隧洞裂缝论文（精选6篇）
隧洞裂缝论文 篇1
摘要：某隧洞管片裂缝处理, 做好裂缝长度、宽度详查, 针对不同裂缝宽度, 确定是进行化学灌浆或是表面涂刷封闭处理。作者介绍了二者的施工流程及施工工艺特点, 并总结了施工技术难点及控制方法, 为此类工程的顺利施工提供了依据。
关键词：裂缝普查,缝宽,化学灌浆,灌浆材料,表面涂刷
一、工程概况
某隧洞施工采用TBM法与钻爆法相结合施工方案, 掘进机施工段采用六边形预制钢筋混凝土管片衬砌, 管片宽1.6m、厚28cm, 拼装后四片组成一环, 管片内周边设两道止水, 作为拼装后管片之间纵缝和环缝的止水设施。管片裂缝修补处理范围为左、右、顶三管片及管片间渗水的纵环缝和安装孔。砼管片属薄壁结构, 隧洞通水运行管片裂缝出现渗漏产生诸多破坏因素, 不仅会导致水量损失, 恶化洞周围岩, 还会引发钢筋的锈蚀, 混凝土保护层脱落、温度变化胀裂等。部分洞段地下水对混凝土管片有不同程度硫酸盐型腐蚀性, 管片裂缝加速了混凝土结构老化、使用寿命缩短等危害。为恢复结构整体性, 保证管片混凝土强度、耐久性和抗渗性, 进行裂缝修补处理。根据裂缝普查结果, 三管片上的裂缝大多为压缝、横向分布, 宽度一般为0.02mm~0.5mm, 局部宽达0.6mm~2.2mm;裂缝长度一般为0.5m~1.6m, 多数裂缝贯通1.6m板宽, 少数裂缝只从一侧往板中心位置发展、缝长达2.0m。
二、主要施工项目
宽度≥0.15mm的裂缝和渗水裂缝, 采用先进行化学灌浆, 再涂刷接近弹性的涂层进行表面封闭处理;宽度<0.15mm的无渗水裂缝, 采用表面涂料涂刷进行封闭处理。管片间渗水纵环缝及安装孔处理均先进行化学灌浆处理, 纵环缝沿缝钻孔灌浆、安装孔沿孔周对称钻四孔灌浆;对于前者, 沿接缝外边缘向两侧涂刷宽度不小于10cm (不含缝宽) 的接近弹性涂层进行表面封闭处理;后者以管片安装孔为中心涂刷接近弹性涂层进行表面封闭处理, 涂刷直径20cm的圆形区域。
三、施工方案
㈠施工程序
施工总体程序为先进行裂缝普查, 后化学灌浆, 最后进行表面涂刷, 各检查试验穿插进行;以管片裂缝处理 (化学灌浆或表面涂刷) 为主, 渗水纵环缝及安装孔处理随之行进。
㈡主要施工工艺
宽度≥0.15mm的裂缝和渗水裂缝处理及主要工艺流程:裂缝清理→钻孔、下灌浆嘴、封缝→畅通、密封性压水检查→化学灌浆→检查孔压水、取芯检查→表面溢浆清理→表面涂刷。
1.裂缝清理。用钢丝刷或磨光机清除缝面浮泥、泥垢及部分管片裂缝上残留的硬化水泥浆。
2.钻孔、下灌浆嘴、封缝。为减少施工平台来回移动, 连续进行钻孔、下灌浆嘴、封缝作业。为保证管片衬砌完整性, 在缝隙串通情况下, 孔距不宜过密, 沿裂缝两侧每隔20cm~30cm梅花状布孔, 在裂缝交叉处、较宽处、端部及裂缝贯穿处都布置钻孔。钻孔孔径10mm, 斜穿缝面不少于5cm, 孔深约三分之一管片厚, 即9cm左右, 吹干净孔内粉尘后即可下灌浆嘴, 然后用环氧胶泥封孔、封缝。
3.畅通、密封性压水检查。封缝后隔一定时间压水, 以便观察封缝后的效果, 如有旁渗的需返工, 直至整个封面不渗水为止。采用单孔压水、逐孔检查, 并记录各孔漏水率及串通情况, 压水压力0.2MPa, 直至回清水。
注浆前进行压水检查, 试压有四个目的:一是通过压水疏通裂缝, 清理缝内杂物;二是检查裂缝贯穿情况;三是检查封闭层有无被压浆冲破的薄弱点;四是判断注浆流量、大概饱和时间。试压压力0.2MPa, 试压过程中做好详细记录, 供灌浆时分析判断, 用来比较耗浆量是否规律变化。
4.化学灌浆。经试压检查无异常后, 用高压风将缝面及孔内积水吹出, 即可进行注浆。根据隧洞施工条件及各项技术指标要求, 灌浆材料应具备特点为黏度小、可灌性好、材料与混凝土粘接性好、抗渗性好、材料固化后其抗压、抗拉性能比管片混凝土性能高、材料固化后收缩性小、施工工艺简便好控制、无毒。裂缝处理灌浆选用水溶性聚氨酯化学灌浆材料, 该材料固结体具有遇水膨胀特性, 具有较好的弹性止水、吸水后膨胀止水双重止水功能, 适用于变形缝的漏水处理, 其次该材料可灌性好、强度高、无毒性。当聚氨酯被灌入含水混凝土裂缝中时, 迅速与水反应形成不溶于水和不透水的凝胶体及二氧化碳气体, 这样边凝固边膨胀, 体积膨胀几倍, 形成二次渗透扩散现象 (灌浆压力形成一次渗透扩散) , 从而达到堵水止漏、补强加固作用。
采用专用灌浆泵进行纯压式注浆, 灌浆顺序由下至上、一端至另一端进行, 灌浆孔上部预留出气孔供浆液流出。注浆压力0.5MPa, 稳定压力下灌注10min左右至浆液流出, 即完成此孔灌浆, 将下部灌浆孔封闭, 以此出浆孔作为灌浆孔继续注浆, 依次直至顶部出气口出浆, 说明裂缝灌满浆液。整个灌浆过程中, 人工用喷壶在灌浆缝面喷水湿润, 加速溢出浆液凝固, 避免浆液溢出过多流挂在管片上。
5.检查孔压水、取芯检查。化学灌浆效果检查采用压水试验检查法和钻孔取芯检查法。压水试验检查法:当灌浆材料固化强度达到设计要求后钻检查孔进行压水试验。裂缝灌浆结束7d后, 取5%工程量的裂缝条数进行压水试验。在需要检查的裂缝上布设检查孔, 孔数根据裂缝长度L确定, L<0.8m布1孔, 0.8m≤L<1.0m布2孔, L≥1.0 m布3孔, 采用电锤造孔与缝面相交, 用水将孔内粉尘冲洗干净后埋设低压灌浆嘴, 进行压水检查。孔口压力为0.3MPa, 检查孔单孔吸水量小于0.01L/min或裂缝不漏水为合格, 不合格者必须补灌。钻孔取芯检查法:选部分重要裂缝用小口径 (32mm) 工程钻骑缝取样, 观察浆液结石在缝面充盈情况, 检查数量为化学灌浆的1%~5%裂缝条数, 取出芯样应缝内浆液饱满、充填密实。否者不合格, 必须补灌。
