玛纳斯河一级水电站引水隧洞修补方案设计

(新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院一分院，新疆 石河子 832000)

科学研究及工程设计

玛纳斯河一级水电站引水隧洞修补方案设计

刘婷

(新疆生产建设兵团勘测规划设计研究院一分院，新疆 石河子 832000)

新疆玛纳斯河一级水电站，针对引水隧洞底板磨损情况进行了多方案技术比较。本文对此加以介绍，旨在为类似隧洞修补处理提供有益思路。

引水隧洞；修补处理；泥沙磨损

1 工程概况

玛纳斯河一级水电站为引水式电站，主要由引水枢纽、无压引水道、前池、压力管道、厂房、开关站和尾水渠等组成。电站设计水头104m，设计引水流量62m3/s,设计发电流量54.2m3/s,装机容量50MW，设计年发电量1.89亿kW·h。工程于2005年动工，2007年建成投产。

隧洞总长3.955km，隧洞洞身位于Q1地层，属Ⅳ类围岩。隧洞衬砌采用马蹄形结构，壁厚0.45m，底部纵坡1/1000。隧洞最大洞高5.7m。

2 隧洞磨损及成因分析

2012年7月，电站检修期间，发现隧洞底板出现大面积磨损情况，具体表现如下：

a.隧洞底板中心磨蚀较严重，隧洞底板多处钢筋磨出，有些已被冲断，阻挡泥沙及杂草，局部形成淤积。

b.隧洞弧形底板混凝土普遍磨蚀，露出中石。

c.隧洞底板局部有不规则裂缝产生。

初步分析原因，为引水含沙量较大，推移质进渠是发生磨蚀的根本原因。诱因有以下几个：

a.磨蚀严重部位多发生在隧洞分缝处，隧洞边、顶拱分缝按伸缩缝处理，底板分缝按冷缝处理，在一定程度上造成变位不同步，在温度应力及边拱约束作用下，底板产生一些不规则压性裂缝。

b.马蹄形隧洞具备优良的水力及结构受力特性，但因其底部为弧形，泥沙在水流作用下会向底部集中，对底板中心造成集中磨蚀。

c.隧洞底板与边、顶拱混凝土同强度，底板混凝土抗磨蚀强度稍显不足。

隧洞底板磨损情况见图1。

3 隧洞修补方案设计

3.1 表面磨蚀修补材料

混凝土表面缺陷修补材料有环氧砂浆、丙乳砂浆、硅粉抗磨蚀剂等，现阶段最常用的是环氧砂浆与丙乳砂浆。环氧砂浆与丙乳砂浆比较如下：

a.施工工艺比较。环氧砂浆施工工艺流程为：基础处理→配制基液→涂刷基液→配制环氧砂浆→抹环氧砂浆→压实找平→厚度检测→收面收光；丙乳砂浆施工工艺流程为：基础处理→涂刷基液→配制丙乳砂浆→抹丙乳砂浆→压实找平→厚度检测。两者比较，环氧砂浆少了两道工序，而且同一道工序中的难度相差很大，例如：环氧砂浆的配制需先将环氧树脂隔水加热，在加热调配过程中如果加入的其他材料和温度出现误差，将使调配中的所有材料和调制器皿成为废品，而丙乳砂浆的配制则容易得多。

b.施工时对环境温度要求比较。环氧砂浆要在环境温度高于15℃时才可施工，不利于低温施工；而丙乳砂浆只要环境温度高于5℃就可以施工。

c.施工对工作面干燥程度要求比较。环氧砂浆要求工作面绝对干燥，如有湿润则应烤干，雨季无法施工；而丙乳砂浆对工作面的要求是没有积水和流动的水。

d.施工成本比较。丙乳砂浆的施工成本仅为环氧砂浆的1/3。

经过比较，此次隧洞底板表面磨蚀修补材料选用丙乳砂浆。

3.2 底部冲槽修补材料

较大体量的结构修补材料有高等级常规混凝土、硅粉混凝土、钢纤维混凝土等，考虑到该隧洞流速较低，底板发生冲槽为泥沙集中磨蚀所致，而泥沙会随着肯斯瓦特水库建成而改观，从易于施工及控制施工质量角度出发，此次隧洞底板冲槽修补材料确定为常规钢筋混凝土，等级提高为C40，以利于抵抗冲蚀。

3.3 底板裂缝修补材料

经工程类比，裂缝表面封口材料建议选用PS双组分聚硫密封膏，裂缝灌浆材料建议选用PU4改性聚氨酯灌浆材料。由于隧洞停水检修时间有限，对于因温度应力引起的较小裂缝可不进行灌浆处理，清楚其表层淤积物即可。

