美纳斯水电站TBM转弯段管片修复措施

才俭峰

【摘 要】高水头、长引水式水电站的引水隧洞一般都使用全断面硬岩掘进机（TBM）施工，实现开挖、出渣、衬砌同时进行，衬砌均采用预制管片，但管片均是在管片厂按照直线段的设计尺寸集中生产的标准件，而引水隧洞并不是一条笔直的直线，会根据各结构物的位置而设计不同曲率的转弯，若转弯段的半径过小，将会对管片安装产生影响，本文主要阐述转弯段管片的缺陷处理措施。

【关键词】TBM；管片；转弯段；缺陷；处理

一、概述

Minas-San Francisco水电站（简称美纳斯水电站）位于南美洲厄瓜多尔第三大城市Cuenca西南方向92Km，为小流量高水头引水式水电站，引水隧洞长达14Km，其中有11Km隧洞采用双护盾TBM施工。

美纳斯水电站TBM管片采用单环四片的六边形管片，管片内直径φ=4800mm，厚度300mm，宽度1500mm，圆柱体轴心抗压强度为f'c=480Kg/cm2（相当于中国标准立方体试块抗压强度C60）。

预制混凝土管片衬砌的质量将最终决定引水隧洞的施工质量，而美纳斯水电站引水隧洞在桩号Km0+484.92～Km0+374.77处的转弯半径为R=120m，比TBM设计允许的最小转弯半径Rmin=350m小很多，因此在此段管片安装后出现管片内侧挤压破坏、外侧横缝间隙过大、管片错台严重等问题，严重影响了衬砌的整体稳定和防渗性能。

二、缺陷处理的目的和原则

（一）缺陷处理的目的

管片挤压破坏部分在高速水流作用下将会产生气蚀现象，经过长期的运行，必将会进一步将管片破坏，从而影响整个引水隧洞的安全。

管片的横缝和纵缝之间全部采用内嵌橡胶止水带形成封闭的防渗系统，横缝和纵缝张开度、平整度直接决定了管片之间的接触程度，进而决定了管片衬砌的防渗可靠性和止水系统承受内外水压的能力。

引水隧洞衬砌采用预制管片拼装式衬砌，每环管片由4个管片镶嵌而成，管片横缝之间由定位销联结。根据结构分析，整个管片为空间受力状态，环内、环间互相通过纵缝传递衬砌内力，因此纵缝的张开程度对整体结构的稳定可靠起到至关重要的作用。

（二）处理原则

改善管片内部平整度，对挤压破坏和管片错台较大部位进行修补，确保隧洞内水流平顺，不产生气蚀等现象；改善管片的整体结构稳定性，保证结构处于合理承载状态；恢复横缝和纵缝原有的防渗性能，保证结构在接缝处承受内外水压力满足要求。

三、施工程序

为保证管片修补质量，修补工作在管片后部豆粒石回填和灌浆结束之后进行，具体施工程序为：豆粒石喷注→管片勾缝→豆粒石灌浆→管片破损修补→管片错台处理→管片锚杆加固。

四、施工方法

（一）管片破损修复

管片破损部位主要是由于在转弯段管片内侧承受了大部分TBM主推油缸的压力，造成管片横缝部位的边角被压碎，因此，此处修补主要是对边角部位进行修复。

修补材料是与管片生产用的同一种水泥、细砂（粒径小于3mm的河砂，需经水洗、干净、颗粒呈规则形状）、管片生产外加剂、胶皇粘补剂（Sika Latex）和水。根据试验配比，破损部位的修补砂浆水灰比为0.26，配合比为：水泥：细砂：高效减水剂：水=1：0.5：0.012：0.26，每立方砂浆掺加胶皇粘补剂12L（由于胶皇粘补剂中含有聚合物，使得掺有胶皇粘补剂的砂浆有超强的粘结性，抗压强度高，从而提高其抗挠和抗拉强度。另外，掺有胶皇粘补剂的砂浆大大降低了渗透性，提高防化学品腐蚀和机械磨损的性能，并且无毒，无腐蚀性）。

