羅坑水庫輸水隧洞除險加固工程施工技術(shù)

李艷艷

(韶關(guān)市曲江區(qū)羅坑水庫管理處,廣東 韶關(guān) 512100)

0 引言

輸水隧洞布置在溢洪道左側(cè),主要由輸水主洞、發(fā)電支洞、進水塔和出水閘室構(gòu)成,擔負著灌溉、發(fā)電的輸水任務。主洞長225.0 m,進口底高程264.50 m,隧洞進口段為一喇叭形漸變段,設(shè)一道攔污柵,進口段設(shè)平板鋼閘門一道,啟閉機為電動卷揚機,進口閘門槽后為方圓漸變段由4.0 m×4.0 m 方涵漸變至內(nèi)徑3.4 m 圓涵;出口底高程為250.47 m。隧洞內(nèi)徑3.4 m,隧洞末端設(shè)弧形控制閘門一道。發(fā)電支洞進口底高程為250.60 m,長度150 m,內(nèi)徑2.0 m?，F(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)輸水隧洞啟閉閥門,生銹老化,出水管口生銹老化,下部閘門為混凝土板,出現(xiàn)裂縫、侵蝕嚴重等問題,急需進行應急除險加固。

1 輸水隧洞工程地質(zhì)條件及評價

壓力輸水隧洞位于大壩的左岸,洞軸線與大壩軸線成49°角,長225.0 m,內(nèi)徑3.4 m,輸水隧洞均位于燕山一期中粗粒斑狀花崗巖體上,隧洞穿越的主要構(gòu)造都為陡傾角壓扭性破碎斷層,與洞軸線交角為70°～80°,受斷層影響巖石較風化破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育。進水塔和塔橋基礎(chǔ)均位于強風化花崗巖體上,進口段20 m 為強風化花崗巖,在龍?zhí)ь^上端由弱風化過渡為微風化,隧洞后部在發(fā)電支洞位置,由微風化性過渡為弱風化至出口,總的來講圍巖工程地質(zhì)條件較好[1]。

2 導流輸水隧洞滲漏原因及除險加固建議分析

2.1 輸水涵洞結(jié)構(gòu)狀況

輸水隧洞于1975年冬動工開挖,1976年冬竣工,呈南北走向,位于大壩左岸,由鋼筋混凝土澆筑成型。洞軸線與壩軸線成49°角,主洞長225.0 m,隧洞進口段為喇叭形漸變段,洞口尺寸為4.0 m×4.0 m,進口閘門為平板鋼閘門,隧洞進口尺寸由4.0 m×4.0 m矩形漸變?yōu)閮?nèi)徑3.4 m 圓形,出口閘門為弧形鋼閘門。發(fā)電支洞長150 m,內(nèi)徑2.0 m。

2.2 輸水涵洞滲流問題

隧洞整體均位于燕山一期中粗粒斑狀花崗巖體上,隧洞穿越的主要構(gòu)造都為陡傾角壓扭性破碎斷層,與洞軸線交角為70°～80°,受斷層影響巖石較風化破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育。進水塔和塔橋基礎(chǔ)均位于強風化花崗巖體上,進口段20 m為強風化花崗巖,在龍?zhí)ь^上端由弱風化過渡為微風化,隧洞后部在發(fā)電支洞位置,由微風化性過渡為弱風化至出口,總的來講圍巖工程地質(zhì)條件較好[2]。1984年4月隧洞放水試驗時,隧洞出現(xiàn)嚴重漏水,縣水利局立即委托施工單位對其進行全面水泥灌漿處理,經(jīng)此次灌漿,隧洞漏水問題得到基本解決。1992年隧洞后閘豎井側(cè)出現(xiàn)了較大的潤濕并漏水,當隧洞沒水時,漏水現(xiàn)象消失。2003年大壩安全鑒定進洞檢查時發(fā)現(xiàn)輸水隧洞洞身多處鋼筋出露,蜂窩嚴重,靠近豎井的洞身有多處孔隙且伴有滲水。2010年安全加固工程對隧洞進行鋼筋混凝土襯砌并對洞身進行回填灌漿、對隧洞圍巖進行固結(jié)灌漿處理,但處理效果不明顯,滲漏問題至今仍然存在。

