潮河泄空隧洞混凝土结构安全检测及评价

胡明罡 高云柱

(北京市密云水库管理处， 北京 101500)



潮河泄空隧洞混凝土结构安全检测及评价

胡明罡 高云柱

(北京市密云水库管理处， 北京 101500)

南水北调工程完工后，未来密云水库将在高水位持续运行，特殊时期需要紧急腾空库容情况下，潮河泄空隧洞的安全运行就显得尤为重要。为确保泄空隧洞安全运行，开展了潮河泄空隧洞的安全检测，评价隧洞运行现状。经检查检测发现洞身分布有较多环向发展裂缝，洞身混凝土表面侵蚀较严重，钢筋保护层厚度减小；进口闸门井混凝土强度较低，碳化深度较大；建议对洞身侵蚀较严重区域进行修补处理。

潮河; 泄空隧洞; 混凝土; 安全检测

1 前 言

密云水库面积180 km2，库容43.75亿m3，控制流域面积15700 km2，白河和潮河是两大入库河流。随着国民经济建设的发展，密云水库任务由防洪、灌溉为主转变为以城市供水、防洪为主。作为华北地区最大的水库及北京最大的饮用水源供应地，工程安全至关重要。

近些年，密云水库一直在较低水位运行，南水北调工程完工后，部分向城区周边各水厂供水以外，其余来水将通过京密引水渠加压输水至密云水库，未来水库将在高水位下持续运行，加大了工程运行期的风险。在洪水期或其他特殊时期需要紧急腾空库容的情况下，泄空隧洞的安全运行就显得尤为重要。

密云水库已建成多年，潮河泄空隧洞至今仍未进行过全面安全检测。为确保潮河泄空隧洞安全运行，消除工程安全隐患，依据《水工混凝土建筑物缺陷检测和评估技术规程》《水工混凝土试验规程》《水工混凝土结构设计规范》及《水闸安全鉴定规定》等现行规范开展了潮河泄空隧洞的安全检测与评价。

2 工程概况

潮河泄空隧洞位于潮河主坝右坝头，全长697.889m，洞身距坝肩30余m，进出口距坝轴线分别为300m和260m，包括进口段、闸门井上游洞身段、闸门井、闸门井下游洞身段、出口段及尾水渠。上游检修闸门井中心桩号0+000，距隧洞进口159.945m，检修平板闸门尺寸2.8m×3.7m，洞身内径3.7m圆形断面，出口闸室内设3.5m×2.5m弧形闸门。

3 安全检测内容及评价

安全检测内容包括潮河泄空隧洞老化病害状况的普查(见图1)和专项检测(见图2)，其中，普查内容包括隧洞的缺陷、裂缝、剥蚀、伸缩缝状况等；专项检测包括隧洞衬砌的抗压强度、碳化深度、钢筋保护层厚度、分布间距、钢筋锈蚀程度及隧洞断面尺寸复核等。

图1 泄空隧洞外观质量检测

图2 泄空隧洞洞身专项检测

3.1 外观质量

隧洞外观质量整体尚可，洞身主要缺陷表现为裂缝和混凝土表面侵蚀露筋。普查中共发现裂缝26条，宽度大于2mm的3条，均为半环形裂缝，且在洞身0+242左右两侧底部至拱顶，有近似完整环缝，裂缝较细，有钙质析出；其余洞身裂缝特征基本一致，多出现在混凝土浇筑分缝段的中间位置，代表性裂缝均较细。利用超声波法及表面波法检测混凝土结构裂缝，深度均较小。洞身混凝土靠近进口闸门0～0+120范围内冲刷较严重，部分区域露出钢筋网格，拱顶有锈蚀痕迹，洞身底部(左右30°范围内)多处出现连续露筋。

3.2 抗压强度

采用回弹法检测衬砌混凝土抗压强度具有操作简单、检测便捷和费用较低等优点。潮河泄空洞混凝土衬砌原设计标号均为200号，利用回弹法检测得到出口闸室柱子、出水口闸墩左边墙、出水口闸墩右边墩、进水口闸室边墙、洞身0+50～0+451段及出口左侧翼墙的抗压强度的直方图见图3，检测结果抗压强度最低为13.1MPa，位于进水口闸室边墙，最高为44.7MPa，位于洞身0+203处。钻芯取样混凝土抗压强度检测的取样位置位于隧洞出口泄槽左侧翼墙顶部，该位置混凝土强度原设计标号为200号，芯样抗压强度为28.8MPa。检测结果表明除进口闸室部位闸门井边墙强度低于原设计混凝土标号指标外，其余各部位混凝土强度均满足原设计要求。

图3 泄空隧洞混凝土衬砌抗压强度直方图

3.3 碳化深度

混凝土碳化深度检测结果见下页表，检测结果表明，隧洞进口闸室段和出口翼墙碳化深度相对较大，其余洞身段碳化深度均较小，平均碳化深度仅3.8mm，远小于混凝土的设计保护层厚度，隧洞洞身混凝土衬砌钢筋处于未锈蚀状态。