6.表面溢浆清理。压水试验、取芯检查合格后, 将混凝土表面溢出浆液、预埋灌浆嘴清理干净。
7.表面涂刷。化学灌浆结束后进行表面防水涂料涂刷处理。
㈢宽度<0.15mm的无渗水裂缝处理及主要工艺流程
裂缝清理、打磨、贴纸框→涂刷界面剂→刮涂防水涂料→粘贴台基布→表面再涂刷一层防水涂料→黏结强度检测。
1.表面清理、打磨、贴纸框。用毛刷、钢丝刷或磨光机清刷基面浮灰、岩粉、浮渣等杂物, 用高压水清洗, 并保持裂缝内部和被涂表面干、净。以单条裂缝为准, 沿裂缝左右及外延各打磨150mm;管片裂缝密集时连在一起打磨处理, 沿打磨周围贴宽度10cm纸框来界定涂刷范围, 贴纸外形应规则。
2.涂刷界面剂。待裂缝内部和被涂表面干、净后, 涂刷界面剂 (本工程采用HYT150环氧界面剂) , 以适应洞内的潮湿或干燥混凝土面, 确保涂层的粘接强度, 界面剂涂刷要求薄而均匀。
3.刮涂防水涂料。材料要求耐水性要好﹑黏结强度高﹑有较强的抗拉强度, 收缩性小, 有一定的变形能力。表面涂刷采用HYT908单组分聚脲防水涂料, 涂刷厚度1mm左右。
4.粘贴台基布。表面涂层增加台基布, 以增强抗拉强度, 根据打磨宽度确定台基布宽度, 单条缝沿缝粘贴宽度30cm左右的台基布。
5.表面再涂刷一层防水涂料。再涂、刮刷一道HYT908单组分聚脲防水涂料, 厚度1mm左右, 涂刮后表面应均匀, 避免管片上流挂涂液。
6.黏结强度检测。在隧洞内同等环境条件下, 随着施工的进行, 每涂200m2另选取1.0m2左右作为检测区进行刮涂, 15d后强度达到要求最终强度的70%以上后可进行黏结强度检测。试验方法是在1.0m2的检测区域内, 选取3.0个位置进行黏结强度检测, 每处用专用刀 (美工刀) 切透涂层至砼面, 切缝形状为直径50.0mm圆形或正方形。将标准钢块 (40×40mm) 用高性能结构AB胶粘贴在测试位置, 24h后采用黏结强度测试仪进行检测。黏结强度≥2.3MPa为合格, 不合格重新将200.0m2喷涂合格为止。
㈣管片间渗水的纵环缝及安装孔处理
处理方法与化学灌浆和表面涂刷主要工艺流程及主要施工工艺相同。
四、施工技术难点及控制方法
㈠施工组织设计是做好施工的前提
开工前做适宜的施工组织设计, 安排施工程序, 制定各项施工作业计划。
㈡裂缝的状态是制定化灌方案的基础
裂缝的位置、宽度、长度、渗水性、连通性等发育状态是研究制定化灌的基础。施工前, 应详细做好裂缝普查工作。
㈢化灌及涂刷材料的质量和浆液配比的稳定性、可靠性
施工前, 应进行完整、有效的化灌及涂刷材料试验, 以确定合理的化灌施工工艺和适宜的灌浆材料, 确保化灌及涂刷材料的质量和浆液配比的稳定性、可靠性。
五、结语
隧洞管片裂缝处理施工, 首先从施工组织设计开始, 做好施工准备、施工工序安排、施工工艺选择、施工质量检查等各项作业, 为顺利进行施工提供技术保证。
隧洞裂缝论文 篇2
目前裂缝处理方法主要有开槽埋管法、打斜孔埋管法和无损贴嘴法。开槽埋管法由于对原混凝土结构破坏较大、浆材损耗大、开槽处难以修复好等问题已普遍不再采用;打斜孔埋管法能解决开槽法的诸多不利,.但管容耗浆大,微细粉尘易堵塞缝面影响灌浆质量,由于该方法施工简单目前被普遍采用;无损贴嘴法具有工艺简单、无钻孔、无孔容耗浆、易找准裂缝、对混凝土无损伤和成本低等优点,值得大力推广,无损贴嘴法处理裂缝的难点是渗水缝的贴嘴,采用ECH水下粘结胶进行渗水缝的贴嘴能最大承受1.3 MPa的压力,为贴嘴法处理渗水裂缝提供了条件。
1 裂缝处理化学浆材的选择
化学浆材选择应掌握如下原则:
(1)浆材的可灌性。所选化学浆材必须能够灌入裂缝,充填饱满,灌入后能凝结固化,以达到补强和防渗加固的目的。
(2)浆材的耐久性。所选用材料在使用环境条件下性能稳定,不易引起化学变化,并且与混凝土裂缝有足够的粘接强度,不易脱开。
水工地下隧洞衬砌混凝土裂缝的特点是裂缝开度较小、外水压力大、浆液较难灌入,一般处理要求既要满足补强又要防渗堵漏,灌浆材料一般采用高渗透改性环氧浆材。为了解不同化学浆材的力学性能,在渗水裂缝处理过程中分别采用EAA、CW、LPL三种高渗透改性环氧浆材进行对比试验,其比较结果详见表1。
通过试验比较可知,以上3种材料各有优缺点,EAA、CW属糠醛、丙酮改性系列,具有亲水性、黏度低、可灌性较好等优点,缺点是凝固时间长、脆性大,不适宜对变化的裂缝进行处理;LPL浆材属活性稀释剂改性系列,具有亲水性、凝固时间快、脆性小、浆材本身不收缩的优点,但黏度大,对于细小裂缝的可灌性差。
2 打斜孔埋管法处理渗水裂缝
2.1 工艺流程
打斜孔埋管法基本工艺流程包括:裂缝清洗→钻斜孔→清孔、埋管→表面封缝→通风检查→浆液配制→注浆→封孔处理→待凝检查→表面处理。
2.2 重要工艺技术要求
为保证打斜孔埋管法处理渗水裂缝的有效性,一般需保证以下重要工艺技术满足相应要求。
2.2.1 裂缝清洗
对缝面用高压水进行清洗,直至清晰地露出裂缝为止。
2.2.2 钻孔
在裂缝中心线10～15 cm两侧钻斜孔,孔径18mm,孔距40 cm,深浅孔交替布置,浅孔孔深25～30 cm,倾角约50°,深孔孔深40～45 cm,倾角约70°。
2.2.3 清孔、埋管
用高压水将孔清洗干净,每孔分上下2层埋设2根注浆管,一进一出,下层管径为8 mm,埋至距孔底5 cm处,作为主注浆管;上层管径为8mm,埋入孔内10 cm左右,作为排水排气回浆管,埋管材料用速凝水泥。
2.2.4 表面封缝
用玻璃丝布或堵漏灵剂进行封堵,应保证封闭密闭可靠。
2.2.5 通风检查
待埋管材料有一定的强度后,在裂缝和管口处涂少量肥皂水,采用0.2 MPa的风压进行通风检查,对于盲孔应在附近重新打孔埋管。
