涔天河水庫(kù)工程引水發(fā)電洞內(nèi)水外滲探查及處理

詹雙橋，鄭 洪，楊志明

（湖南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究總院，湖南 長(zhǎng)沙410007）

1 工程概況

涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程位于湖南省永州市江華瑤族自治縣境內(nèi)的湘江支流瀟水上游峽谷出口處，下距江華縣城12 km。涔天河水庫(kù)系瀟水流域開發(fā)的第一個(gè)梯級(jí)，為瀟水流域開發(fā)的龍頭水庫(kù)，控制流域面積2 466 km2。

涔天河水庫(kù)擴(kuò)建工程是具有灌溉、防洪、下游補(bǔ)水和發(fā)電，兼顧航運(yùn)等綜合利用效益的Ⅰ等大（Ⅰ）型水利水電工程。水庫(kù)正常蓄水位為313 m，總庫(kù)容15.1億m3，設(shè)計(jì)灌溉面積擴(kuò)大到111.5萬(wàn)畝，電站裝機(jī)容量200 MW。樞紐建筑物主要包括攔河壩、泄洪隧洞、放空隧洞、引水發(fā)電系統(tǒng)和灌溉渠首（隧洞）等。攔河大壩為1級(jí)建筑物，設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)500年一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)10 000年一遇。

水庫(kù)正常蓄水位313.0 m，設(shè)計(jì)洪水位317.76 m，校核洪水位320.27 m。

2 引水發(fā)電洞總體布置

引水發(fā)電洞布置在右岸山體內(nèi)，進(jìn)口位于大壩右壩頭與1#泄洪洞之間，緊挨老壩右壩頭布置，隧洞總長(zhǎng)499.3 m。進(jìn)口段與泄洪洞平行布置，至樁號(hào)0+060.262，平面向左轉(zhuǎn)彎44.6°，軸線轉(zhuǎn)彎半徑R=50 m，至樁號(hào)0+274.223處豎向下彎，下彎段終點(diǎn)樁號(hào)0+339.376，高壓隧洞段與機(jī)組中心線呈60°夾角。

引水隧洞由混凝土襯砌平洞段、混凝土襯砌斜洞段、鋼板混凝土襯砌高壓平洞段等組成。隧洞沿線為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ類圍巖，K0=2～70 MPa/cm，斷層、軟弱夾層等結(jié)構(gòu)發(fā)育。引水發(fā)電洞洞徑9.5 m，進(jìn)口底板高程256.5 m，下平洞中心線高程215 m，考慮停機(jī)水錘壓力，設(shè)計(jì)最大工作水頭140 m。

3 滲壓監(jiān)測(cè)情況

自2017年6月底至2018年8月底正常蓄水位驗(yàn)收前，引水發(fā)電洞共經(jīng)歷4次充水——放空——充水過(guò)程，充水放空期間庫(kù)水位維持在282 m左右運(yùn)行。發(fā)電洞充水前后襯砌外滲壓計(jì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映以下現(xiàn)象：

1）閘門井下游漸變段洞頂滲壓計(jì)P1測(cè)值基本與庫(kù)水位持平，且不隨隧洞充水、放空而變化。

2）上平洞及斜洞段滲壓計(jì)P2～P7測(cè)值隨洞身充水、放空漲落，隧洞充水，滲壓計(jì)測(cè)值與庫(kù)水位作用水頭基本持平，隧洞放空，滲壓計(jì)測(cè)值恢復(fù)至充水前水平。

3）鋼襯段兩支滲壓計(jì)P8、P9測(cè)值隨著隧洞充水放空有少許變化，量值很小，且時(shí)間有滯后現(xiàn)象。

4 滲壓異常原因分析

1）滲壓與引水洞充放水相關(guān)原因分析。滲壓計(jì)P3～P7及地下水位監(jiān)測(cè)孔OP9～OP11監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均表明，襯砌外水壓力變化與引水發(fā)電洞充水相關(guān)，多次充放水驗(yàn)證，基本可以判定內(nèi)水外滲現(xiàn)象存在。內(nèi)水外滲的可能原因主要有以下幾個(gè)方面：

①洞身襯砌存在尚未發(fā)現(xiàn)的滲水通道。引水洞放空后多次進(jìn)洞檢查發(fā)現(xiàn)，洞身襯砌存在裂縫滲水、施工縫滲水、灌漿孔洞滲水等現(xiàn)象，雖然已發(fā)現(xiàn)的混凝土缺陷已經(jīng)處理完成，但不排除一些尚未發(fā)現(xiàn)的襯砌混凝土缺陷的存在，而且本工程混凝土所用水泥水化熱較高，混凝土干縮裂縫比較多。

