有壓隧洞襯砌碳纖維布加固實踐

涂 飛，秦 偉

(安慶市水利水電規(guī)劃設(shè)計院，安徽 安慶 246003)

0 工程概況

安徽省太湖縣吳俊水電站發(fā)電引水壓力隧洞總長7.76m，由進水口、上平洞、調(diào)壓井、斜洞、下平洞、岔管、支洞等組成，最大引水流量5.9m3/s。下平洞全長443.6m，洞徑2.0m，其中樁號7+337-7+643.25為鋼筋混凝土襯砌，7+643.25-7+722.45為鋼板襯砌段。

1 隧洞下平洞襯砌開裂、漏水現(xiàn)象

自2001年建成投入運行以來，發(fā)電引水隧洞滲漏問題不斷。2000年隧洞出口漏水，導(dǎo)致發(fā)電廠房后邊坡滑塌，滑坡體沖入廠房；后對出口處山體灌漿處理，原漏點不再滲漏，出水點抬高至山體半坡高程180m左右出現(xiàn)，導(dǎo)致隧洞左側(cè)臨近太北公路側(cè)的山體邊坡滑塌。2008年打開施工支洞，發(fā)現(xiàn)下平洞襯砌普遍存在開裂現(xiàn)象，當(dāng)年即對裂縫進行貼橡皮處理，但滲漏問題沒有得到有效解決；2014年底再次打開施工支洞，發(fā)現(xiàn)下平洞襯砌修復(fù)的橡皮部分又被拉裂或拉斷，存在滴水、漏水現(xiàn)象，見圖1和圖2。

圖1 洞線上方臨公路側(cè)山體邊坡滑塌 圖2 襯砌開裂修補后橡皮拉裂漏水

2 隧洞下平洞襯砌開裂原因分析

2.1 下平洞地質(zhì)條件和裂縫檢查

隧洞下平段洞線走向SE60°，基本沿廠房后山脊南側(cè)，沿線地面高程104m(廠房)-249m(調(diào)壓井)，下平洞圍巖為二云二長片麻巖，新鮮巖石呈肉紅色，花崗變晶結(jié)構(gòu)，似片麻狀構(gòu)造，層塊狀。

對下平洞段圍巖進行劃分，樁號7+153.25-7+563.25段為Ⅱ類圍巖，樁號7+563.25-7+607.25段為Ⅲ類圍巖，樁號7+607.25-7+643.25段為Ⅳ類圍巖。受F1斷層切割，樁號7+563.25-7+643.25段圍巖破碎。

隧洞出口處緊鄰太北公路的邊坡表層被全風(fēng)化巖體覆蓋，全風(fēng)化巖體厚度1-2m左右，主要為夾雜較多碎、塊石的砂壤土，結(jié)構(gòu)松散。由于隧洞下平洞襯砌出現(xiàn)拉裂縫，后貼橡皮又被拉裂，發(fā)電時洞內(nèi)水體自破裂處沿斷層破碎帶補給山體，隧洞出口處山體地下水常年偏高，致使全風(fēng)化層呈飽和狀態(tài)。根據(jù)現(xiàn)場勘察，該處山體邊坡NW40°/NE∠60°的裂隙順坡向傾向太北公路，全風(fēng)化松散體在130m左右高程沿裂隙面滑塌，并帶動一些強風(fēng)化巖體崩落。

根據(jù)2015年5月地質(zhì)單位進洞地質(zhì)測繪資料，樁號7+337-7+463.25環(huán)向裂縫密布，7+613.25-7+643.25為縱向、環(huán)向裂縫均有分布，7+463.25-7+513.25僅有縱向裂縫。較大裂縫均已做貼橡皮修復(fù)，其中7+613.25-7+643.25橡皮已拉斷，晴好天氣線狀滴水，暴雨時期裂縫涌水，呈瀑布狀；其余段橡皮未破損，但拱頂少量滴水或固定螺栓處掛水珠，橡皮鼓包，見圖3。

圖3 下平洞縱向布置及地質(zhì)測繪圖

2.2 下平洞襯砌內(nèi)力復(fù)核

下平洞底高程100m，洞頂山體高程210-140m，覆蓋層厚度110-40m；內(nèi)水壓力按發(fā)電+水錘工況，洞末端最大為1.84Mpa。

查《隧洞竣工圖》，鋼筋混凝土襯砌段洞徑2.0m，襯砌厚度0.35m，混凝土標(biāo)號C20，其中7+337-7+563.25實際配置單層橫向受力鋼筋φ16@200，7+563.25-7+643.25實際配置雙層橫向受力鋼筋φ22@167。