2.2.6 浆液配制
根据灌前压丙酮试验的漏量大小配制浆液,配浆时将固化剂、表面活性剂缓慢注入EAA(或CW)主液中,边注入边搅拌,保持浆液在25℃以下,以提高浆材的可灌性。
2.2.7 化学灌浆
2.2.7. 1 注浆方式
灌前单孔压丙酮量不小于10ml者应单孔灌注,漏量小于10 ml者则可多孔灌注;灌注过程中若有串漏孔,可在排出积水和稀浆后进行并灌,灌浆应由下而上进行。
2.2.7. 2 注浆方法
先灌深孔,从下层进浆管开始注浆,待上层回浆管排出孔内水、气后,封闭回浆管。根据吸浆量情况逐步升至设计压力,当吸浆率小于1 ml/min时,应保持压力延续灌注30 min即可扎管待凝。4～5 h后检查注浆效果,对管口不饱满的胶管进行第二次注浆直至饱满。
2.2.7. 3 灌浆压力
开灌压力为0.4 MPa,当吸浆率小于5 ml/min时,逐渐加压至0.5～0.6 MPa,二次注浆孔压力可提高至0.8 MPa。
2.2.7. 4 注浆过程监控
加强结构的抬动变形监测,如出现异常应及时降压并采取相应措施。
2.2.8 质量检查
裂缝化学灌浆结束14 d后采用压水和钻孔取芯相结合的方法进行灌浆质量的检查。
2.2.8. 1 检查孔压水
采用单点法压水,压力0.5 MPa,孔径28 mm,孔深30cm,合格标准为透水率q≤0.1 Lu。
2.2.8. 2 钻孔取芯
孔径89 mm,孔深浅于灌浆孔10 cm,粘接强度应达到设计要求。
2.3 打斜孔埋管法施工存在的缺点
(1)温度裂缝走向是个曲面,在混凝土内的走向复杂,一般从钢筋边通过,钻孔时易碰到钢筋,造成的“废”孔较多,对原混凝土结构的整体性造成损坏。
(2)钻孔时的微细粉尘难清出,粉尘易堵塞灌浆通道,浆液难以进入缝面,降低化灌质量。
(3)渗水缝中不能有效地赶水,浆液和水混合影响环氧灌浆材料的固化;也不能满足浆液“从宽处往窄处灌浆最有利”的原则;一旦发现“死孔”无法及时采取补救措施。
(4)施工工序较多,施工工艺繁琐,管容、孔容大,浪费浆材(据统计孔容占58%以上);灌后的裂缝复灌量较大,且需多次复灌,增加了资金投入。
3 无损贴嘴法处理渗水裂缝
3.1 工艺流程
无损贴嘴法基本工艺流程包括:注浆嘴加工→打磨→冲洗→裂缝描述→贴嘴→封缝→压风检查→灌浆→注浆嘴清除→质量检查。
3.2 重要工艺技术要求
为保证无损贴嘴法处理渗水裂缝的有效性,一般需保证以下重要工艺技术满足相应要求。
3.2.1 注浆嘴加工
在外径为6 mm、长度大于6 cm的铜管一端焊上边长为3～4 cm、厚度为1.5 mm左右的方形铁片,铁片中间开直径等于铜管外径的进浆孔,铁片周边钻排列规则的小孔。
3.2.2 打磨
采用砂轮机沿裂缝的两边各打磨20 cm的宽度,除去混凝土表面杂物,以免影响注浆嘴的粘贴及封缝效果。
3.2.3 冲洗
是贴嘴法施工最重要的工序,用高压冲毛机沿裂缝开口向两边冲洗,以保证缝口敞开无杂物。
3.2.4 裂缝描述
用刻度放大镜测量裂缝宽度,并对裂缝走向及缝长进行描述,用以调整布置注浆嘴间距及灌浆压力。
3.2.5 贴嘴
根据裂缝描述进行注浆嘴的布置。规则裂缝缝宽小于0.3 mm时,按间距20 cm布嘴,缝宽大于0.3 mm时,按间距30 cm布嘴;不规则裂缝的交叉点及端部均布置注浆嘴。将ECH-Ⅰ型胶抹在注浆嘴底板上,贴嘴时用定位针穿过进浆管,对准缝口插上,然后将注浆嘴压向混凝土表面抽出定位针,定位针未粘附胶认定注浆嘴粘贴合格。
3.2.6 封缝
贴嘴3 h后用堵漏灵胶泥将渗水缝口封堵住,2 h后用碘钨灯将混凝土表面烘干并用无水酒精洗抹1遍;待干后刮抹1层ECH-Ⅱ型粘胶;当不粘手时再刮抹ECH-Ⅲ型面胶3遍,待ECH-Ⅲ型面胶基本固化后,用堵漏灵加固形成中间高,两边低的伞形封盖。
3.2.7 压风检查
封缝完成并养护2 h后即可进行压风检查各孔的贯通情况,压风压力小于0.25 MPa;对于不串通的孔应查明原因进行分析和处理。
3.2.8 灌浆
采用多点同步灌注方式,从下至上,从宽至窄,逐步推进,采用Lily CD-15双组分注射泵灌注LPL浆材,施工中采用稳压慢灌,每孔纯灌时间不少于90 min,以保证灌浆质量。灌浆压力见表2。
3.2.9 注浆嘴的清除
灌浆结束48 h后铲除注浆嘴,混凝土表面采用环氧胶泥封堵平整。
3.2.1 0 质量检查及验收
灌后质量检查在注射树脂LPL灌浆结束7 d后进行。
(1)压水检查:现场布骑缝孔,冲击钻造孔(孔径18～20 mm、孔深10～15 cm)后,采用单点法压水,压水检查压力为0.3 MPa。合格标准:压水检查透水率q≤0.1 Lu。
(2)钻孔取芯:取芯直径89 mm,并进行岩芯鉴定、描述,绘制钻孔柱状图。
3.3 无损贴嘴法的工艺特点
(1)不破坏混凝土的整体性,适合薄型结构的裂缝处理。
(2)由于从缝的表面进行打磨冲洗,可避免微细粉尘对灌浆的影响,从缝口进浆可灌性得到了保证。
(3)使“以浆赶水”,多点依序同步灌浆成为可能。
(4)贴嘴封缝、采用多点同步灌浆的无损灌浆工艺,可在不破坏混凝土结构的条件下极大地提高可灌性,裂缝的灌入深度也能满足要求,加上使用低黏度、低收缩的化灌浆材,达到了“堵水、保护钢筋、恢复结构的整体性”的效果。
(5)工艺简单、复灌率低,节约昂贵的化学浆材,降低了成本,加快了施工进度。
3.4 特殊情况处理
3.4.1 渗漏点的复灌
(1)对有规律的渗漏点,即一段裂缝仍渗水,采用原施工方法进行复灌。
(2)对单独的渗漏点采用打辅助孔的方法进行复灌,先在渗漏点贴嘴、封缝。然后用冲击钻在距渗漏点10 cm沿原裂缝钻3个辅助斜孔(孔径18～20 mm,孔距10～20 cm,倾角50°,孔深25cm),并预埋外径为6 mm的铜管。再用堵漏灵进行封堵埋管,在渗漏点贴嘴及封缝、辅助孔埋管及封堵完成后,其他工序按原方法进行施工。