②襯砌分段止水可能部分失效。引水洞上平洞襯砌采用鋼模臺(tái)車澆筑，每段襯砌長(zhǎng)度9 m；斜洞段襯砌采用滿堂腳手架、普通模板澆筑，分上彎段、斜洞段和下彎段三段。襯砌厚度0.6～1.0m，各段襯砌之間設(shè)置銅片止水，止水片位于襯砌中部。洞內(nèi)、特別是斜洞段施工條件較差，襯砌為薄壁結(jié)構(gòu)，可能存在止水片周邊混凝土澆筑不密實(shí)、止水片安裝偏差的現(xiàn)象。

上述可能的襯砌質(zhì)量缺陷均有可能形成滲漏通道，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)水外滲。

2）滲壓僅與庫(kù)水位相關(guān)原因分析。引水發(fā)電洞進(jìn)口閘門井下游滲壓計(jì)P1測(cè)值基本與庫(kù)水位持平，且不隨引水洞放空和充水變化，進(jìn)口洞段山體內(nèi)新增的兩個(gè)地下水位觀測(cè)孔測(cè)得地下水位與庫(kù)水位基本平齊，兩組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)均反映進(jìn)口洞段襯砌外地下水與庫(kù)水位已經(jīng)連通。分析原因認(rèn)為，進(jìn)口閘門豎井下游洞段洞身圍巖為Ⅲ類，洞頂及左側(cè)臨庫(kù)上覆巖體較單薄，閘門豎井和洞身在此處交叉，豎井采用自下而上全斷面爆破開挖導(dǎo)致圍巖松動(dòng)、破碎，庫(kù)水位上升，對(duì)山體地下水進(jìn)行補(bǔ)給，導(dǎo)致進(jìn)口段山體地下水位與庫(kù)水位持平。

5 外部驗(yàn)證及加強(qiáng)排水減壓處理

1）新增地下水位監(jiān)測(cè)孔驗(yàn)證。為了進(jìn)一步驗(yàn)證襯砌外滲壓計(jì)反映情況的真實(shí)性，在引水發(fā)電洞下游洞段頂部山體增設(shè)3個(gè)地下水位觀測(cè)孔，其中OP9位于上平洞末端，孔底高程269 m，OP10位于下彎段，孔底高程233 m，OP11位于洞軸線與1#滑坡體之間，孔底高程269 m。新增地下水位觀測(cè)孔見圖1。

圖1 地下水位觀測(cè)孔布置圖

2018年9月22至10月31日再次對(duì)引水發(fā)電洞放空充水，新增地下水位孔監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)也反映與引水洞放空充水相關(guān)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)見圖2。

圖2 地下水位觀測(cè)孔水位變化過(guò)程曲線圖

2018年9月22至10月31日這次放空充水過(guò)程，滲壓計(jì)和地下水位監(jiān)測(cè)孔兩組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反映出幾乎相同的現(xiàn)象及變化趨勢(shì)，隧洞充水，測(cè)值升高，隧洞放空，測(cè)值下降。兩組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化基本可以判斷引水洞充水后存在內(nèi)水外滲并抬高圍巖地下水位的現(xiàn)象。

2）排水減壓洞延長(zhǎng)加強(qiáng)排水。將2#排水減壓洞平行引水洞軸線向上游延伸，提高排水洞排水減壓效果，排水洞延長(zhǎng)段與主洞之間圍巖厚度10 m，排水洞向上游延伸布置見圖3。加強(qiáng)兩個(gè)排水洞排水流量監(jiān)測(cè)，如出現(xiàn)陡然增大現(xiàn)象，立即關(guān)閉引水發(fā)電洞進(jìn)口檢修門、放空引水洞，采取有效措施對(duì)洞身襯砌進(jìn)行檢修堵漏處理。

圖3 引水發(fā)電洞下游排水洞布置圖

平行主洞的2#排水洞延長(zhǎng)段向上游掘進(jìn)約35 m至發(fā)電洞上平洞末端對(duì)應(yīng)位置時(shí)，排水洞右側(cè)壁上巖石裂隙發(fā)育部位出現(xiàn)明顯涌水，且有緩慢增大趨勢(shì)，引水發(fā)電洞放空，涌水量明顯減小直至為零，期間2#排水洞出口量水堰實(shí)測(cè)最大流量達(dá)13.67 L/s。排水洞涌水量進(jìn)一步印證了發(fā)電洞存在內(nèi)水外滲現(xiàn)象。

