罗坑水库输水隧洞除险加固工程施工技术

李艳艳

(韶关市曲江区罗坑水库管理处,广东 韶关 512100)

0 引言

输水隧洞布置在溢洪道左侧,主要由输水主洞、发电支洞、进水塔和出水闸室构成,担负着灌溉、发电的输水任务。主洞长225.0 m,进口底高程264.50 m,隧洞进口段为一喇叭形渐变段,设一道拦污栅,进口段设平板钢闸门一道,启闭机为电动卷扬机,进口闸门槽后为方圆渐变段由4.0 m×4.0 m 方涵渐变至内径3.4 m 圆涵;出口底高程为250.47 m。隧洞内径3.4 m,隧洞末端设弧形控制闸门一道。发电支洞进口底高程为250.60 m,长度150 m,内径2.0 m。现场调查发现输水隧洞启闭阀门,生锈老化,出水管口生锈老化,下部闸门为混凝土板,出现裂缝、侵蚀严重等问题,急需进行应急除险加固。

1 输水隧洞工程地质条件及评价

压力输水隧洞位于大坝的左岸,洞轴线与大坝轴线成49°角,长225.0 m,内径3.4 m,输水隧洞均位于燕山一期中粗粒斑状花岗岩体上,隧洞穿越的主要构造都为陡倾角压扭性破碎断层,与洞轴线交角为70°～80°,受断层影响岩石较风化破碎,节理裂隙发育。进水塔和塔桥基础均位于强风化花岗岩体上,进口段20 m 为强风化花岗岩,在龙抬头上端由弱风化过渡为微风化,隧洞后部在发电支洞位置,由微风化性过渡为弱风化至出口,总的来讲围岩工程地质条件较好[1]。

2 导流输水隧洞渗漏原因及除险加固建议分析

2.1 输水涵洞结构状况

输水隧洞于1975年冬动工开挖,1976年冬竣工,呈南北走向,位于大坝左岸,由钢筋混凝土浇筑成型。洞轴线与坝轴线成49°角,主洞长225.0 m,隧洞进口段为喇叭形渐变段,洞口尺寸为4.0 m×4.0 m,进口闸门为平板钢闸门,隧洞进口尺寸由4.0 m×4.0 m矩形渐变为内径3.4 m 圆形,出口闸门为弧形钢闸门。发电支洞长150 m,内径2.0 m。

2.2 输水涵洞渗流问题

隧洞整体均位于燕山一期中粗粒斑状花岗岩体上,隧洞穿越的主要构造都为陡倾角压扭性破碎断层,与洞轴线交角为70°～80°,受断层影响岩石较风化破碎,节理裂隙发育。进水塔和塔桥基础均位于强风化花岗岩体上,进口段20 m为强风化花岗岩,在龙抬头上端由弱风化过渡为微风化,隧洞后部在发电支洞位置,由微风化性过渡为弱风化至出口,总的来讲围岩工程地质条件较好[2]。1984年4月隧洞放水试验时,隧洞出现严重漏水,县水利局立即委托施工单位对其进行全面水泥灌浆处理,经此次灌浆,隧洞漏水问题得到基本解决。1992年隧洞后闸竖井侧出现了较大的润湿并漏水,当隧洞没水时,漏水现象消失。2003年大坝安全鉴定进洞检查时发现输水隧洞洞身多处钢筋出露,蜂窝严重,靠近竖井的洞身有多处孔隙且伴有渗水。2010年安全加固工程对隧洞进行钢筋混凝土衬砌并对洞身进行回填灌浆、对隧洞围岩进行固结灌浆处理,但处理效果不明显,渗漏问题至今仍然存在。

2.3 渗流原因及处理建议

本次除险加固,现场进入隧洞检查发现,混凝土隧洞结构基本完整,洞内无土粒沉积,距离输水隧洞出水口侧斜坡段起点25 m 位置,隧洞顶部出现渗漏,有水柱喷出,其余部位个别位置存在轻微的腐蚀、破损、轻微露筋,一处分缝部位隧洞底部止水橡胶外露。隧洞内壁布满贝壳,底部沉积贝壳,最高处约20cm。原因分析是由于隧洞施工时在混凝土浇筑的过程中没有对上部地下水处理,在地下水集中的地方将未凝固的水泥浆带走,以致洞身多处浇筑砼成蜂窝而渗漏,2010年安全加固时处理不彻底,导致渗漏问题未得到解决。罗坑水库输水隧洞渗流性态基本安全,为防止漏水现象继续恶化,危及隧洞安全,建议对隧洞进行灌浆修复处理、清除洞壁贝壳生物和更换相关止水设施[3]。

3 输水隧洞应急除险加固施工要点

输水隧洞出口段顶部固结灌浆,局部破损处采用化学浆液砂浆修补;输水隧洞渠道进行修复处理;输水隧洞放水塔处增加步级以便观察水尺。施工项目主要为输水隧洞出口段50 m进行固结灌浆[5]。

3.1 施工交通组织

罗坑水库位于北江一级支流樟市河上游约23 km,坝址距曲江区约38 km,距罗坑镇约9 km,交通总体较为方便。根据现有交通条件,拟定以公路为对外交通方案,水库大坝至罗坑镇、曲江区均有水泥路面连接,水库对外交通较便利。对于场内施工,临时交通现状有道路的,尽量利用原有道路。根据水库各施工建筑物分布于不同高程和部位, 需新建约0.3 km 临时施工道路,路面设计为泥结石路面,宽3 m。

