萬家寨引黃工程南干線7#隧洞存在的缺陷和處理措施

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簡介： 文中對萬家寨引黃工程南干線7#輸水隧洞在缺陷處理前存在的滲漏、洞段不均勻沉陷等進行了簡單的介紹，對缺陷處理所采用的管片縱縫接縫灌漿、豆礫石回填及固結(jié)灌漿、安裝錨桿等處理措施進行了詳細的介紹。詳細敘述了富水段和高外水段、F65和F74斷層及影響加固2處缺陷處理比較成功的案例。在經(jīng)過缺陷施工處理后，經(jīng)過2次試通水表明，處理效果顯著，達到了預期的目標。
關(guān)鍵字：水工隧洞 隧洞缺陷處理 TBM施工隧洞

　　Abstract: The article directed some questions about the leakage、 the hole section unequal settlement and so on in the south of the Yellow-river project to Wanjiazhai the skeleton line 7# water-carrying tunnel．Used the part of the work under jurisdiction longitudinal seal joint grouting、 the pea gravel backfill to flaw processing and solidifies processing measure and so on the grouting、installment anchor rod，it had carried on the detailed introduction. It detail narrated the successful case of the flaw about the many water holes section and the high head holes section and thecommunications water flaw of the fault and the influence reinforces about the F65 and the F74 holes section. After process flawconstruction processing, passes through two times of test to indicate that the processing effect was remarkable and it had achieved the anticipated goal.

　　Key Words：Hydraulic tunnelThe tunnel flaw processes The TBM construction tunnel

　　工程概況

　　山西省萬家寨引黃工程南干線7#隧洞位于山西省神池縣小狗兒澗和寧武縣頭馬營之間，全長達42.5km，為我國目前建成最長的水工隧洞。該隧洞為無壓輸水洞，設(shè)計流量25.8m3/s，圓形斷面內(nèi)徑4.2m，縱坡1/1250，采用全斷面、雙護盾TBM掘進機施工。洞段為預制混凝土管片襯砌，管片為長六邊形的弧形片，每環(huán)4片。襯砌厚度0.25m，每環(huán)1.4m寬。管片混凝土等級為C30。管片與圍巖之間用豆礫石回填后進行水泥灌漿。

　　1、工程存在的缺陷

　　如此之長的隧洞，在施工中不可避免遇到不良的地質(zhì)條件，加之設(shè)計、施工中存在的不足，如TBM施工采用的是掘進與襯砌同時進行，快速成洞技術(shù)，只對洞周進行了回填灌漿，對斷層、膨脹巖、高外水等不良地質(zhì)洞段則未進行處理，造成7#隧洞貫通后存在許多缺陷，現(xiàn)就其存在的主要缺陷進行說明：

　　1）滲漏。滲漏做為水工隧洞常見的病害之一，在7#隧洞表現(xiàn)很為突出。隧洞施工樁號為60+269~101+249，從樁號約69km下游洞段全部處于地下水位以下，地下水活動相當活躍。其滲漏表現(xiàn)形式為：“掛冰”（鈣質(zhì)物析出）、線狀流水、滴水、滲水、潮濕和局部涌水。以樁號71+463~73+966富水段為例，據(jù)施工前的統(tǒng)計數(shù)據(jù)：涌水點9處，洞段長28.3m；線狀流水28處，洞段長944m；涌水量大于0.1L/s，共計有112處，最大涌水量達到0.9m3/min。

　　2）洞段沉陷、管片錯臺。7#隧洞在TBM施工中揭露了10個斷層帶，兩個溶洞，Ⅴ類、Ⅵ類圍巖比較普遍，局部還有煤系地層和膨脹巖地層。地質(zhì)條件很差以及隧洞掘進時控制不當造成隧洞存在多處沉陷，有的甚至影響到隧洞的過水，如其中最大沉陷段如洞南樁號97+159.464~97+270.388段，其坡比為1/182.6，-1/193.6，與設(shè)計坡比1/1250相差過大。再者是管片錯臺情況比較普遍。如摩天嶺斷層帶有16.8m長的管片明顯凸起，此洞段洞徑最小為4.016m，錯臺高度達到10cm左右。