6 洞內(nèi)探查及封堵處理

由于引水發(fā)電洞內(nèi)水外滲現(xiàn)象經(jīng)過(guò)多次洞內(nèi)檢查處理均未得到緩解，2020年3月，項(xiàng)目業(yè)主引進(jìn)第三方再次對(duì)引水發(fā)電洞內(nèi)水外滲進(jìn)行探查處理。

6.1 洞內(nèi)探查

1）洞內(nèi)探查要求。由于引水發(fā)電洞通氣孔尺寸僅1 m×2 m，施工吊籃及檢查設(shè)備無(wú)法經(jīng)通氣孔進(jìn)入引水發(fā)電洞，且有近70 m高，僅靠爬梯上下，存在一定安全風(fēng)險(xiǎn)；為了保證進(jìn)洞探查方案順利實(shí)施，需從引水發(fā)電洞進(jìn)口EL324平臺(tái)豎井進(jìn)入發(fā)電洞洞內(nèi)，利用疊梁門擋水，疊梁門門頂高程為EL287.5，需降低庫(kù)水位，保證疊梁門達(dá)到擋水條件?？紤]本次檢修時(shí)間緊、任務(wù)重、臨近汛期庫(kù)水位變化較快等因素，建議本次檢修將上述兩個(gè)通道都利用起來(lái)，分層取水門下游閘門井作為設(shè)備及人員進(jìn)出主要通道，通氣孔可作為人員進(jìn)出備用通道。

2）探查方法：

①無(wú)人機(jī)探查。為初步探查大的滲漏點(diǎn)，由于引水發(fā)電洞凈高9.5 m，擬采用無(wú)人機(jī)攝像探查，在OHP9、OHP11及2#排水洞洞內(nèi)兩個(gè)觀測(cè)孔注水后采用無(wú)人機(jī)在發(fā)電洞洞內(nèi)對(duì)上平洞末端及斜洞段進(jìn)行攝像探查，若發(fā)現(xiàn)紅色或集中出水位置，即為滲漏通道，及時(shí)做好記錄。②鉆孔取芯及壓水試驗(yàn)。針對(duì)引水發(fā)電洞內(nèi)探查后發(fā)現(xiàn)的滲水部位、表面缺陷部位，及地質(zhì)雷達(dá)掃描后發(fā)現(xiàn)的壁后有空腔的部位，進(jìn)行鉆孔取芯檢查，孔徑為50 mm，孔深穿過(guò)混凝土，部分進(jìn)入壁后巖層，取芯后觀察芯樣是否密實(shí)完整,并進(jìn)行壓水試驗(yàn)，摸清透水情況。③表觀人工探查。為更清楚地對(duì)表觀進(jìn)行探查，先采用30 MPa高壓水槍對(duì)洞壁附著物進(jìn)行清洗，直至出露混凝土面。上平洞人工探查采用移動(dòng)式腳手架工作平臺(tái)進(jìn)行。上彎段及斜洞段人工探查采用浮排，從水位高程在EL258.25開始，先對(duì)EL258.25高程以上3.0 m部位探查后，再設(shè)置2.0 m為一個(gè)探查區(qū)段，通過(guò)電站廠房控制尾水放水速度，分區(qū)段探查，直至降低水位到EL252.25。④地質(zhì)雷達(dá)探查。在引水發(fā)電洞上平洞布置4條地質(zhì)雷達(dá)線進(jìn)行掃描檢測(cè)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況將4條地質(zhì)雷達(dá)線分別布置在左右拱腰、左右邊墻，在斜洞段根據(jù)施工冷縫情況，沿軸向及環(huán)向布置地質(zhì)雷達(dá)線。⑤注水連通試驗(yàn)。通過(guò)多次充放水時(shí)監(jiān)測(cè)情況表明，下游地下水位觀測(cè)孔與引水發(fā)電洞充放水高度相關(guān)，故本次擬采用連通試驗(yàn)的方法進(jìn)行，在引水發(fā)電洞放水完成后，在OHP9、OHP11及2#排水洞滲水處分別采用1臺(tái)SH高壓水泵持續(xù)注水（若注水量無(wú)法滿足要求需適時(shí)增加水泵），水中增加胭脂紅食用色素，人為抬高下游上覆山體地下水位，在發(fā)電洞放水期間造成外水內(nèi)滲現(xiàn)象。

6.2 主要探查成果

采用30 MPa高壓水槍對(duì)洞壁進(jìn)行沖洗后，進(jìn)行表觀檢測(cè)，通過(guò)初步表觀檢查，發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)（包括未完全封堵的原灌漿孔）12處；滲水環(huán)向施工縫13處（樁號(hào)0+76至樁號(hào)0+208），上平洞滲水裂縫24處，斜洞段施工冷縫20處，滲水結(jié)構(gòu)縫1處，混凝土蜂窩孔洞5處。

