水电站压力管道渗水处理方案分析

陈立秋，王 超

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

水电站压力管道渗水处理方案分析

陈立秋，王 超

（中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林 长春 130021）

文中简要介绍了小山水电站压力管道渗水处理方案，在外水压力观测资料分析基础上，结合放空检查渗水情况，根据工程区地形、地质条件，确定了压力管道渗水处理方案。

小山水电站；压力管道；渗水处理；灌浆

小山水电站位于吉林省抚松县境内，是松江河梯级第一级电站。枢纽由混凝土面板堆石坝、岸坡式溢洪道和引水发电系统组成。水库总库容1.07×108m3，装机容量160 MW，引水系统由进水口、引水隧洞、调压井、压力管道组成。引水隧洞总长1245.63 m，圆型断面，内径8.1 m，调压井为阻抗式，内径21 m，设二道快速闸门，由井内分岔至两条压力管道。

压力管道分为上平段、斜管段和下平段三部分，上平段和斜管段为钢筋混凝土衬砌，内径5.7 m，衬砌厚度0.8 m，下平段长128.93 m，采用钢筋混凝土和钢板衬砌两种结构型式，其中钢板衬砌段长123.93 m，钢衬外回填混凝土厚0.6m。为降低压力钢管部位的地下水位，在调压井后设置一排水廊道。

1 放空检查情况及渗水处理

1998年，引水洞进行了初期发电试运行后的放空检查，有多处漏水，对漏水部位进行了处理。2000年，在1号机组大修期间，对1号压力管道进行了漏水检查，漏水点多数位于上平段和斜管段上部，呈有压射流。对混凝土衬砌进行堵漏处理，在漏水部位凿槽后再回填快速止水材料。在堵漏施工过程中，发现了大面积的混凝土质量缺陷，位于斜管段下游右侧，混凝土呈无浆松散状，骨料混合黄泥，约3.0 m长，宽0.7 m。采取凿除不合格混凝土，深部位浇筑压浆混凝土，浅部位用细石混凝土贴堵漏材料的方法。在这次堵漏处理中，对调压井通气孔也进行了检查，漏水处为环向施工缝，主要分布在孔口以下20 m，对漏水点进行了堵漏处理。由于调压井通气孔施工空间较小，直径仅1.2 m，难以采用其它方法修补，首先对射水缝隙进行了凿槽后填快速防水材料，然后再进行防水涂料的施工。

2001年，利用2号机组检修期间，进行了漏水检查，漏水主要来自于调压井门槽处的二期混凝土和通气孔，压力管道混凝土衬砌部位也有五处比较集中的射水区。对漏水部位进行了缺陷处理。2011年，利用1号机组检修期间，对洞内进行了检查。经检查，洞内主要漏水部位集中在上弯段，顶拱及腰线部位，呈现有压射流，分布在环向施工缝及闸门后一、二期混凝土接缝等处；渐变段与上平段的接缝处有点状水喷射；调压井工作闸门左右两侧二期混凝土接缝处有水流喷射。

根据压力管道渗水缺陷处理后的运行情况及外水压力观测资料，可以看出上述的缺陷处理工作未见有明显效果，渗漏通道仍然是存在的，通气孔内渗水仍较严重。可见仅采取表面处理措施是不够的，渗水缺陷根本得不到彻底解决，应采取从压力管道周边的围岩内部着手，采取切实有效的根治措施。

2 外水压力观测资料分析

2.1 外水压力观测孔布置

1997年12月，小山水电站投入运行后，发电厂房上游墙有大面积的渗水现象，且厂房后山坡底部排水孔也有水流出。为监测地下水位，1998年10月，在厂房后山坡共布置了10个外水压力观测孔，其中1号压力管道右侧4个，2号压力管道右侧5个，两条压力管道中部1个。厂房后山坡岩石由上层玄武岩和下层安山岩构成，两层不同岩石中夹有厚1～7 m的不整合面，透水性较差，故观测孔内布有内管和外管，内管水位用于观测下层安山岩地下水位的变化情况，外管水位用于观测上层玄武岩地下水位变化情况。根据孔内观测管的埋设情况，内管主要是监测压力管道内水渗透，外管主要是观测地面降水的影响。