2.3 滲流原因及處理建議

本次除險加固,現(xiàn)場進入隧洞檢查發(fā)現(xiàn),混凝土隧洞結(jié)構(gòu)基本完整,洞內(nèi)無土粒沉積,距離輸水隧洞出水口側(cè)斜坡段起點25 m 位置,隧洞頂部出現(xiàn)滲漏,有水柱噴出,其余部位個別位置存在輕微的腐蝕、破損、輕微露筋,一處分縫部位隧洞底部止水橡膠外露。隧洞內(nèi)壁布滿貝殼,底部沉積貝殼,最高處約20cm。原因分析是由于隧洞施工時在混凝土澆筑的過程中沒有對上部地下水處理,在地下水集中的地方將未凝固的水泥漿帶走,以致洞身多處澆筑砼成蜂窩而滲漏,2010年安全加固時處理不徹底,導致滲漏問題未得到解決。羅坑水庫輸水隧洞滲流性態(tài)基本安全,為防止漏水現(xiàn)象繼續(xù)惡化,危及隧洞安全,建議對隧洞進行灌漿修復處理、清除洞壁貝殼生物和更換相關(guān)止水設(shè)施[3]。

3 輸水隧洞應急除險加固施工要點

輸水隧洞出口段頂部固結(jié)灌漿,局部破損處采用化學漿液砂漿修補;輸水隧洞渠道進行修復處理;輸水隧洞放水塔處增加步級以便觀察水尺。施工項目主要為輸水隧洞出口段50 m進行固結(jié)灌漿[5]。

3.1 施工交通組織

羅坑水庫位于北江一級支流樟市河上游約23 km,壩址距曲江區(qū)約38 km,距羅坑鎮(zhèn)約9 km,交通總體較為方便。根據(jù)現(xiàn)有交通條件,擬定以公路為對外交通方案,水庫大壩至羅坑鎮(zhèn)、曲江區(qū)均有水泥路面連接,水庫對外交通較便利。對于場內(nèi)施工,臨時交通現(xiàn)狀有道路的,盡量利用原有道路。根據(jù)水庫各施工建筑物分布于不同高程和部位, 需新建約0.3 km 臨時施工道路,路面設(shè)計為泥結(jié)石路面,寬3 m。

3.2 施工技術(shù)參數(shù)核算

為確保輸水涵洞應急除銹劑加固工程計劃采取的頂部固結(jié)灌漿,局部破損處采用化學漿液砂漿修補等措施能夠滿足加固需求,施工前工程單位需要組織人員對輸水涵洞的技術(shù)參數(shù)進行核對,確認既有配筋能夠滿足實際需求,避免后續(xù)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)斷裂、滲漏等異常情況。

3.2.1 斷面參數(shù)

根據(jù)羅坑水庫地質(zhì)報告和圖紙等資料,可以將隧洞分類如下表,隧洞結(jié)構(gòu)計算按表中斷面分別進行。

表1 輸水隧洞斷面參數(shù)匯總表

表2 荷載組合表

3.2.2 工況及荷載組合

根據(jù)《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL 279-2016),作用在襯砌上的荷載分為永久荷載、可變荷載和偶然荷載。不同的荷載組合見表2,其中基本荷載組合最不利工況為③設(shè)計水位(管內(nèi)滿水),特殊荷載組合最不利工況為⑤校核水位(管內(nèi)滿水),本次施工技術(shù)參數(shù)核對需對此2種最不利工況進行結(jié)構(gòu)計算[4]。

3.2.3 計算參數(shù)

設(shè)計洪水位287.31 m,校核洪水位289.00 m,襯砌彈性模量25 500 MPa,混凝土保護層厚度40 mm,承載力安全系數(shù)K取值見表3。

表3 混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力安全系數(shù)K

根據(jù)規(guī)范,偏壓計算時e0/h0≤0.55的偏心受壓構(gòu)件在正常使用階段裂縫寬度很小,可不必驗算裂縫寬度。結(jié)果表明,當前斷面配筋符合現(xiàn)場輸水涵洞運行需求,無需在施工階段進行額外配筋加固處理。根據(jù)以上施工技術(shù)參數(shù)計算,應用于加固工程施工中,具體輸水隧洞加固施工如下。