3.4 修补方案确定

经修补材料的比较，结合泥沙、施工等因素，拟定了三个修补方案进行比较。

3.4.1 方案一

方案一如下页图2所示，在原断面底板上衬砌10cm厚C40混凝土，马蹄形隧洞上部圆弧半径为2.85m，下部圆弧半径为8.45m，最大洞高为5.6m。修补混凝土采用C40等级，表层配单层φ12@100双向钢筋网，为保证新老混凝土结合牢固，在原底板两侧凿15cm×20cm键槽。隧洞净空率18.7%。

3.4.2 方案二

方案二如图3所示，在原断面弧形底板中部衬砌10cm厚C40混凝土，衬砌宽度为2.6m，衬砌面为平面，弧形底两侧弧面采用丙乳砂浆修补。马蹄形隧洞上部圆弧半径为2.85m，下部圆弧半径为8.55m，最大洞高为5.6m。修补混凝土表层配单层φ12@100双向钢筋网，为保证新老混凝土结合牢固，在原底板新老混凝土结合处凿15cm×20cm键槽。隧洞净空率19.0%。

图3 方案二隧洞修补横剖面单位：cm

3.4.3 方案三

方案三如图4所示，维持原隧洞体型不变，对底部冲槽适当扩凿，保证槽身不小于10cm，恢复弯起钢筋，接焊冲断钢筋，不另配钢筋网。在槽内浇筑C40混凝土。冲槽两侧弧形底采用丙乳砂浆修补。马蹄形隧洞上部圆弧半径为2.85m，下部圆弧半径为8.55m，最大洞高为5.7m。新老混凝土结合处进行适当扩凿，保证浇筑层厚不小于10cm。隧洞净空率21.4%。

图4 方案三隧洞修补横剖面单位：cm

3.4.4 方案比较

对拟定的三个隧洞修补方案从水力条件、施工条件、投资等方面进行综合比较，比较结果见下页表。

综合分析，三个方案对于现状隧洞出现的缺陷问题均能有效处理，但在水力条件、施工等方面则有所不同。三个方案洞内水力条件变化不大，净空率也都在规范规定的范围内，但方案一、方案二抬高了原设计洞底高程，局部改变了隧洞进、出口的水力坡降，对隧洞进、出口衔接处的输沙有一定影响。方案一、方案二修补断面规整统一，虽有利于施工安排，但工程量较大，工期较长，影响发电收益。方案三不改变隧洞设计体型，施工灵活，处理工程量小，因此确定方案三为此次隧洞修补推荐方案。

隧洞修补各方案综合比较表

4 结 语

我国西北地区的河流有其自身特性，泥沙含量高，丰枯流量变化大。引水式水电站的引水渠一般兼顾发电引水与下游灌区灌溉用水任务，引水比一般情况下要高。引水渠首虽有一定的淤沙容积，但由于冲沙水量有限，经过几年运行，往往只在引水闸前形成深槽，其余部位基本淤平，其调沙功能基本不具备，在河道来水含沙量较高的情况下，引水渠道难免被泥沙磨损。

针对新疆地区引水式水电站引水渠道的实际运行情况，并结合笔者的工作经验，浅谈一下对如何预防引水隧洞泥沙磨损的理解和认识。

a.引水渠首一定要重视排沙问题，泄洪冲沙闸应尽可能靠近引水闸，引水闸后可根据实际水沙情况设置二次沉沙设施。

b.马蹄形隧洞虽具备良好的水力及结构受力条件，但由于其底部为弧形，泥沙易于在底部形成集中磨蚀。因此，建议多泥沙河流水电站引水隧洞的底板做成平底。

c.根据实际调查，许多隧洞的磨损均是在缺陷部位开展并扩大。因此，隧洞在施工过程中要加强养护，并适当增加混凝土保护层厚度，在通水前对隧洞初始裂缝进行全面检查并修补。

[1]SL 279—2002 水工隧洞设计规范[S].

[2]黄国兴，陈改新. 水工混凝土建筑物修补技术及应用[M]. 北京：中国水利水电出版社，2000.

[3]CECS18：2000 聚合物水泥砂浆防腐蚀工程技术规程[S].

DesignofRepairPlaninManasRiverGradeIHydropowerStationWaterDiversionTunnel

LIU Ting

(TheSurveying&DesignInstituteofXinjiangProduction&ConstructionCorpsNo.1Branch,Shihezi832000,China)

Many plans are technically compared for Manas River Grade 1 hydropower station aiming at bottom board wearing condition in water diversion tunnel. The condition is introduced in the paper aiming at providing useful ideas for similar tunnel repair treatment.

water diversion tunnel; repair treatment; sediment abrasion

TV672+.1

B

1673-8241(2014)07-0047-04