2.2 观测资料分析

1）外管水位。在观测资料中，1号压力管道右侧各孔内水位变幅不大，且不随压力管道内的水压力变化而变化。随着地形条件的变化，孔内水位随地表高度的增加而增加。初步分析上层玄武岩的地下水由于不整合面的隔水层作用，受压力管道内水外渗的影响较小，所反映的主要是地表水的变化情况。

2）内管水位。内管水位变幅均较大，达数十米以上，受压力管道内水压变化较大。在压力管道充水时，水位最高可达668.51 m。在压力管道放空时，水位迅速下降。结合放空检查发现衬砌裂缝处有射流状的水进入洞内。初步分析在两条压力管道中存在内水外渗的通道。

3 压力管道渗水处理的必要性

厂房后山坡上部的玄武岩和下部的安山岩之间夹有一层不整合面，由含碎石壤土构成，且具有相对不透水性，该夹层倾向厂房。在压力水的长期浸泡下，夹层自身的物理力学特性也会发生改变，对发电厂房的正常安全运行造成很大的威胁，一旦厂房后山坡岩体发生滑坡，势必造成无可挽回的损失。压力管道下平段的最大外水压力41.0 m，而目前由于压力管道出现内水外渗，使压力管道所承受的外水压力大大提高，观测资料表明最高已超出钢管外压设计值，压力钢管存在外压失稳的危险。

由于渗透通道的存在，在水流反复作用下，细小颗粒有可能被带走，使渗水通道越来越大，将直接影响围岩特性的改变。裂缝的渗漏水将会导致混凝土裂缝开度增加，从而使钢筋锈蚀加剧。由于回填灌浆不密实，对混凝土衬砌结构自身的安全也将产生不利的影响。

根据外水压力观测资料，外水压力处于较高的状态，对本工程的安全可靠运行有较大隐患，直接关系到电站的安全运行，因此对压力管道进行缺陷处理是十分必要的。

4 方案拟定

地下工程的渗水缺陷处理通常采取“堵”和“排”两种措施，“排”通常采取开挖排水廊道或在山坡增设排水孔，“堵”通常采取灌浆方式或在衬砌内表面设置防水层，防止内、外水贯通。针对本工程，开挖爆破对厂房后山坡的山体扰动会很大，势必影响到厂房的正常运行；增设排水孔方案虽然是可行的，但排水孔孔深较深，施工难度较大，况且排水效果也是难以确定的，故初步拟定采取“堵”的方式。

5 方案选择

根据工程的地形、地质条件，压力管道布置情况以及外水压力观测资料，结合曾进行过的渗水处理方案，为保证工程运行的永久可靠性，选择以下几种处理方案：

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5.1 方案一：灌浆方案

灌浆方案的目的是封闭衬砌外围岩的渗漏通道，同时对衬砌混凝土缺陷也有一定的修补作用。全部混凝土衬砌段（不包括斜管段）均采用回填灌浆、固结灌浆，与钢衬结合处采用帷幕灌浆，钢板衬砌段打开回填灌浆孔后，重新进行回填灌浆。对压力管道及调压井通气孔内衬砌混凝土表面的裂缝及缺陷采用化学灌浆方式加以处理。

固结灌浆孔深4.0 m，排距3.0 m，灌浆压力0.5～1.0 M P a。因顶拱部位有渗漏通道的存在，采用回填灌浆方式加以填实处理。将钢衬上原回填灌浆孔打开，重新进行回填灌浆，待灌浆完毕后封堵灌浆孔，灌浆压力0.3 M P a。混凝土衬砌段的回填灌浆与固结灌浆同步进行。为防止混凝土衬砌与钢衬接头处的渗漏，采用帷幕灌浆，孔深10.0 m，共设3排，排距1.0 m，灌浆压力1.0 M P a。