在引水發(fā)電洞上平洞末端及斜洞段（EL220以上）滲水裂縫、滲水結(jié)構(gòu)縫處鉆孔取芯，共完成49個(gè)孔，發(fā)現(xiàn)部分襯砌混凝土壁后鉆孔巖芯破碎或部分壁后存在空腔。

通過(guò)對(duì)地質(zhì)雷達(dá)數(shù)據(jù)采集、處理及分析發(fā)現(xiàn)：檢測(cè)段內(nèi)混凝土襯砌所在的巖層部分輕微破碎、破碎或嚴(yán)重破碎；檢測(cè)段內(nèi)發(fā)現(xiàn)有部位襯砌混凝土內(nèi)部疏松不密實(shí)。檢測(cè)段內(nèi)發(fā)現(xiàn)有部位混凝土襯砌與所處巖層脫空等現(xiàn)象。

6.3 洞內(nèi)封堵處理

針對(duì)探查發(fā)現(xiàn)的滲水（漏水）通道，提出如下處理措施及要求：

1）結(jié)構(gòu)縫漏水：

①采用柔性堵漏材料（如HW水溶性聚氨酯、堵水膠等）灌漿封堵漏水結(jié)構(gòu)縫，分別鉆斜孔至止水片內(nèi)側(cè)縫面和在止水片外側(cè)鉆騎縫孔灌漿；②止水片周邊襯砌混凝土澆筑不密實(shí)部位采用環(huán)氧類材料灌漿封堵；③漏水結(jié)構(gòu)縫灌漿封堵后，沿縫周黏貼20 cm寬的胎基布，表面涂刷30 cm寬、3 mm厚聚脲條帶封閉。

2）襯砌混凝土澆筑不密實(shí)（含施工縫）滲水：

①針對(duì)襯砌混凝土澆筑不密實(shí)部位，采取鉆孔并用環(huán)氧類材料（如低粘度、高滲透性環(huán)氧樹脂漿液等）灌漿封堵；②襯砌缺陷灌漿封堵后，表面涂刷2 mm厚聚脲封閉，具體范圍根據(jù)滲水點(diǎn)分布及灌漿范圍確定。

3）灌漿孔洞封堵不密實(shí)滲水。處理措施與“2）襯砌混凝土澆筑不密實(shí)（含施工縫）滲水”相同。

4）襯砌貫穿裂縫滲水：

①在貫穿裂縫（寬度大于0.2 mm）兩側(cè)鉆斜孔，采用環(huán)氧類材料灌漿封堵；②裂縫灌漿封堵后，沿表面涂刷10 cm寬、2 mm厚聚脲封閉。

5）混凝土蜂窩、孔洞修復(fù)。對(duì)洞內(nèi)混凝土蜂窩、孔洞修復(fù)處理，采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)需要修補(bǔ)的部位鑿成一定的深度，對(duì)已銹蝕的鋼筋除銹后，并重新植筋；基面周邊應(yīng)垂直表面切除。對(duì)較深的部位，應(yīng)采用分次分層回填處理的方法進(jìn)行施工，層與層之間采用界面劑涂刷后再回填環(huán)氧砂漿。

6）襯砌混凝土壁后處理。由于前期對(duì)混凝土明顯滲水部位施工縫灌漿處理過(guò)程中，為了保證灌漿效果，在對(duì)施工縫處理前，采用聚氨酯灌漿材料對(duì)滲水進(jìn)行封堵，發(fā)現(xiàn)部分位置吸漿量大，研究確定在灌入聚氨酯達(dá)到20 kg/孔后仍無(wú)壓力時(shí)，改灌水泥-水玻璃雙液漿進(jìn)行充填。

7 處理效果

本次洞內(nèi)封堵處理完成后，在2020年4月14日對(duì)發(fā)電洞進(jìn)行充水，充水前2#排水洞流量0.82 L/s，充水后流量1.51 L/s（包含地下水及降雨影響），增幅0.69 L/s；處理前最大流量達(dá)13.67 L/s，平均流量10.48 L/s，減小幅度達(dá)85.6%，減小明顯。

近2個(gè)月運(yùn)行期庫(kù)水位上漲至EL303 m時(shí)，在遇長(zhǎng)時(shí)間強(qiáng)降雨情況下，2#排水洞流量2.23 L/s；同比2019年庫(kù)水位EL303 m時(shí)，2#排水洞流量10.64 L/s，本次處理后減小幅度達(dá)79.0%，監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，處理后的效果達(dá)到了預(yù)期要求。