3.3 固結(jié)灌漿施工

3.3.1 灌漿孔定位鉆孔

固結(jié)灌漿施工主要涉及定位灌漿孔位、鉆孔、洗孔、壓水試驗、灌漿封孔等工序流程。在本工程定位過程中,施工人員通常需要在隧洞頂拱中心角90°～120°區(qū)域內(nèi)布置灌漿孔,安裝梅花形將灌漿孔分為兩序并分序加密,按先一序孔后二序孔,先低端孔后高端孔順序依次灌漿。鉆孔期間,施工人員需要嚴格控制鉆機角度,避免開孔位置與設(shè)計不符,同時做好鉆孔深度、襯砌混凝土厚度等相關(guān)數(shù)據(jù);針對鋼筋阻擋等異常情況,則需要在10 cm范圍內(nèi)通過移動進行規(guī)避,避免對鋼筋造成損傷;鉆孔人員需要對鉆進速度、壓力等參數(shù)進行控制,結(jié)合參數(shù)變化情況、斷層地質(zhì)結(jié)構(gòu)分布情況進行參數(shù)控制。

3.3.2 灌漿孔清洗及灌漿檢測

鉆孔完畢后,施工人員可通過壓力水對裂隙及孔壁部位進行清晰,水壓參數(shù)需要結(jié)合灌漿壓力進行調(diào)整,前者通常需要達到后者最大值的80%,沖洗終止時間需要在回水澄清的基礎(chǔ)上繼續(xù)沖洗10 min,沖洗期間應避免出現(xiàn)異物落入孔內(nèi)堵塞等異常情況。灌漿施工需要借助灌漿泵開展,施工人員需要對灌漿壓力參數(shù)合理控制,避免壓力超限造成儀器損壞等問題;為確保灌注施工質(zhì)量,工作人員需要合理應用漿液攪拌機,確保漿液連續(xù)、均勻提供;對于灌漿孔口、進漿管路、灌漿泵等部位需要配置壓力檢測儀表,同時做好儀表與管路間的隔漿控制,避免造成儀表損傷影響讀數(shù)準確性,還需要定期對儀表精度進行檢測,避免影響施工質(zhì)量。

3.3.3 漿液制備

在漿液制備階段,施工人員需要結(jié)合施工方案、設(shè)計規(guī)范要求合理選用水泥、外加劑、摻合料等材料,通過配合比測試、試驗段試驗等方式,經(jīng)檢測材料及配比合格后方可用于后續(xù)施工,配置漿液期間也需要對各材料的用量進行精準測量,避免存在5%以上的用量誤差。施工人員需要嚴格控制漿液攪拌的均勻性,定時對漿液密度相關(guān)參數(shù)進行測量記錄,當應用高速攪拌機對水泥漿液進行拌制時,需要避免時間過短,應維持在30 s以上,同時也需要避免時間超出4 h;為提升細水泥漿液的穩(wěn)定性,施工人員需要適當應用減水劑,并結(jié)合試驗數(shù)據(jù)合理控制攪拌時間,最終攪拌制作時間需要控制在2 h范圍內(nèi)。

3.3.4 灌漿方法

3.3.5 異常情況處置

在本項工程中,工程單位針對固結(jié)灌漿期間出現(xiàn)的漏漿、冒漿等異常情況,需要結(jié)合現(xiàn)場實際情況進行問題處理,常用的解決方法主要為間歇灌漿、漿液濃度提升、降低灌漿壓力、封堵表面、嵌縫等。對于竄漿問題,現(xiàn)場人員可以通過并聯(lián)灌漿的方式同時對相互竄漿的孔進行灌漿處理,必要時先將竄漿的孔位封堵,待相應施工完成后對該孔進行處理。針對施工現(xiàn)場出現(xiàn)的回漿變濃問題,施工人員需要灌注新漿液,漿液的水灰比需要保持相同,當回漿變濃無法解決時則需要在持續(xù)灌漿3 0min后終止灌漿;灌漿的連續(xù)性對施工質(zhì)量具有較大影響,在現(xiàn)場施工階段如有異常中斷問題,則需要對中斷時間進行嚴格控制,避免灌漿間隔時長過大;當間隔時長超出30 min時,施工人員需要進行洗孔或掃孔處理;中斷后重新灌漿時,則需要結(jié)合耗漿量等參數(shù)選用水灰比等不同類型的漿液灌漿。

4 結(jié)語

綜上所述,本工程完成后,輸水隧洞應急除險加工工程解決了羅坑水庫周邊的灌溉、用電及防洪問題,對改善該地區(qū)生產(chǎn)生活環(huán)境、促進社會經(jīng)濟穩(wěn)定均衡發(fā)展具有積極意義。在未考慮社會效益的情況下,計算所得的經(jīng)濟內(nèi)部回收率大于國家對水利項目回收率8%的要求,說明該項目從經(jīng)濟上來說是可行的,具有良好的經(jīng)濟效果,建議抓緊實施。