3.4.2 浆液配比出现问题时的处理
灌浆时如出现长时间不进浆,且浆液黏度增加,即浆液配比出现问题。处理方法是打开机箱盖,清理两活塞杆运行系统,直至两活塞杆运行同步后,排弃部分混合液,然后重新注浆。
4 复灌后仍局部渗水的处理
(1)经复灌后仍有渗水的部位采用嵌缝措施:开槽槽深×槽宽为5 cm×5 cm,并在槽内每1.5 m用电钻打一个Φ22 mm排水孔,孔深大于70 cm;从孔底部埋1根铝管,在管口用堵漏灵封闭将水引出;将槽面清洗干净并尽量烘干,若无法烘干则在缝面用堵漏灵先堵水,然后涂环氧基液,再用丙乳砂浆锤填密实,并满足过流面平整度要求。
(2)嵌缝后再在表面粘贴玻璃丝布防渗,玻璃丝布宽15 cm。粘贴方法:先将缝面清理干净,均匀刷1层1438胶,再贴1层玻璃丝布,三胶二布。对于灌浆后延伸的裂缝,若渗水不大或不渗水,则直接在缝面粘贴玻璃丝布,并延伸1.0 m左右。
(3)待丙乳砂浆封闭7 d后封闭引水管孔。先用干塑性水泥砂浆填充并用细钢筋捣密实,离孔口5 cm时,改用预缩砂浆填充密实,对其表面涂刷环氧胶泥。
5 结语
混凝土裂缝处理难度较大,对有渗水的裂缝处理难度更大。通过对水工地下隧洞混凝土渗水裂缝的处理研究,笔者认为在其处理过程中主要应注意以下几个问题:
(1)灌浆材料的正确选择。应选择低黏度、低收缩的环氧浆材。收缩大的材料需多次复灌,不但增加投入,而且复灌成功率小。目前主要采用的两种系列的改性环氧浆材,各有优缺点,应根据裂缝的宽度、渗水情况及处理的结构要求,选择适宜的浆材。
(2)推广无损贴嘴法施工工艺。混凝土温度缝一般较细,且不在一个平面上,裂缝很难找准,浆材难以灌入,最好是采用无损贴嘴法施工,既减少了钻孔量,又可减少孔容、管容的浆材耗用量,降低成本;结构的厚薄、裂缝的深浅对钻孔的要求较高,为了找准裂缝的深度以便准确地布置灌浆孔,不得不打出大量的检查孔,对结构造成严重破坏。
(3)避免微细粉尘对化学灌浆的影响。混凝土裂缝内部极不规则,其宽度受骨料、钢筋等的影响,宽窄变化复杂,当化学浆液夹着微细粉尘在裂缝中灌入时,碰到较窄处,就会累积阻塞浆液通路,因此,微细粉尘对化学灌浆的危害极大,但钻孔处理工艺无法避免粉尘影响。
(4)从宽处往窄处灌浆最为有利。“从上至下,从宽至窄,从一边至另一边”,这是化灌的基本原则。温度裂缝的形成最先在混凝土表面形成,随着温度应力的作用持续向纵深方向发展,在混凝土表面的裂缝开合度最大,从缝口进浆对灌浆质量的提高极为有利。
(5)必须保证连续稳定的灌浆压力。稳定的灌浆压力是保证浆液能否使裂缝充填饱满的关键,采用手摇泵灌浆很难做到这一点,应采用双液气压泵进行施工。
(6)有效降低外水压力。裂缝中只要有水就会增加灌浆难度,应通过打排水孔的方法来降低外水压力,或采用封闭渗水岩体的方法减少裂缝的渗水量,提高浆材的粘接强度和灌浆效果。
(7)灌浆施工中有效的排水排气。裂缝灌浆时应通过有效措施把孔中及缝面的水气排出,来提高可灌性。采用在孔中埋双管或在裂缝的缝口处埋排气嘴的方法可有效地排除裂缝中的水和气。
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隧洞裂缝论文 篇3
1.1 水工隧洞衬砌混凝土裂缝分类
水工隧洞衬砌混凝土裂缝主要分为:细微的表面裂缝和贯穿性有害裂缝。
1.1.1 细微的表面裂缝
分布在在混凝土表面、开裂不深的一般是一些细微表面裂缝, 这些裂缝通常是走向无明显的规律性, 且多条同时出现;缝宽都比较小, 一般都在1mm以下;长度一般都较短, 呈闭合或者略微张开的状态。事实上, 这种裂缝一般不会产生渗漏, 早期混凝土砼结构的稳定性并无影响, 但会影响结构的耐久性, 其通过使钢筋迅速锈蚀及混凝土的抗冻性能大幅下降的方式, 最终会破坏结构。
1.1.2 贯穿性有害裂缝
贯穿性裂缝则会贯穿整个结构面, 在隧洞衬砌混凝土出现的条数通常比较少、长度比较大、可贯通整个结构断面, 且呈张开状态, 缝宽通常在1~5mm, 严重时甚至达到20mm。裂缝形成了贯穿的通道, 隧洞可能会产生严重的渗漏, 若不及时治理, 容易造成流土或围岩淘刷现象。贯穿性裂缝能形成结构的软弱面, 影响结构的稳定性和耐久性。
1.2 水工隧洞衬砌混凝土裂缝产生的原因
1.2.1 温度降低形成的收缩裂缝
大多数水工隧洞施工作业处于地层较深的位置, 水泥水化造成的温度升高比较明显, 即使是在冬季施工, 隧洞内的温度也相对比较高, 水份蒸发冷凝淅出很快, 而一般施工都只进行混凝土表面养护, 没有解决混凝土内在散热和施工现场不同环境影响所产生的温度收缩裂缝。伸缩裂缝出现的也最多, 影响工程性能。
1.2.2 外部应力效应形成的裂缝
水工隧洞 (引水洞、导流洞等) 施工工期较紧, 而且大多数开挖成洞条件都比较差, 衬砌混凝土质量很难保证;由于作业环境的限制, 混凝土浇筑和养护的质量相对较差, 造成混凝土很难达到设计的龄期强度。开挖支护作业一般是短距离循环进行, 如果围岩类别判断不准, 又采取了不当的锚固支护, 会导致围岩应力的多次重分布和毛洞形状变形恶化, 出现因外部应力作用而产生的裂缝, 这种裂缝比较明显, 破坏的影响也比较严重。
1.2.3 结构裂缝
水工隧洞的地质、水文、地形状况越来越复杂, 变化很难把握, 在前期工作投入不足、地质、地形、水文等资料不具体的情况下, 设计人员只能依据已有的地质资料进行设计, 难以掌握施工现场地质状况的变化, 形成的设计也往往不能适应现场施工的需要。采用不合理的结构而产生的裂缝, 其裂缝形成机理比较直观, 也比较容易得到控制。