根據(jù)規(guī)范，襯砌混凝土限裂寬度0.2mm。經(jīng)復(fù)核，下平洞Ⅱ類圍巖段單層配筋強度滿足要求，但裂縫寬度偏大；斷層及影響帶實際配置雙層配筋強度、裂縫寬度均不滿足要求?？梢?，襯砌開裂主要原因是配筋偏少，結(jié)構(gòu)強度不滿足要求。當(dāng)然，若頂拱回填灌漿不密實，襯砌的受力和變形更加不利。

表1 鋼筋混凝土襯砌內(nèi)力復(fù)核表

3 隧洞下平洞襯砌加固方案

3.1 一般處理

下平洞襯砌混凝土外觀質(zhì)量較好，強度及厚度滿足原設(shè)計要求，但檢查發(fā)現(xiàn)回填灌漿質(zhì)量較差，除樁號7+503.25處以外，多數(shù)為不合格，尤其是頂拱處。為提高圍巖的承載能力，加強襯砌與圍巖的緊密結(jié)合，對下平洞樁號7+337-7+643.25段洞頂進行回填灌漿，洞周圍巖進行固結(jié)灌漿，總長306.25m。

隧洞灌漿工程施工結(jié)束后，對該段洞壁進行清理，拆除現(xiàn)狀裂縫修補橡皮，改用環(huán)氧樹脂灌漿+環(huán)氧砂漿修補。

3.2 結(jié)構(gòu)加固處理

對于7+563.85-7+643.25段襯砌結(jié)構(gòu)強度不足，考慮以下4種加固方案進行對比，見表2。經(jīng)比較，推薦采用碳纖維布加固方案。

表2 7+563.25-7+643.25段襯砌結(jié)構(gòu)加固方案表

碳纖維布加固范圍為下平洞樁號7+563.25-7+643.25，總長度80m。其中樁號7+607.25-7+643.25段36m為雙層布加固，其余段44m為單層布加固。

碳纖維布型號為Ⅰ-300，布厚0.167mm，要求抗拉強度≥3400MPa，彈性模量≥240GPa，伸長率≥1.7%。

4 碳纖維布加固

4.1 基層處理

放空洞內(nèi)積水，鑿除襯砌表面剝落、疏松蜂窩、腐蝕混凝土，清洗干凈；較大面積劣質(zhì)層清除后用環(huán)氧砂漿修復(fù)。對裂縫拆除黏貼的橡皮，改用環(huán)氧樹脂灌漿+環(huán)氧砂漿修補。待修復(fù)部位完全干燥，用角磨機打磨整個洞壁表面，再用清水洗凈、晾干[1]。

4.2 底層膠涂刷

按照供應(yīng)商提供的工藝規(guī)定配制底膠，用滾筒刷或毛刷將底膠均勻涂抹于洗凈、干燥的混凝土襯砌表面。底層膠固化后(指觸干燥，一般≥2h)，進行下道工序。

4.3 找平膠涂刷

對混凝土表面凹陷部位用找平材料填補平整，轉(zhuǎn)角處應(yīng)用找平材料修復(fù)為光滑的圓弧。找平膠固化后，進行下道工序。

4.4 碳纖維布黏貼

配制黏貼膠，用滾筒刷均勻涂抹于所要黏貼部位，在拐角和搭接處適當(dāng)多涂。

用光滑的滾筒順碳纖堆方向多次滾壓，擠除氣泡，使黏貼膠充分浸透碳纖維布，滾壓時不得損傷碳纖維布。雙層黏貼重復(fù)上述步驟，待纖維表面指觸干燥后立即黏貼上層碳纖維布[2]。

在最外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層黏貼膠。

碳纖維布材料與洞內(nèi)施工場景

5 結(jié) 語

吳俊水庫發(fā)電引水隧洞下平洞加固工程于2015年11月開工，2016年3月完工，工期為130天。自2016年加固后至今，下平洞運行正常，出口山坡未發(fā)現(xiàn)漏水點和滑塌現(xiàn)象?？傊?，本工程采用碳纖維布做為主要措施加固隧洞襯砌，效果令人滿意。