对压力管道及通气孔内衬砌混凝土内表面的裂缝及缺陷，采取在裂缝表面混凝土凿除后，应用快速止水材料加以封堵后，进行化学灌浆的方法。一是由于化学浆液可灌性好，对微小的裂缝也能够较好的充填，二是化学浆液的胶凝时间可根据需要进行调节。对渗漏水部位进行骑缝切槽，进行化学灌浆。

5.2 方案二：涂刷防水层方案

在混凝土衬砌段内表面涂刷防水材料，阻止内水外渗。经比选采用水泥基渗透结晶型防水材料，该材料采用国外关键性原料和吸收消化国外先进的生产技术，以普通硅酸盐水泥、级配石英砂为基料，按科学配方经特殊工艺研制加工生产的高科技新型防水材料。该产品特有的化学活性物质利用混凝土本身固有的特性及多孔性，以水做载体，通过渗透作用，在混凝土微孔及毛细管中传输、充盈、催化混凝土的微粒和未完全水化成分再次发生水化作用，阻止来自各方向的水及有害物质，达到永久性防水、防潮和保护钢筋，增加混凝土结构强度的效果。

可采用人工涂刷或专用的涂刷设备，施工效率高，可连续操作，每人每天喷涂15～20 m2的面积。混凝土衬砌段内表面均涂刷水泥基渗透结晶型防水材料，并延伸至钢管首部5～10 m范围。

5.3 方案三：灌浆+涂刷防水层方案

该方案为组合方案，在1号压力管道混凝土衬砌段上全部进行回填灌浆、固结灌浆（不包括斜管段），与钢衬结合处采用帷幕灌浆，钢板衬砌段重新进行回填灌浆。对压力管道及通气孔内衬砌混凝土表面的裂缝及缺陷采用化学灌浆方式加以处理，最后在衬砌内表面涂刷防水涂料，涂刷范围至钢管首部5～10m。

5.4 方案比选

方案一工程造价较低，施工工艺单一，可对围岩及灌浆缺陷加固处理，提高结构自身的承载能力，缺点是灌浆种类较多，尚需使用钻机进行帷幕灌浆，工期较长，动用设备多。

方案二工程造价较低，施工工艺简单，速度快，防渗机理明确，采用人工涂刷或机械喷涂均可。缺点是仅对表面进行处理，对浇筑过程中的缺陷、未填实的衬砌顶拱部位不进行处理，在压力管道运行中由于衬砌缺陷而产生的变形有可能将防水层拉裂破坏，而导致再次渗漏。

方案三具有加固混凝土浇筑过程中的缺陷和表面防渗处理两种功能，能封闭衬砌与围岩之间的间隙，对钢管进行了回填灌浆，同时在钢衬结合处采用帷幕灌浆，对压力管道及调压井通气孔内衬砌混凝土表面的裂缝及缺陷采用化学灌浆方式加以处理。

经上述各方案的比较分析，方案一投资97.5万元，方案二投资79.41万元，方案三投资175.83万元。方案一、二为单项处理方案，虽然投资低，但都不利于彻底根治压力管道的渗水缺陷，可能会遗留一些不利于安全运行的因素。方案三为组合方案，虽然投资高，但从彻底解决压力管道渗水缺陷、不留隐患的角度，是最有保障的，故选择方案三为压力管道渗水缺陷处理方案。

6 结语

在外水压力观测资料分析基础上，结合放空检查情况，根据工程区地形、地质条件，确定了压力管道渗水缺陷处理方案，取得了显著的经济效益，可为其它相关工程设计提供参考和借鉴。在研究制定处理方案时，应密切关注新材料、新技术、新工艺的应用与发展，以创造更好的实践效果。

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1002－0624（2016）11－0020－03

2016-07-17