2 水工隧洞衬砌混凝土裂缝的预防
水工隧洞衬砌混凝土裂缝的堵漏和补强工艺都比较复杂, 成本较高, 还影响混凝土的外观质量, 因此, 在施工中应该以预防为主。
2.1 优化混凝土配合比
为减少干缩裂缝和温度裂缝产生的几率, 应该选择优质的混凝土原材料, 并经过多组配合比试验, 确定最优的施工配合比。同时, 掺用优质粉煤灰和复合型高效减水剂, 减少水泥用量, 改善混凝土的和易性, 降低混凝土水化热和干缩。
2.2 加强围岩变形监测
加强围岩的变形监测, 可以预防混凝土因围岩应力作用出现开裂, 统计分析量测数据, 就可以判断围岩是否完成收敛变形, 合理确定衬砌时间, 这样就能避免在围岩收敛变形时进行混凝土衬砌, 最大限度防止裂缝产生。
2.3 确保仓面无渗水干扰
为了防止地下水进入混凝土的浇筑仓面, 隧洞衬砌混凝土施工时一般都是以疏排渗水的方式为主进行预防。针对不同的情况, 采取相应的处理方法, 如对于成流出的地下水, 可以采用排水管引出隧洞的方式处理等等, 从根本上消除渗水流仓隐患。
2.4 合理确定施工工艺
确定合理的施工工艺, 从混凝土浇筑的拌合、运输、入仓、振捣进行全过程、全面监督检查, 防止混凝土拌合物搅拌时间不足、振捣不密实等问题, 保证混凝土的质量。
3 水工隧洞衬砌混凝土裂缝处理
水工隧洞衬砌混凝土裂缝的存在, 不仅会影响结构的刚度和整体性, 还会降低隧洞的抗渗能力, 引起钢筋的锈蚀、混凝土的碳化, 影响隧洞的使用。因此要结合实际, 对混凝土裂缝进行分析处理, 以满足工程的需要。
3.1 裂缝处理的方法
处理衬砌混凝土有害裂缝, 之前使用的高渗透改性环氧浆材存在一定的局限性, 随着时代的发展, 科技的进步, 对现阶段隧洞衬砌混凝土裂缝处理, 应采用环保、抗老化、满足温度裂缝反复收缩开裂的弹性改性环氧浆材, 裂缝处理方法主要有开槽埋管法、打斜孔埋管法和无损贴嘴法, 其优点和难点如表1所示。
3.2 选择处理浆材
选择灌浆材最主要的原则是可灌性与耐久性。隧洞衬砌混凝土裂缝的开度较小、外水压力比较大, 浆液很难灌入, 处理浆材既要满足补强又要防渗, 需要采用高渗透弹性改性的环氧浆材, 通常采用LPL、CW与EAA等高渗透改性环氧浆材。
3.3 无损贴嘴法处理渗水裂缝
3.3.1 关键技术
无损贴嘴法处理渗水裂缝施工一般要经过注浆嘴加工、打磨、冲洗、裂缝描述、贴嘴、封缝、压风检查、灌浆、注浆嘴清除和质量检查等步骤。在外径为6mm、长度大于6cm的铜管一端焊上边长为3~4cm、厚度为1.5mm左右的方形铁片, 铁片中间开直径等于铜管外径的进浆孔, 铁片周边钻排列规则的小孔;采用砂轮机沿裂缝的两边各打磨20cm的宽度, 除去混凝土表面杂物, 以免影响注浆嘴的粘贴及封缝效果;用高压冲毛机沿裂缝开口向两边冲洗;用刻度放大镜测量裂缝宽度, 并进行描述;根据裂缝描述进行注浆嘴的布置;贴嘴3h后用堵漏灵胶泥将渗水缝口封堵住;封缝完成并养护2h后即可进行压风检查各孔的贯通情况;采用多点同步灌注方式推进;灌浆结束48h后铲除注浆嘴;灌浆结束7d后进行灌后质量检查。
3.3.2 局部渗水处理
经复灌后仍有渗水的部位采用嵌缝措施--开50mm×50mm的槽, 并在槽内打引水管, 将水引出, 将槽面清洗干净。嵌缝后再在表面粘贴宽150mm玻璃丝布防渗, 必要时延伸1.0m左右, 待丙乳砂浆封闭7d后再封闭引水管孔。
4 结束语
隧洞裂缝论文 篇4
1.1 水工隧洞衬砌混凝土裂缝分类
水工隧洞衬砌混凝土裂缝主要分为:细小的表层裂缝和贯穿性的有危害裂缝。
1.1.1 细微的表面裂缝
布满在混凝土表层、裂缝的缝隙不大常常属于表面细小的裂缝, 这种裂缝大体看是没有什么规律性可言的, 出现时也不是仅出现一条;裂缝的缝隙间距非常小, 只有1毫米或者不足1毫米;开裂的长度很小, 大都体现出闭合、轻微张开。实际上, 出现这样的裂缝时不用担心渗漏问题, 它对混凝土的整体结构的稳定性并不会影响, 它只能影响结构的持久性, 如果钢筋被锈迹腐蚀, 那么混凝土的抗冻性能会迅速降低, 其结果是结构被破坏掉。
1.1.2 贯穿性有害裂缝
贯穿性的裂缝会贯穿整体构造, 体现在隧洞衬砌混凝土上时大多都是裂缝的条数单一, 长度较广, 可贯穿整个结构断面, 且形态是张开的, 裂缝的间距一般是1至5毫米, 更为严重的是有时可以达到20毫米。裂缝的出现会蔓延整个通道, 隧洞就会发生渗漏, 如果不抓紧解决这个问题, 那么会导致局部土体隆起, 颗粒群同时移动流失和围岩淘刷的现象。这种裂缝能造成结构软弱, 影响其稳定性和持久性。
1.2 水工隧洞衬砌混凝土裂缝产生的原因
1.2.1 温度降低形成的收缩裂缝
绝大多数水工隧洞施工时是在较深的地层, 水泥水化后使里面的温度逐步且明显的提高, 就算是在冬天施工, 隧洞里的温度也不低, 水分的蒸发使气体和液体遇冷凝结, 而施工人员在工作时, 只是单对混凝土表面维护, 没有对混凝土内在散热和施工场地差异所出现的温度收缩裂缝进行处理。伸缩裂缝的出现率很高, 它会影响整个工程的性能。
1.2.2 外部应力效应形成的裂缝
水工隧洞、引水洞、导流洞的施工时间都比较紧迫, 而且绝大多数要挖成洞的要求都很高, 想让衬砌混凝土达标很难;再加上施工作业的环境限定, 混凝土浇筑和保养时也不到位, 酿成了混凝土达不到预期的使用年限。开挖支护作业通常是距离较短来回实行的, 要是围岩种类分辨不清, 又选择了不对的钢筋支护, 这样会造成围岩承受力差, 出现多次重分布和毛洞变形, 并且由于外部力量而使混凝土出现裂缝, 这样的裂缝特别显眼, 它的破坏力也非常严重。
1.2.3 结构裂缝
