cè)管片與底管片、頂管片相接處，其最大錯臺達到了20cm，既影響了整個管片襯砌的整體穩(wěn)定性，又影響到了襯砌的防滲性能。為確保引水隧洞的安全運行，對管片的縱縫處采取特別加固措施。

1.管片縫面修補

縱縫錯臺高度大小不一，根據(jù)錯臺高度不同分成兩種方法進行處理：

1）錯臺高度<5cm的部位，參照橫縫處理措施進行修補，即對向外突出的管片內(nèi)弧面進行鑿毛處理，清洗干凈后用與修補破損部位相同的修補砂漿進行修補抹面，表面修補坡度1：5，保證錯臺部位平順連接。

2）錯臺高度>5cm的部位，對向外突出的管片內(nèi)弧面進行鑿毛處理，鑿毛面積按照1：10的修補坡度確定，鑿毛之后在修補面鋪設(shè)一層鋼筋網(wǎng)片（規(guī)格為φ6-150×150mm），鋼筋網(wǎng)片采用φ8mm的膨脹螺栓固定在管片上，膨脹螺栓按照間、排距為10×10cm布置，然后用清水將修補面清洗干凈，用與修補破損部位相同的修補砂漿進行修補抹面，表面修補坡度1：10，保證錯臺部位平順連接。

2.管片加固

對側(cè)管片與底管片、側(cè)管片與頂管片錯臺大的部位，為保持管片的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，每片側(cè)管片和頂管片各用2根待錨墊板的錨桿進行加固，利用管片的機械安裝孔放置錨桿。錨桿單根長度2.5m，錨入基巖內(nèi)2.19m。

首先用手風(fēng)鉆鉆設(shè)錨桿孔，然后對安裝孔進行擴孔（長×寬×高=150×150×35mm），目的是讓錨桿端頭的墊板盡量埋設(shè)到管片內(nèi)，減少外露的長度；安裝錨桿并注漿，待漿液達到一定強度后安裝錨墊板，安裝墊板前先用修補砂漿對接觸面找平，以確保錨墊板受力均勻；為保證錨桿不在水的侵蝕下而腐蝕，錨桿外露端頭用修補砂漿進行封錨，封錨之前先在管片和錨墊板表明涂刷一層Sikadur 32 Primer粘結(jié)劑，然后用修補砂漿進行封錨，完成后將砂漿表面打磨平整。

五、結(jié)語

厄瓜多爾美納斯水電站引水隧洞TBM轉(zhuǎn)彎段管片修復(fù)全部完成，經(jīng)過各方的檢查驗收，外觀及性能指標(biāo)均達到設(shè)計要求，管片整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，證明采用該種管片修復(fù)方法切實可行，可以為其他類似工程施工提供借鑒意義。endprint