引大入秦工程盘道岭隧洞病害特征分析

引大入秦工程盘道岭隧洞病害特征分析

胡普年

(甘肃省引大入秦工程管理局， 甘肃 永登730300)

【摘要】盘道岭隧洞是“引大入秦”灌溉工程总干渠上第37号隧洞，随着第五个国家级新区——兰州新区的成立，引大入秦工程将承担为新区生产生活供水的任务。但是由于工程地质条件复杂，隧洞在建期间和运营后出现了衬砌裂缝、渗漏水、地下水的侵蚀等病害问题，多次维修仍不能控制。通过对维修期间衬砌裂缝监测和地下水化学组成的分析，表明地下水对衬砌的侵蚀和裂缝的发展有促进作用，是隧洞病害的重要因素。

【关键词】盘道岭； 衬砌裂缝； 渗漏水； 地下水侵蚀

中图分类号：TV554文献标志码： B

Analysis of Datong River Diversion to Qinwangchuan Project

Pandaoling Tunnel Disease Characteristics

HU Pu-nian

(GansuDatongRiverDiversiontoQinwangchuanProjectAdministration,Yongdeng730300,China)

Abstract：Pandaoling Tunnel is No. 37 tunnel on total main canal of Datong River Diversion to Qinwangchuan Irrigation Project. Datong River Diversion to Qinwangchuan Project will assume the task of supplying water for production and life in new district with the establishment of the fifth National New District—Lanzhou New District. The tunnel suffers from various disease problems during construction and after operation such as lining crack, seepage water, groundwater corrosion, etc. due to the complex engineering geological conditions. The problems still cannot be controlled after maintenance for many times. It is indicated that groundwater can promote lining corrosion and crack development through monitoring lining cracks during maintenance and analyzing groundwater chemical composition. It is an important factor of tunnel disease.

Keywords：Pandaoling; lining crack; seepage water; groundwater erosion

1引言

甘肃省“引大入秦”工程将大通河水跨流域调至兰州市以北60km秦王川地区。该工程始于1976年，历时近20年，1994年总干渠全线贯通。盘道岭隧洞是“引大入秦”灌溉工程总干渠上第37号隧洞，隧洞进口位于大沙沟双牛村，里程桩为76+235，出口位于毛家沟的许家场子附近，桩号91+958.154，隧洞全长15723m，线路总的走向近于正东，最大埋深约400m，隧洞进出口洞门及斜井口均位于沟谷一侧阶地上。施工场地开阔，便于施工布置和连接对外交通。“引大入秦”工程总干渠贯通后，相继发生多起渗漏事故，渗漏问题以及由此引发的隐患至今尚未彻底解除。隧洞运营期间在进口段和出口段都产生纵向和环向裂缝，且开展宽度较大，并有发展的趋势。近年来，随着“引大入秦”灌区社会经济的快速发展，特别是随着第五个国家级新区—兰州新区的成立，引大入秦工程将承担为新区生产生活供水的任务。因此，引大入秦工程的作用越发显得重要，而盘道岭隧洞作为重点控制工程，迫切要求对其病害进行全面调研和综合整治。

2隧洞工程地质概况

2.1施工揭露的地层岩性

2.2地下水分布及化学性质

盘道岭隧洞地处大气降水稀少的干旱区，地层岩性多为弱透水和相对不透水，地下水较贫乏，且分布不均。据勘探：地下水多沿裂隙、断层面交界处及以层间水形式滴、渗、涌出，第三系与白垩系地层中均有地下水出露，地下水的补给受区域地形、地貌、地层岩性、构造断裂的控制，补给量差异较大，主要由大气降水和第四系孔隙潜水、构造裂隙水补给。洞身部位遇到的地下水对施工造成的影响段总长度约5800m，除洞口段300m长的地下水对普通混凝土无侵蚀性外，其余洞段地下水对普通混凝土均有不同程度的结晶性硫酸盐型侵蚀，且越向进口方向侵蚀性越强。白垩系地层中地下水分布有显著的不均一性，往往呈带状分布，由于地下水的存在，使断层泥沙质黏土岩泥化，不利于岩体稳定，并容易造成偏压。对盘道岭隧洞地下水化学性质进行测试，详见表1。对施工开挖揭露的工程地质条件和施工监控量测结果的总结分析表明：