水工隧洞的地质、水文、地质情况决定了它的多变性, 想要彻底的搞懂有很大的难度, 在施工之前, 没有对地质、地形、水的变化运动做好充分的了解时, 设计人员只能根据有限的资料来完成设计, 根本不清楚工地土地本身性质变换, 从而使设计和施工现场的情况不符。这样本就不相符的构造出现裂痕, 不过裂痕机理较为理想, 所以可控性很高, 容易改变。
2 水工隧洞衬砌混凝土裂缝的预防
水工隧洞衬砌混凝土对于裂缝的补救工艺和堵漏措施很繁琐, 而且费用很大, 还会使混凝土的表面质量变差, 所以, 一定要在施工时加以防范。
2.1 优化混凝土配合比
为了使干燥和温度所产生的裂缝降低, 选料时应注意购买质量好的混凝土, 并且要进行多次配比, 最终决定出最适合的方案。并且, 选择上等粉煤灰和复合型效用高的减水剂, 水泥使用量越少越好, 改变混凝土的和易性, 降低混凝土水化热和干缩。
2.2 加强围岩变形监测
要对围岩变形进行仔细控制, 来防止混凝土因为围岩所承受的附加力产生裂痕, 计算解析相关内容, 就能够推断出围岩能否顺利完成收敛变形, 按要求准确衬砌时间, 如此可以减少在围岩收缩变形时进行混凝土衬砌, 大大防治了裂痕的发生。
2.3 确保仓面无渗水干扰
为了不让地下水流入混凝土浇筑仓面, 隧洞衬砌混凝土实施起来通常是根据以疏排渗透地下水的办法进行主要的防御措施。根据各种状况的不同, 来选择解决办法, 比如说成股渗出的地下水, 使用排水管排出隧洞的方法, 就能够解决渗水留仓的危险。
2.4 合理确定施工工艺
判断出合理的施工工艺, 从混凝土浇筑的搅拌、搬运、入仓、振捣达到全过程、全方位的监督检验, 预防混凝土拌合物搅拌时间不足、不均匀、振捣不密实等问题, 保证混凝土的本质。
3 水工隧洞衬砌混凝土裂缝处理
水工隧洞衬砌混凝土会出现开裂的情况, 能够使结构的硬度和整体度不够完美, 也能使抵抗渗水的作用变差, 发生混泥土中的钢筋生锈, 混凝土碳化, 从而使隧洞不能发挥正常效用。所以我们要根据情况而定, 对出现的裂缝进行解决, 来达到工程要求。
3.1 裂缝处理的方法
针对混凝土那些有危害的裂缝, 用前面所说的高渗透改性环氧浆材应用时, 它的范围较小, 如今国家的发展与时俱进, 科技成果突飞猛进, 对于当下隧洞衬砌混凝土裂缝的处理提出了一些观点, 需使用的环氧浆材要具有环保、延缓老化、适宜温度裂缝重复张合的弹性改性的效果。想要把裂缝粘合起来的要点是开槽埋管法、打斜孔埋管法和无损贴嘴法, 其利与弊如表1所示。
3.2 选择处理浆材
在购买灌浆材料时, 应当注意材料的可灌性和长久性。隧洞衬砌混凝土出现的裂缝一般缝隙不大, 但对外部水的张合力很大, 浆液不容易装进去, 所以想要让浆材填补性大, 又要防止渗透, 就要使用那种渗透力强弹性改性的环氧浆材, 常见的有lpl、cw和eaa等高渗透改性环氧浆材。
3.3 无损贴嘴法处理渗水裂缝
3.3.1 关键技术
无损贴嘴法处理渗水裂缝施工一般要经过注浆嘴加工、打磨、冲洗、裂缝描述、贴嘴、封缝、压风检查、灌浆、注浆嘴清除以及质量安全检查等过程。在外径为6mm、长度大于6cm的铜管一端焊上边长为3~4cm、厚度为1.5mm左右的方形铁片, 铁片中间开直径等于铜管外径的进浆孔, 铁片四周钻排列整齐的小孔;采用砂轮机沿裂缝的两边各打磨20cm的宽度, 除去混凝土上面的杂质, 来预防注浆嘴的粘贴及封缝效果;用高压冲毛机沿裂缝开口向两边冲洗;用刻度放大镜测量裂缝宽度, 并进行详细描述;依据裂缝描述进行注浆嘴的布置;贴嘴3h后用堵漏灵胶泥将渗水缝口封堵住;封缝完成并养护2h后即可进行压风检查各孔的贯通情况;采用多点同步灌注方式推进;灌浆结束48h后铲除注浆嘴;灌浆结束7d后进行灌后质量检查。
3.3.2 局部渗水处理
通过复灌后还是出现渗水的部位要用嵌缝措施———开50毫米×50毫米的卡槽, 然后使水管在卡槽内牵引出来, 将水排放出去, 对卡槽表面处理干净。嵌缝后再在表面粘贴宽150mm玻璃丝布防渗, 必要时延伸1.0m左右, 待丙乳砂浆封闭7d后再封闭引水管孔。
4 结束语
尽管隧道衬砌混凝土的开裂问题解决起来有些繁琐, 但是, 我们如果按照现实需要来进行选择, 出现缝隙的情况就会有所改变, 从而预防裂缝出现。
摘要：对于水工地下隧洞衬砌施工过程中, 裂缝是极为普遍的问题, 会导致整体构造不一致, 影响原有的强度, 大大减少了混凝土抵抗渗透的作用, 使隧洞发挥不出原有的效果。所以要研究怎样才能起到预防和管理方法, 从而达到隧洞设计理念的全面发展。文章重点讲述水工隧洞衬砌混凝土出现缝隙的原由, 提出裂缝产生原因以及出现缝隙的补救办法。
隧洞裂缝论文 篇5
锦屏二级水电站位于凉山彝族自治州木里、盐源、冕宁三县交界处的锦屏大河弯上, 是雅砻江干流规划建设的21座梯级电站中装机规模最大的水电站。其上游紧接具有年调节水库的锦屏一级水电站, 下游依次为官地、二滩 (已建成) 和桐子林水电站。闸址控制流域面积10.27万km2, 约占雅砻江全流域面积的75.5%, 闸址处多年平均流量1220m3/s, 年径流量384.7亿m3。
对引水隧洞裂缝进行普查, 缝宽一般介于0.20mm-0.30mm之间, 且部分施工缝存在渗水现象, 按《锦屏二级水电站引水隧洞混凝土缺陷处理施工技术要求 (JPIIC-5D7-23) 》中关于裂缝的定义, 分别属于Ⅱ类裂缝和Ⅳ类裂缝。
对于Ⅳ类裂缝, 采用了化学灌浆修补方案。针对引水隧洞的混凝土裂缝的具体工况, 在施工工艺、施工组织及施工保障措施方面建立起一套完整的方法和规章制度, 为后续裂缝灌浆施工积累了宝贵的经验。
2 混凝土裂缝化学灌浆
2.1 裂缝的分类及检查