修补前，采用钢丝刷将破损部位混凝土上的松散颗粒、油脂或其他污物清理干净，用水将混凝土充分打湿，但混凝土表面不得积水。

管片修补砂浆拌制完成后，采用泥刀将其分层涂抹至修补部位，混凝土表面空隙要充分涂满，分层厚度不得超过2cm，待上一层修补砂浆浆体干后方可涂抹下一层，直至达到混凝土管片结构要求。

修补完成后进行适当养护，保持修补部位湿润至少3天，保湿过程中，不得采用带压力的水冲刷修补部位。

（二）管片横缝修补

管片横缝错台较小，主要体现为管片纵向连接不紧密，缝面宽。因此，横缝修补主要以恢复管片接缝处防渗为主。

首先对向外突出的管片内弧面一侧凿毛（迎水面采用1：20的坡度确定凿毛面积，背水面按照1：10的坡度确定凿毛面积），管片凿毛之后用清水将修补面冲洗干净，采用与修补破损部位相同的修补砂浆对缝面进行修复，为确保水流顺畅，迎水面的修补坡度为1：20，背水面的修补坡度为1：10；管片外弧面一侧依然由豆粒石回填和灌浆密实，不再做另外的处理。

（三）管片纵缝修补

管片纵缝错台较大的部位主要是侧管片与底管片、顶管片相接处，其最大错台达到了20cm，既影响了整个管片衬砌的整体稳定性，又影响到了衬砌的防渗性能。为确保引水隧洞的安全运行，对管片的纵缝处采取特别加固措施。

1.管片缝面修补

纵缝错台高度大小不一，根据错台高度不同分成两种方法进行处理：

1）错台高度<5cm的部位，参照横缝处理措施进行修补，即对向外突出的管片内弧面进行凿毛处理，清洗干净后用与修补破损部位相同的修补砂浆进行修补抹面，表面修补坡度1：5，保证错台部位平顺连接。

2）错台高度>5cm的部位，对向外突出的管片内弧面进行凿毛处理，凿毛面积按照1：10的修补坡度确定，凿毛之后在修补面铺设一层钢筋网片（规格为φ6-150×150mm），钢筋网片采用φ8mm的膨胀螺栓固定在管片上，膨胀螺栓按照间、排距为10×10cm布置，然后用清水将修补面清洗干净，用与修补破损部位相同的修补砂浆进行修补抹面，表面修补坡度1：10，保證错台部位平顺连接。

2.管片加固

对侧管片与底管片、侧管片与顶管片错台大的部位，为保持管片的整体结构稳定，每片侧管片和顶管片各用2根待锚垫板的锚杆进行加固，利用管片的机械安装孔放置锚杆。锚杆单根长度2.5m，锚入基岩内2.19m。

首先用手风钻钻设锚杆孔，然后对安装孔进行扩孔（长×宽×高=150×150×35mm），目的是让锚杆端头的垫板尽量埋设到管片内，减少外露的长度；安装锚杆并注浆，待浆液达到一定强度后安装锚垫板，安装垫板前先用修补砂浆对接触面找平，以确保锚垫板受力均匀；为保证锚杆不在水的侵蚀下而腐蚀，锚杆外露端头用修补砂浆进行封锚，封锚之前先在管片和锚垫板表明涂刷一层Sikadur 32 Primer粘结剂，然后用修补砂浆进行封锚，完成后将砂浆表面打磨平整。

五、结语

厄瓜多尔美纳斯水电站引水隧洞TBM转弯段管片修复全部完成，经过各方的检查验收，外观及性能指标均达到设计要求，管片整体结构稳定，证明采用该种管片修复方法切实可行，可以为其他类似工程施工提供借鉴意义。endprint