a.在有地下水洞段，围岩收敛值明显高于无地下水段，并产生最大值4.6%(拱顶下沉80mm，内空变形43.3mm，231mm)。

b.存在地下水洞段，矿化度较高，最高为33394mg/L。

表1　盘道岭隧洞地下水化学性质测试结果

2.3施工围岩分类与支护形式

盘道岭隧洞所穿过的地层绝大多数是极软岩，围岩岩土无支护，自稳时间短，变形速度快且具有塑性流变特征，岩石遇水易软化崩解，工程地质条件恶劣复杂。根据对隧洞围岩稳定性因素和围岩变形特征的分析，采用多因素综合分类分段的原则，将盘道岭隧洞围岩划分为一般稳定(Ⅲ级)、不稳定(Ⅳ级)、极不稳定类(Ⅴ级)三个大类。Ⅲ级围岩长3182.15m，占洞长的20.2%；Ⅳ级围岩长3122.33m，占洞长的19.9%；Ⅴ级围岩长9418.64m，占洞长的59.6%。经过反复论证，共4类(见下页图1)10种衬砌形式适应围岩施工。根据施工时对围岩变形的肉眼观测，收敛变形量测，岩体内部位移测量，围岩与二衬间、二衬内部应力、锚杆应力、钢拱架应力、二衬混凝土裂缝变化量测、室内岩石蠕变试验等，确定围岩的变形特征，施工时测量的收敛变形最大值为4.6%(拱顶下沉80mm，内空变形43.3mm，231mm)。见表2。

表2　隧洞收敛统计

支护衬砌断面图 [2-3]

3病害类型及分布

3.1衬砌裂缝

盘道岭隧洞二次衬砌混凝土在施工期和运行期，均发现不同程度的纵向、斜向及环向裂缝，给隧洞长期的安全运行造成影响。1991年对完成的长12911.5m的衬砌进行裂缝调查，调查重点是拱墙纵、斜向裂缝和环向裂缝，统计结果如表3所示。底板混凝土有纵向裂缝9条，共长162m，最大裂缝宽度δ为6.5mm，有明显上抬迹象，裂缝宽度大于1.0mm的有6条，共长149m，占总长的92%，底板未发现环向裂缝。开始定期监测拱墙77+686～79+475段，裂缝20条，有地下水渗出，水量不大，最大裂缝宽度δ为3.54mm，平均宽度0.65mm，经一年监测，20条测点裂缝的平均宽度为1.71mm，平均增长1.06mm，而裂缝宽度的最大增加值为1.9mm[4]。

表3　盘道岭隧洞1991年裂缝统计 [4]

3.2衬砌漏水

3.3衬砌侵蚀

4病害成因分析

查阅施工资料，盘道岭隧洞拱顶在一次支护喷混凝土与围岩之间存在空隙，部分洞段侧墙一次支护存在“空声”区，其余洞段开挖过程中局部坍落，坍塌频繁，存在回填不密实的情况。除隧洞围岩外，岩体岩性一般软～极软，遇水易软化、崩解，有塑性流变特征，地下水对普通混凝土有结晶性硫酸盐型侵蚀等，除却复杂的工程地质与水文地质环境外，隧洞断面形状和围岩岩体具有塑性流变特征的不适应是产生裂缝的原因之一。而施工单位采用与锚喷支护设计原理相违背的钢拱架代替锚杆，在有塑性流变特征岩体和塑性地压大的岩体中，取消了锚杆或系统锚杆未对钢插板背后的空间进行回填浆处理等，是二次衬砌产生裂缝的重要原因[7]。

5结论

a.隧洞地下水的出露是造成混凝土腐蚀的直接原因，洞内漏水、出水以及毛细水作用范围内的不密实处、细裂缝处都会有侵蚀和溶出性侵蚀的发生，对裂缝的发展提供了物理环境和化学反应。

c.根据病险情况，对洞内素混凝土衬砌段进行改造加固处理。如：拆除改建，采用钢拱架、锚杆等加强支护、加强防渗衬砌，并在混凝土中采用抗硫酸盐水泥等措施。

参考文献

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