　　3）管片片體、接縫破損。在施工中發(fā)現(xiàn)不少接縫勾縫砂漿破損，多處甚至沒有勾縫砂漿。主要是隧洞的變形錯臺所致，另外與接縫止水失效也不無關(guān)系。

　　另外管片原有的機械安裝孔在豆礫石層回填灌漿后，不少孔封堵不嚴，也是造成滲漏的原因之一。

　　基于上述缺陷所帶來的影響，為確保工程穩(wěn)定安全運行，對存在缺陷的洞段進行針對性的處理是非常必要的。2002年山西省萬家寨引黃工程總公司公開對7#洞缺陷處理工程進行了招標，由水利電力部天津勘測設(shè)計研究院進行設(shè)計，山西水工局、水電七局、水電十一局等多家承包商進行施工。

　　2、缺陷處理施工

　　7#隧洞缺陷處理主要是通過灌漿處理和錨桿安裝加固等措施，提高洞周圍巖彈模、增強圍巖抗力和自穩(wěn)性能，并形成一定厚度的帷幕圈，達到防滲止漏、洞室穩(wěn)定的目的。

　　2.1處理措施

　　2.1.1管片縱縫接縫灌漿

　　對存在滲漏、破損的接縫采用砂漿進行修補或重新勾縫，砂漿標號不低于管片混凝土標號，然后進行鉆孔灌漿修補砂漿。施工工藝為：

　　a.鉆孔：在縱縫與環(huán)縫接頭處用小口徑鉆具鉆設(shè)兩孔，一個安裝進漿咀，一個安裝出漿咀。孔深為15-16cm，孔徑φ8~18mm。

　　b.洗縫：將水管接到灌漿孔上，沖洗到回清水為止。

　　c.灌漿：灌漿水泥采用525#微膨脹水泥，漿液水灰比0.5：1，灌漿壓力0.1~0.5Mpa。達到設(shè)計壓力不吃漿繼續(xù)灌注5min后即可結(jié)束。

　　d.封孔：灌漿結(jié)束后，用濃漿待凝封孔，使用修補砂漿抹平孔口。

　　e.質(zhì)量檢查：灌漿結(jié)束7d后，采用鉆孔取芯檢查，每100m縫取10孔，漿液結(jié)石在縫內(nèi)充填飽滿即為合格。

　　2.1.2豆礫石回填灌漿和固結(jié)灌漿

　　這次本次缺陷處理施工中最主要的處理措施。對存在滲漏和不良地質(zhì)段，利用管片原灌漿過程全部使用灌漿自動記錄儀監(jiān)測和記錄，以保證灌漿]質(zhì)量和效果。灌漿后的封孔應采用機械封孔與人工封孔相結(jié)合的辦法，封堵密實。

　　2.1.3安裝錨桿

　　對于不良地質(zhì)洞段，安裝錨桿進行加固，以增加洞室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。錨桿安裝采用砂漿固定或錨固劑錨固。待砂漿或錨固劑達到一定強度后，安裝鋼墊片和螺帽。錨桿外露部分及墊片、螺帽的總高度不大于3cm。使用修補砂漿將其外露部分包裹進行保護，砂漿與管片平順連接形成蘑菇頭形狀（見圖2），并涂刷柔性防水層，涂刷厚度≥1.0mm，范圍：以錨桿孔為中心，φ24cm的圓形。

　　2.1.4排水

　　對高外水洞段，采取鉆設(shè)排水孔、安裝排水管的方法引排涌水，降低外水壓力。

　　對于嚴重影響過水的縱坡超差段，則拆除原管片，改為現(xiàn)澆C30混凝土襯砌。

　　除上述措施外，還有鋼板襯砌、涂刷防滲涂層等。

　　2.2缺陷處理施工實例

　　以上列舉了本次缺陷處理工程中主要采用的措施，在實際的施工中，針對不同的地質(zhì)條件、缺陷特征，必須采取綜合采取上述措施，才能達到良好的處理效果。以下介紹2處具有代表性的洞段的缺陷處理方案。

　　2.2.1富水段和高外水段的處理

　　富水段和高外水段圍巖主要為砂頁巖地層，節(jié)理裂隙比較發(fā)育，且處于區(qū)域地下水之下，地下水量非常充沛，在缺陷處理施工過程中，其局部涌水量能滿足該段正常灌漿施工的需要。