潮河泄空隧洞混凝土碳化深度检测结果表 单位：mm

3.4 钢筋保护层厚度

钢筋保护层厚度检测结果直方图见图4，检测结果表明，出口闸室顶梁梁底、出水口闸墩左边墙、出水口闸墩右边墩、进水口闸室边墙、洞身0+50～0+451段及出口左侧翼墙多处钢筋保护层厚度较小，低于原设计标准50mm；洞身0+70处保护层厚度仅11mm。结合外观检测结果，保护层较薄处可从混凝土外面清晰地看出钢筋网，个别部位出现连续露筋。从钢筋保护层厚度分布统计结果看，小于50mm的占53%，其中洞身部分占33%。

图4 泄空隧洞混凝土钢筋保护层厚度直方图

3.5 钢筋锈蚀

钢筋锈蚀采用仪器检测和综合分析评定，在泄空隧洞洞身和出口闸室底板各布置一检测区，采用钢筋锈蚀仪进行锈蚀发生概率检测。泄空洞洞身测区选择钢筋保护层厚度较小的区域，测区面积为1m×1m，每隔15cm布设1个测点，测点数共计49个，电位值范围-93～-19mV，平均电位值-57mV，半电位法检测等值线图见图5。泄空洞出口渐变段测区面积为1m×1m，每隔15cm布设1测点。检测点数共计49个，电位值范围-342～-228mV，平均电位值-294mV，半电位法检测等值线图见图6。

图5 洞身钢筋锈蚀电位图

图6 出口渐变段钢筋锈蚀电位图

检测结果表明，洞身段产生钢筋锈蚀的可能性较低，洞身露筋区仅为外露钢筋的表面锈蚀；综合外观检查、碳化深度测量结果及电位法检测结果，可以看出未出现明显锈蚀痕迹。

3.6 探地雷达扫描

探地雷达扫描采用8000Hz天线，在洞身衬砌左右各布设一条测线，每条测线延水流方向进行扫描。检测结果显示，受检区段部分钢筋网片在深度方向有起伏，多处钢筋保护层厚度偏薄，0+013～0+019左侧拱腰混凝土局部内部有脱空现象，脱空深度约0.3m。

3.7 隧洞断面尺寸复核

采用隧洞断面仪对泄空洞典型断面尺寸复核，通过与原设计标准比较，来确定隧洞断面的尺寸偏差及整体变形情况。潮河泄空隧洞共选择3个断面进行测量，检测结果表明，所检断面形状和尺寸与原设计标准基本一致，正负偏差均很小，断面无明显整体变形。

4 安全评价

密云水库潮河泄空洞的作用极其重要，虽然正常运行时期并不使用，一旦遇地震或其他特殊情况需要紧急放空水库时，是泄空潮河库区140m高程以下库水的唯一通道。因此潮河泄空洞不论在任何时期都必须保持良好的安全状态，以备不时之需。

潮河泄空洞建成几十年，目前存在的主要问题为混凝土的老化病害，经检测混凝土强度除进口闸边墙强度低于原设计混凝土标号指标外其他部位满足要求；进口闸和隧洞出口碳化深度较大；隧洞洞身表面侵蚀较严重，分布较多环向发展裂缝，局部有脱空，保护层厚度小于规范要求，露出钢筋表面有锈蚀痕迹。虽然现在的混凝土质量尚能维持工程运行，但考虑该建筑物投入运行时间长、老化问题突出，一旦过水高速水流易对混凝土产生侵蚀，因此建议对混凝土老化病害区域进行彻底的工程治理。

[1] 周上梯，张晓军.第九水厂引水隧洞水工金属结构安全评价与问题处理[J].水利建设与管理，2010(12):61-64.

[2] 吴穹，曹小武.东江水源工程输水隧洞裂缝处理分析[J].人民珠江，2013(4):56-60.

[3] 常立猷.浅谈南阳渠牙塘水库检修闸门的运行与管理[J].甘肃农业，2014(13):79-80.

[4] 傅兴友，何仲辉.渔子溪水电站引水隧洞运行检修情况简介[J].四川水力发电，1994(3): 84-95.

[5] 朱新民，王铁海，刘亦兵，等.长距离输水隧洞缺陷检测新技术[J].水利水电技术，2010 (12):78-81.

Safety testing and evaluation of concrete structure in Chaohe River flood discharging tunnel

HU Minggang, GAO Yunzhu

(BeijingMiyunReservoirManagementOffice,Beijing101500,China)

After the completion of South-to-North Water Diversion Project, Miyun Reservoir will be in continuous operation at a high water level in the future. It is very important for the safe operation of Chaohe River flood discharging tunnel under the condition of emergency empting reservoir capacity in special period. In order to ensure the safe operation of flood discharging tunnel, the safety testing of Chaohe River flood discharging tunnel is developed and the operating situation is evaluated.It is found by the testing that the tunnel body has many annular cracks, the concrete surface of tunnel body is eroded seriously, and the protective layer for steel bars is reduced in thickness. Moreover, the concrete strength of entrance gate shaft is lower with bigger carbonation depth.It is suggested to make a repairing treatment to the seriously-eroded area of tunnel body.

Chaohe River; flood discharging tunnel; concrete; safety testing

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.11.020

TV331

B

1005-4774(2016)11- 0072- 03