引黃工程北干線1號洞管片接縫超標處理方法

雷呂麗

（山西省萬家寨引黃工程管理局，山西 太原 030012）

1 工程概況

山西省萬家寨引黃工程北干線1號洞位于朔州市平魯區賈堡至中溝灣間，洞長43.6 km，引水流量22.2 m3/s。主體分為3個標，Ⅰ，Ⅱ標采用鉆爆法施工，Ⅲ標采用全斷面掘進機施工，均為圓形斷面。Ⅲ標采用1臺掘進機從1號洞出口向上游掘進，襯砌為六角形預制鋼筋混凝土管片，厚25 cm，寬1.2 m。每環襯砌由4塊管片組成，管片與圍巖間用豆礫石充填后進行水泥灌漿，對管片起到支撐作用。

2 管片安裝接縫要求

應采取一切必要手段，將管片環向接縫控制在適當的范圍內，并盡可能減小縱向接縫的寬度。

通過機械連接件和安裝機械的控制，保證管片接縫平滑平順，管片襯砌環應盡可能達到精確的圓形。管片襯砌環安裝允許誤差為：徑向允許誤差±20 mm；管片的內部接縫寬度不大于5 mm，否則豆礫石回填灌漿取芯實驗和壓水實驗需滿足有關規定和要求；接縫處的最大平整度不大于5 mm。

3 管片安裝后存在問題

質量檢查后發現存在如下缺陷：部分管片間接縫錯臺較大，削弱了管片的結構強度和承載能力；部分洞段洞線低于設計高程，影響隧洞輸水能力；部分管片存在裂縫，運行期會造成內水外滲和鋼筋銹蝕，影響管片的使用壽命；部分管片接縫不嚴，存在滲漏問題，不僅造成水量損失，而且將惡化洞周圍巖的地質條件；溶洞段通過后未做進一步處理，影響隧洞結構穩定及永久運行。

4 管片襯砌縱環縫超標處理

4.1 接縫超標處理的必要性

隧洞襯砌采用預制管片拼裝式襯砌，每環管片由4個管片鑲嵌而成，管片環縫之間由定位銷聯結，縱縫之間設導向桿。根據結構分析，整個管片為空間受力狀態，環內、環間互相通過縱縫傳遞襯砌內力，因此縱縫的張開程度對整體結構的穩定可靠起到至關重要的作用，但環縫的張開度對結構影響稍差。此外，隧洞管片襯砌采用內嵌止水條形成封閉的防滲系統，縱環縫的張開度、平整度直接決定了縱縫的壓實和接觸程度，進而決定了管片襯砌的防滲可靠性和止水系統的承受內外水壓能力。

由于掘進過程中受施工控制質量及特殊圍巖條件影響，會產生一定的管片接縫錯臺和張開。較為突出的原因是管片制作過程中模具變形、安裝過程中未完全到位、豆礫石回填灌漿不及時造成管片襯砌不穩定。此外，在掘進過程中遇到的不良地質洞段如軟巖、溶洞、斷層、人為因素造成的塌方段及彎道等，也可能使管片襯砌產生較大的錯動變形，造成接縫超標。

4.2 接縫張開處理目的、原則和方法

4.2.1 處理目的

改善管片有缺陷縱縫的傳力性能，保證結構處于合理承載狀態；恢復縱環縫原有的防滲性能，保證結構在接縫處承受內外水壓力滿足要求。

4.2.2 處理原則

首先判斷接縫對結構的危害程度，確定處理方法，然后根據結構所處圍巖條件和外水情況確定加固方法、表面處理方式及材料的性能指標。

4.2.3 縱向接縫超寬缺陷處理方法

第一，無外水洞段Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ類圍巖縱向接縫超寬處理。無外水洞段Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ類圍巖管片襯砌主要起防滲作用，圍巖自承能力及抗滲性能較好。經計算，管片應力未超過混凝土允許應力，管片襯砌接縫張開應滿足防滲要求。處理原則為只對設計水位以下及以上500 mm部分進行接縫表面涂柔性防滲涂料封閉處理，涂刷厚度1.5 mm。涂刷范圍為涂料覆蓋接縫左右各60 mm。

第二，無外水洞段Ⅳ，Ⅴ類圍巖縱向接縫超寬處理。無外水洞段Ⅳ，Ⅴ類圍巖洞段管片襯砌承受荷載較大，管片應力超過混凝土允許應力，管片縱縫應按結構縫處理。處理方法為：首先對接縫表面封閉，然后采用微膨脹水泥灌漿方法來填實接縫。必要時縫兩側管片加設錨桿加固。每片管片設2根錨桿，鉆孔利用管片機械安裝孔進行。錨桿長3 m，采用直徑22 mm的Ⅱ級螺紋鋼筋，錨桿端部加墊板和螺栓，墊圈固定于管片內表面。墊板為A3鋼板，方形，邊長20 cm，厚10 mm，螺栓尾部用高標號水泥砂漿包裹抹平順。

第三，溶洞段縱向接縫超寬處理。此部分洞段接縫均應滿足結構受力和防滲要求，對需要拆除管片現澆混凝土的溶洞段，接縫不再處理。其他縱縫處理時，首先應進行接縫水泥灌漿處理，將接縫灌實，然后在接縫表面左右各60 mm范圍涂刷柔性防滲涂料，涂刷厚度1.5 mm。

第四，外水頭小于60 m洞段縱向接縫超寬處理。首先對所有超標縫采用微膨脹水泥灌實，然后對Ⅳ，Ⅴ類圍巖洞段管片加固，加固參數同無外水洞段Ⅳ，Ⅴ類圍巖接縫超寬處理。

第五，外水頭大于60 m洞段縱向接縫超寬處理。首先對接縫表面封閉處理后采用水泥灌漿方法來填實接縫，然后對超寬接縫縫周管片加設錨桿加固，加固參數同前。此外，對Ⅳ，Ⅴ類圍巖洞段管片連續三環以上縫寬超標的洞段進行固結灌漿。灌漿孔深6 m，排距2.4 m，在灌漿加固范圍內設排水孔，孔深2 m，每環4孔，環間交錯布置。

另外，轉彎段縱向接縫超寬處理可按上述五種情況進行實施。

4.2.4 環向接縫超寬缺陷處理方法

鑒于環縫對結構受力方面影響不大，處理方法以防滲為主、結構為輔。處理時首先剔除原管片結構縫表面砂漿，其次對有滲水洞段采用堵漏劑堵水，然后嵌填TK聚合物砂漿。對高外水洞段，先處理高外水，然后按上述方法處理。