　　富水段和高外水段的處理遵循“上截下排，以堵為主，以排為輔”的原則，對Ⅴ類圍巖洞段均做回填灌漿和固結(jié)灌漿處理（之前進行縱縫接縫灌漿），Ⅲ、Ⅳ圍巖所有漏水點進行回填灌漿和固結(jié)灌漿。在高外水段頂部管片鉆設(shè)排水孔，安裝排水管引排涌水。

　　通過上述措施處理，富水段和高外水段防滲效果顯著。表3是該段試驗段處理前后壓水試驗成果對比，可以看出：灌漿前試驗孔透水率平均為3.6Lu，灌漿后檢查孔透水率平均為0.65Lu，遠遠低于設(shè)計規(guī)定值。

　　表3試驗段灌漿處理前后透水率對照表

　　灌漿后經(jīng)多次檢查：該洞段大部分比較干燥，所有灌漿孔和接縫無明顯滲水和漏水情況。說明灌漿處理防滲堵漏效果明顯，達到預期效果。

　　2.2.2F65、F74斷層及影響帶加固

　　F65（摩天嶺斷層）、F74斷層位于7#隧洞進口附近，斷層及影響加固帶圍巖節(jié)理發(fā)育，巖體呈層狀碎裂結(jié)構(gòu)，基本都為V類，且斷層與隧洞多呈銳角相交，圍巖極不穩(wěn)定，極宜發(fā)生破壞，尤其是F65斷層帶在TBM施工過程中就曾出現(xiàn)過較大的塌方，該段管片變形也很大。雖然在國際標施工中對此進行過處理，但處理很不完善。

　　本次的缺陷處理，除進行破損管片、錯臺處理和接縫灌漿的處理外，主要對洞段圍巖進行水泥灌漿處理（對塌方形成的空腔增加砂漿回填處理）和錨桿加固。其中固結(jié)灌漿鉆孔深入基巖6m，錨桿長度等同洞徑4.2m。

　　F65斷層除進行了以上措施的處理外，對圍巖極不穩(wěn)定的斷層帶還需采用槽鋼、鋼板襯砌進行進一步的加固。具體方案是：對樁號61+889~61+940.8范圍內(nèi)的管片縱環(huán)向用10號槽鋼加固，槽鋼與管片用螺栓固定。襯砌鋼板縱寬1.85m，沿槽鋼環(huán)向用鋼板（連接板）焊接，焊接點不小于50%環(huán)向長度。所有鋼材都進行了防腐處理。鋼襯與管片之間形成的空腔進行砂漿回填（砂漿標號M20）。在回填的砂漿變硬后，再進行鋼襯后回填灌漿和接觸灌漿，以減少鋼襯后脫空區(qū)，確保鋼襯后回填砂漿層密實，使管片襯砌、回填砂漿、鋼襯緊密結(jié)合，保證結(jié)構(gòu)的整體性。

　　通過壓水試驗、鉆孔取芯檢查固結(jié)灌漿、砂漿回填處理達到設(shè)計要求，錨桿拉拔試驗表明錨桿拉拔力大于設(shè)計要求的60KN。通過超聲波檢驗探傷，鋼襯焊縫質(zhì)量符合GB11345-89標準BⅠ、BⅡ級焊縫要求。

　　3、結(jié)束語

　　現(xiàn)7#隧洞缺陷處理工程已基本完工，處理洞段25.235Km，經(jīng)施工檢查驗收，缺陷處理施工達到設(shè)計要求，工程質(zhì)量合格。2004年4月和9月進行了2次通水試驗，試驗解雇表明，處理效果顯著，達到預期目標。

　　7#隧洞缺陷處理工程的順利完成，改善了隧洞的運行條件，確保了7#隧洞的正常使用，進一步保證了整個引黃工程經(jīng)濟、社會效益的發(fā)揮。同時也以實踐證明了7#隧洞所采取的缺陷處理措施是合理有效的，對今后水工隧洞及其它類似工程的缺陷處理提供了寶貴經(jīng)驗。

　　參考文獻：

　　[1]中華人民共和國行業(yè)標準SL62-94，水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范（水工隧洞灌漿部分）. 水利部，1991。

　　[2]王國秉 . 水工隧洞的滲漏和綜合治理，山西水利科技，2004（4）