结合《锦屏二级水电站引水隧洞混凝土缺陷处理施工技术要求 (JPIIC-5D7-23) 》中关于裂缝的定义, 现场裂缝分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类裂缝。
1) 具体分类
a.Ⅰ类裂缝 (浅层裂缝) :表面缝宽δ≤0.20mm;
b.Ⅱ类裂缝:表面缝宽0.20mm<δ≤0.35mm, 且不渗水、不渗浆或潮湿;
c.Ⅲ类裂缝:表面缝宽δ>0.35mm, 且不渗水、不渗浆或潮湿;
d.Ⅳ类裂缝:表面有明显渗水、渗浆;
2) 裂缝检查内容包括:裂缝位置、形状、走向、缝长、缝宽以及缝面是否有渗水、溶出物等, 并绘制裂缝图。
a.裂缝位置:顺水流方向衬砌混凝土单仓边顶拱投影作图, 标注裂缝分布位置;
b.裂缝形状及走向:按照实际走向投影在图上进行描绘;
c.裂缝缝长:用细绳贴紧裂缝, 并做标注, 用卷尺测量标注长度;
d.裂缝宽度:采用读数显微镜观察裂缝的宽度;
e.裂缝修补前, 修补中, 修补后的结果均要拍照以留存电子档资料。
2.2 施工工艺流程
1) Ⅰ类裂缝:用电动钢丝刷对裂缝进行打磨, 打磨宽度15cm~20cm, 清洗并晾干后, 涂刷厚度为1mm的环氧涂料。
2) Ⅱ类裂缝:进行表面直接封闭处理
a.清理缝面:对裂缝表面进行清理, 去除表面的钙质析出物、水泥浮浆以及其它污物, 并冲洗干净;
b.封缝:先用低粘度环氧对裂缝表面进行封闭, 要求涂刷均匀;待环氧表干后再在缝面涂刷二道环氧涂料, 涂刷宽度为15cm~20cm, 涂刷厚度为1mm。
3) Ⅲ类裂缝:采用先封缝再钻孔化学灌浆处理
a.清洗缝面:对缝表面进行打磨, 打磨宽度15cm~20cm, 去除缝面的钙质、析出物及其他杂物, 并冲洗干净;
b.布设灌浆嘴:缝深小于30cm, 间距30cm~50cm, 采用磁力钻骑缝布设灌浆孔, 埋设灌浆嘴并再次冲洗干净;缝深大于30cm, 沿缝两侧5cm~10cm, 间距0cm~50cm间隔, 采用磁力钻在裂缝两侧斜向穿缝布设灌浆孔, 然后埋设灌浆嘴, 并再次冲洗干净;
c.封缝:表面涂刷环氧底胶, 再涂刷2道环氧涂料, 涂刷宽度为15cm~20cm, 厚度1mm;
d.灌浆:待封缝材料有一定强度后进行化学灌浆, 化灌材料采用环氧浆材, 且化学材料要满足与混凝土的粘结强度≥2.0MPa, 本身抗压强度要大于40MPa。灌浆压力为0.3MPa-0.5MPa, 从最低端向高端进行, 待邻孔出浆后, 关闭并结扎出浆管, 继续压浆;也可在邻孔出浆后, 关闭原灌浆管, 移至其他邻孔继续灌浆, 一直到整条裂缝都灌满浆液并稳压5min-10min为结束标准;
e.表面处理:待浆液固化后, 凿除灌浆管, 并用钢丝刷清理缝面两侧, 清理完后再在缝面涂刷2道环氧涂料, 涂刷宽度为15cm-20cm, 厚度1mm。
4) Ⅳ类裂缝:凿槽封缝然后化学灌浆处理
a.清洗缝面:待凝1d, 若裂缝不再渗水或渗浆则对缝表面进行打磨, 打磨宽度15cm-20cm, 去除缝面的钙质、析出物及其他杂物, 并冲洗干净;
b.凿槽:骑缝凿“V”型槽, 槽深3cm, 槽宽6cm;并将槽清洗干净;
c.埋管:每30cm-50cm埋设灌浆嘴, 采用电锤在裂缝两侧交叉布孔;
d.封缝:表面涂刷环氧底胶, 再涂刷2道环氧涂料, 涂刷宽度为15cm-20cm, 厚度1mm;
e.灌浆:待封缝材料有一定强度后进行化学灌浆, 化灌材料采用环氧浆材, 且化灌材料要满足与混凝土的粘结强度≥2.0MPa, 本身抗压强度要大于40MPa。灌浆压力为0.3MPa-0.5MPa, 从最低端向高端进行, 待邻孔出浆后, 关闭并结扎出浆管, 继续压浆;也可在邻孔出浆后, 关闭原灌浆管, 移至其他邻孔继续灌浆, 一直到整条裂缝都灌满浆液并稳压5min-10min为结束标准;
f.表面修复处理:待浆液固化后, 凿除灌浆管, 并用钢丝刷清理缝面两侧, 清理完后再在缝面涂刷2道环氧涂料, 涂刷宽度为15cm-20cm, 厚度1mm。
2.3 灌浆质量检查
2.3.1 质量检查标准
化学灌浆完成后28d进行钻芯取样, 芯样劈拉试验平均抗拉强度不小于1.5MPa。对每条混凝土贯穿性裂缝化学灌浆完成后进行压水试验检查, 压水试验压力在0.5MPa下平均透水率小于0.1Lu。
2.3.2 检查结果
1#~4#引水隧洞混凝土裂缝化学灌浆处理施工总计完成23个单元, 在灌后28d取芯检测, 最大抗劈拉强度为3.4MPa, 最小抗劈拉强度为1.6MPa (大于设计指标1.5MPa) , 平均抗劈拉强度为1.91MPa。
在灌后14d对每条贯穿型裂缝进行了压水检查, 总计压水检查裂缝246条。试验压水压力为0.5MPa, 最大透水率为0.04Lu (小于设计指标0.1Lu) , 最小透水率为0.00Lu, 平均透水率为0.01Lu。
根据上述结果表明, 锦屏二级进水口引水隧洞混凝土裂缝化学灌浆处理施工质量满足设计及规范要求, 并取得了良好修补的效果。
3 结语
锦屏二级进水口引水隧洞混凝土裂缝化学灌浆处理施工成果表明, 在混凝土裂缝中采用化学灌浆进行修补处理具有良好的效果。化学灌浆施工工艺用于混凝土裂缝修补较合理可靠, 在类似工程中有广泛的运用价值。
参考文献
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[2]陈璐, 李风云.混凝土裂缝的预防和处理[J/OL].http://www.cnrmc.com/news/list.asp?id=2097&Page=1.
[3]中华园林网.花坝子二级电站隧洞衬砌混凝土裂缝成因及其对策[J/OL].2http://www.yuanlin365.com/construct/8245/.