3.2 施工技术参数核算

为确保输水涵洞应急除锈剂加固工程计划采取的顶部固结灌浆,局部破损处采用化学浆液砂浆修补等措施能够满足加固需求,施工前工程单位需要组织人员对输水涵洞的技术参数进行核对,确认既有配筋能够满足实际需求,避免后续出现结构断裂、渗漏等异常情况。

3.2.1 断面参数

根据罗坑水库地质报告和图纸等资料,可以将隧洞分类如下表,隧洞结构计算按表中断面分别进行。

表1 输水隧洞断面参数汇总表

表2 荷载组合表

3.2.2 工况及荷载组合

根据《水工隧洞设计规范》(SL 279-2016),作用在衬砌上的荷载分为永久荷载、可变荷载和偶然荷载。不同的荷载组合见表2,其中基本荷载组合最不利工况为③设计水位(管内满水),特殊荷载组合最不利工况为⑤校核水位(管内满水),本次施工技术参数核对需对此2种最不利工况进行结构计算[4]。

3.2.3 计算参数

设计洪水位287.31 m,校核洪水位289.00 m,衬砌弹性模量25 500 MPa,混凝土保护层厚度40 mm,承载力安全系数K取值见表3。

表3 混凝土结构构件的承载力安全系数K

根据规范,偏压计算时e0/h0≤0.55的偏心受压构件在正常使用阶段裂缝宽度很小,可不必验算裂缝宽度。结果表明,当前断面配筋符合现场输水涵洞运行需求,无需在施工阶段进行额外配筋加固处理。根据以上施工技术参数计算,应用于加固工程施工中,具体输水隧洞加固施工如下。

3.3 固结灌浆施工

3.3.1 灌浆孔定位钻孔

固结灌浆施工主要涉及定位灌浆孔位、钻孔、洗孔、压水试验、灌浆封孔等工序流程。在本工程定位过程中,施工人员通常需要在隧洞顶拱中心角90°～120°区域内布置灌浆孔,安装梅花形将灌浆孔分为两序并分序加密,按先一序孔后二序孔,先低端孔后高端孔顺序依次灌浆。钻孔期间,施工人员需要严格控制钻机角度,避免开孔位置与设计不符,同时做好钻孔深度、衬砌混凝土厚度等相关数据;针对钢筋阻挡等异常情况,则需要在10 cm范围内通过移动进行规避,避免对钢筋造成损伤;钻孔人员需要对钻进速度、压力等参数进行控制,结合参数变化情况、断层地质结构分布情况进行参数控制。

3.3.2 灌浆孔清洗及灌浆检测

钻孔完毕后,施工人员可通过压力水对裂隙及孔壁部位进行清晰,水压参数需要结合灌浆压力进行调整,前者通常需要达到后者最大值的80%,冲洗终止时间需要在回水澄清的基础上继续冲洗10 min,冲洗期间应避免出现异物落入孔内堵塞等异常情况。灌浆施工需要借助灌浆泵开展,施工人员需要对灌浆压力参数合理控制,避免压力超限造成仪器损坏等问题;为确保灌注施工质量,工作人员需要合理应用浆液搅拌机,确保浆液连续、均匀提供;对于灌浆孔口、进浆管路、灌浆泵等部位需要配置压力检测仪表,同时做好仪表与管路间的隔浆控制,避免造成仪表损伤影响读数准确性,还需要定期对仪表精度进行检测,避免影响施工质量。

3.3.3 浆液制备

在浆液制备阶段,施工人员需要结合施工方案、设计规范要求合理选用水泥、外加剂、掺合料等材料,通过配合比测试、试验段试验等方式,经检测材料及配比合格后方可用于后续施工,配置浆液期间也需要对各材料的用量进行精准测量,避免存在5%以上的用量误差。施工人员需要严格控制浆液搅拌的均匀性,定时对浆液密度相关参数进行测量记录,当应用高速搅拌机对水泥浆液进行拌制时,需要避免时间过短,应维持在30 s以上,同时也需要避免时间超出4 h;为提升细水泥浆液的稳定性,施工人员需要适当应用减水剂,并结合试验数据合理控制搅拌时间,最终搅拌制作时间需要控制在2 h范围内。

3.3.4 灌浆方法

3.3.5 异常情况处置

在本项工程中,工程单位针对固结灌浆期间出现的漏浆、冒浆等异常情况,需要结合现场实际情况进行问题处理,常用的解决方法主要为间歇灌浆、浆液浓度提升、降低灌浆压力、封堵表面、嵌缝等。对于窜浆问题,现场人员可以通过并联灌浆的方式同时对相互窜浆的孔进行灌浆处理,必要时先将窜浆的孔位封堵,待相应施工完成后对该孔进行处理。针对施工现场出现的回浆变浓问题,施工人员需要灌注新浆液,浆液的水灰比需要保持相同,当回浆变浓无法解决时则需要在持续灌浆3 0min后终止灌浆;灌浆的连续性对施工质量具有较大影响,在现场施工阶段如有异常中断问题,则需要对中断时间进行严格控制,避免灌浆间隔时长过大;当间隔时长超出30 min时,施工人员需要进行洗孔或扫孔处理;中断后重新灌浆时,则需要结合耗浆量等参数选用水灰比等不同类型的浆液灌浆。

4 结语

综上所述,本工程完成后,输水隧洞应急除险加工工程解决了罗坑水库周边的灌溉、用电及防洪问题,对改善该地区生产生活环境、促进社会经济稳定均衡发展具有积极意义。在未考虑社会效益的情况下,计算所得的经济内部回收率大于国家对水利项目回收率8%的要求,说明该项目从经济上来说是可行的,具有良好的经济效果,建议抓紧实施。