隧洞裂缝论文 篇6
本工程隧洞洞线穿越了Sigatoka河和Ba河之间的分水岭Lewa山梁,地形起伏较大。除进出口部位外,洞室上部岩体厚度40～250 m,大多数洞段上部岩体厚度超过150 m,洞线方向为近东西向,而区域层面倾向为N或NW,倾角5°～15°,火山岩结构面发育。洞线主要穿过枕状玄武岩、火山角砾岩等地层,偶夹有最大厚度可到20 m的沉积岩透镜体或夹层,沉积岩产状近于水平,并与玄武岩接触良好,而蚀变带宽度可能达数百米。
隧洞穿过的玄武岩节理发育,岩体破碎,常夹有砂岩或粉砂岩薄层,岩体属于镶嵌碎裂结构—次块状结构,而沉积岩主要为火山和次生碎屑砂岩、粉砂岩、砾岩和角砾岩等。大多数沉积岩产状近于水平,节理比较发育,结构属于块状—薄层状,岩块强度为10～60 MPa。
隧洞沿线发育4条断层、剪切带与洞线斜交,宽度30-100 m,夹有断层带物质,如断层泥等,断层带物质具有挤压和膨胀的特性;一旦处于地下水位以下的隧洞遇到构造带,涌水量较大。
河谷附近地段的上层潜水位与河水位接近,而山脊部位(分水岭)的上层潜水位则高于河水位,并且水位随季节变化比较大。由于节理发育,岩体破碎,玄武岩透水性较大(大于5 Lu),一旦隧洞处于地下水位以下容易发生渗水或涌水现象。
2 水工隧洞渗漏的危害
在水工隧洞中,渗漏是最常见的主要病害之。渗漏对水工隧洞的危害主要有:
(1)渗漏会使混凝土产生溶蚀破坏,降低混凝土的强度,引起并加速其他病害的发生与发展。
(2)对钢筋混凝土结构物,渗漏会促使钢筋锈蚀,加速混凝土结构老化,缩短使用寿命。
(3)渗漏会导致输水隧洞水量损失,影响经济效益和社会效益。
因此,防止水工隧洞的渗漏与治理已成为国内外水工界共同关注的重大问题。对于斐济南德瑞瓦图水电站工程,标书合同要求的保证值是6L/(km·s),因此,隧洞渗漏会引起发电水量损失。
3 隧洞设计
引水隧洞总长约1 936 m,走向为NE77.02°,底坡0.987%。隧洞断面为马蹄形,断面尺寸为3.0m×3.5 m。在引水隧洞出口上游约140 m处设置调压井,调压井高约90 m,内径2.5 m。
3.1 隧洞的支护及衬砌措施
对于喷混凝土的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ(下)类围岩的隧洞段,底板采用混凝土底板,底板厚200 mm,顶部设置Φ6@150钢筋网,跨中设排水孔,孔径40mm,间距3 m,深入基岩500 mm。底板下为隧洞开挖石渣垫层,经过压实。
Ⅰ类围岩,喷混凝土50 mm,顶部打1排排水孔,孔径40 mm,间距3 m,入岩500 mm。
Ⅱ类围岩,支护时喷50 mm厚混凝土,衬砌时喷混凝土50 mm,顶部打1排排水孔,孔径40mm,间距3 m,入岩500 mm。
Ⅲ类围岩,有2种衬砌方式:一种是喷混凝土50 mm支护,挂网喷混凝土100 mm衬砌,固结灌浆;另一种是喷混凝土50 mm支护,素混凝土衬砌,厚400 mm,不设固结灌浆,不设排水孔。
Ⅳ类围岩,挂网喷混凝土支护,钢筋混凝土衬砌,厚度500 mm,半径1 550 mm,设固结灌浆孔,不设排水孔。
3.2 隧洞的渗漏情况
隧洞于2009年8月开始施工,2011年11月竣工。在进行隧洞验收检查时,多处出现渗漏点,主要有:
(1)在桩号0+725处出现较大渗漏点,受地下水位影响,最大时可达0.3 L/s。
(2)在桩号0+900处出现渗漏,在施工时发现此处有渗水现象。
(3)在桩号1+600处,开挖施工时渗漏比较严重,衬砌后无渗水。
在隧洞充水时,水位上升速度为2.5 m/h。隧洞充满后,调压井水位与库水位一致,充水阀关闭。在隧洞末端,设有调压井,如果有渗漏,则调压井水位将会下降。根据记录的水位和相应的时间,可以计算出隧洞的渗漏量,渗漏的标准以小于6 L/(km·s)控制,根据计算,相当于调压井水位下降速度0.051 m/min。
根据现场进水口闸门关闭后,进行隧洞渗漏测试试验。以时间为横坐标,水位为纵坐标,形成水位与时间的关系曲线(见图1)。
从曲线中可以看出,在开始阶段,水位下降速度较快,随着水位的降低,压力越来越小,水位下降的速度也逐渐变慢,说明隧洞的渗漏与外水压力有关。
4 水工隧洞渗漏成因的分析
隧洞渗漏的种类很多,要根本解决渗漏问题,还是需要从渗漏的形成原因入手。分析本工程的隧洞渗漏成因,主要有:
(1)隧洞开挖后,在隧洞周围一定范围内形成了围岩松动区。在此范围内,由于地层原始地应力的调整,围岩产生变形,裂缝张开,从而使地下水沿张开裂缝流入隧洞。
(2)由于隧洞内设置了排水孔,当内压大于外压时,水体通过排水孔外渗到隧洞以外,当外压大于内压时,排水孔就会排水到廊道内。
如果不考虑排水孔,只考虑隧洞衬砌及裂缝的渗漏,根据隧洞渗漏计算分析,渗漏量大约是5.35 L/(km·s),小于6 L/(km·s)的标准。
排水孔主要设置在Ⅰ、Ⅱ类围岩段,在顶拱和底板上各设1排,间距3 m,孔径40 mm,深入基岩500 mm。底板下部为1层沙砾石垫层,隧洞内的水则由排水孔首先渗透到沙砾石垫层,再通过岩体外渗。这可以从放空隧洞的检查中得到证实,当放空隧洞检查时,发现大量的水流从排水孔中渗出。
5 底板裂缝的成因分析
隧洞在放水时,水位下降速度需要控制,设计要求不大于2 m/h控制,但在现场放水时,水位下降速度达52 m/h,远远超出了规定要求。
隧洞放空后,现场组织人员进入隧洞进行检查,在距离隧洞进口700 m以后,底板的排水孔开始排水,排水畅通,在桩号0+900—1+200之间,底板出现连续的贯穿裂缝,裂缝位置有时在底板中间部位,有时靠近左侧,有时靠近右侧。经检查发现,有裂缝的部位,底板上的排水孔堵塞,施工结束后排水孔未经扫孔所致。发生裂缝的部位上部为喷混凝土部位,排水孔畅通,因此结构未受到损坏;底部为混凝土板,排水孔堵塞,在外水压力作用下,底板产生裂缝。
经过现场研究,考虑Ⅰ、Ⅱ类围岩洞段为喷混凝土衬砌,底板的主要作用是提供一个光滑的表面,以减少水头损失,便于隧洞交通,不承担荷载,因此,确定裂缝部位的处理方式为:对该部位排水孔重新扫孔,并加密排水孔,隧洞放水速度限制在8 m/d。
6 经验与教训
关于隧洞渗漏标准,美国EM1110-2-2901规范中提供的经验数据为未衬砌岩石的渗漏为0.5～5L/(km·s),在工程投标阶段,考虑一定的安全系数,同意采用6 L/(km·s)。显然这个数据没有考虑排水孔,而排水孔的作用只是排除隧洞混凝土衬砌以外的水,对于岩体并没有作用。从现场充水试验检查看,没有发现隧洞进、出口附近有渗水,是否外渗水流与地下水连接汇入河道,没有更足够的数据。但至少表明,在Ⅰ、Ⅱ类围岩,喷混凝土衬砌段的排水孔对于长期的隧洞渗漏不是关键因素,起关键因素的还是岩体本身的防渗性能。
隧洞的放水速度必须得到控制,底板出现裂缝,一方面是排水孔堵塞,另一方面也是水位下降速度太快所致,因此,在制定隧洞放水速度的标准时,要尽可能地结合工程地质条件,放慢速度。本工程最后确定的水位下降速度为8 m/d,即0.33 m/h。
摘要：水工隧洞的渗漏及裂缝是隧洞设计控制的关键,其成因也是多方面的,是工程技术人员在设计过程中难以避免的问题。通过隧洞的设计与工程实践,分析了隧洞的渗漏原因及其危害,底板产生裂缝的原因分析以及控制措施,为水工隧洞充水、放水控制提供了工程经验。