引大入秦工程盤道嶺隧洞病害特征分析

引大入秦工程盤道嶺隧洞病害特征分析

胡普年

(甘肅省引大入秦工程管理局， 甘肅 永登730300)

【摘要】盤道嶺隧洞是“引大入秦”灌溉工程總干渠上第37號(hào)隧洞，隨著第五個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)——蘭州新區(qū)的成立，引大入秦工程將承擔(dān)為新區(qū)生產(chǎn)生活供水的任務(wù)。但是由于工程地質(zhì)條件復(fù)雜，隧洞在建期間和運(yùn)營(yíng)后出現(xiàn)了襯砌裂縫、滲漏水、地下水的侵蝕等病害問(wèn)題，多次維修仍不能控制。通過(guò)對(duì)維修期間襯砌裂縫監(jiān)測(cè)和地下水化學(xué)組成的分析，表明地下水對(duì)襯砌的侵蝕和裂縫的發(fā)展有促進(jìn)作用，是隧洞病害的重要因素。

【關(guān)鍵詞】盤道嶺； 襯砌裂縫； 滲漏水； 地下水侵蝕

中圖分類號(hào)：TV554文獻(xiàn)標(biāo)志碼： B

Analysis of Datong River Diversion to Qinwangchuan Project

Pandaoling Tunnel Disease Characteristics

HU Pu-nian

(GansuDatongRiverDiversiontoQinwangchuanProjectAdministration,Yongdeng730300,China)

Abstract：Pandaoling Tunnel is No. 37 tunnel on total main canal of Datong River Diversion to Qinwangchuan Irrigation Project. Datong River Diversion to Qinwangchuan Project will assume the task of supplying water for production and life in new district with the establishment of the fifth National New District—Lanzhou New District. The tunnel suffers from various disease problems during construction and after operation such as lining crack, seepage water, groundwater corrosion, etc. due to the complex engineering geological conditions. The problems still cannot be controlled after maintenance for many times. It is indicated that groundwater can promote lining corrosion and crack development through monitoring lining cracks during maintenance and analyzing groundwater chemical composition. It is an important factor of tunnel disease.

Keywords：Pandaoling; lining crack; seepage water; groundwater erosion

1引言

甘肅省“引大入秦”工程將大通河水跨流域調(diào)至蘭州市以北60km秦王川地區(qū)。該工程始于1976年，歷時(shí)近20年，1994年總干渠全線貫通。盤道嶺隧洞是“引大入秦”灌溉工程總干渠上第37號(hào)隧洞，隧洞進(jìn)口位于大沙溝雙牛村，里程樁為76+235，出口位于毛家溝的許家場(chǎng)子附近，樁號(hào)91+958.154，隧洞全長(zhǎng)15723m，線路總的走向近于正東，最大埋深約400m，隧洞進(jìn)出口洞門及斜井口均位于溝谷一側(cè)階地上。施工場(chǎng)地開(kāi)闊，便于施工布置和連接對(duì)外交通。“引大入秦”工程總干渠貫通后，相繼發(fā)生多起滲漏事故，滲漏問(wèn)題以及由此引發(fā)的隱患至今尚未徹底解除。隧洞運(yùn)營(yíng)期間在進(jìn)口段和出口段都產(chǎn)生縱向和環(huán)向裂縫，且開(kāi)展寬度較大，并有發(fā)展的趨勢(shì)。近年來(lái)，隨著“引大入秦”灌區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是隨著第五個(gè)國(guó)家級(jí)新區(qū)—蘭州新區(qū)的成立，引大入秦工程將承擔(dān)為新區(qū)生產(chǎn)生活供水的任務(wù)。因此，引大入秦工程的作用越發(fā)顯得重要，而盤道嶺隧洞作為重點(diǎn)控制工程，迫切要求對(duì)其病害進(jìn)行全面調(diào)研和綜合整治。

2隧洞工程地質(zhì)概況

2.1施工揭露的地層巖性

2.2地下水分布及化學(xué)性質(zhì)

盤道嶺隧洞地處大氣降水稀少的干旱區(qū)，地層巖性多為弱透水和相對(duì)不透水，地下水較貧乏，且分布不均。據(jù)勘探：地下水多沿裂隙、斷層面交界處及以層間水形式滴、滲、涌出，第三系與白堊系地層中均有地下水出露，地下水的補(bǔ)給受區(qū)域地形、地貌、地層巖性、構(gòu)造斷裂的控制，補(bǔ)給量差異較大，主要由大氣降水和第四系孔隙潛水、構(gòu)造裂隙水補(bǔ)給。洞身部位遇到的地下水對(duì)施工造成的影響段總長(zhǎng)度約5800m，除洞口段300m長(zhǎng)的地下水對(duì)普通混凝土無(wú)侵蝕性外，其余洞段地下水對(duì)普通混凝土均有不同程度的結(jié)晶性硫酸鹽型侵蝕，且越向進(jìn)口方向侵蝕性越強(qiáng)。白堊系地層中地下水分布有顯著的不均一性，往往呈帶狀分布，由于地下水的存在，使斷層泥沙質(zhì)黏土巖泥化，不利于巖體穩(wěn)定，并容易造成偏壓。對(duì)盤道嶺隧洞地下水化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，詳見(jiàn)表1。對(duì)施工開(kāi)挖揭露的工程地質(zhì)條件和施工監(jiān)控量測(cè)結(jié)果的總結(jié)分析表明：

a.在有地下水洞段，圍巖收斂值明顯高于無(wú)地下水段，并產(chǎn)生最大值4.6%(拱頂下沉80mm，內(nèi)空變形43.3mm，231mm)。

b.存在地下水洞段，礦化度較高，最高為33394mg/L。

表1　盤道嶺隧洞地下水化學(xué)性質(zhì)測(cè)試結(jié)果

2.3施工圍巖分類與支護(hù)形式

盤道嶺隧洞所穿過(guò)的地層絕大多數(shù)是極軟巖，圍巖巖土無(wú)支護(hù)，自穩(wěn)時(shí)間短，變形速度快且具有塑性流變特征，巖石遇水易軟化崩解，工程地質(zhì)條件惡劣復(fù)雜。根據(jù)對(duì)隧洞圍巖穩(wěn)定性因素和圍巖變形特征的分析，采用多因素綜合分類分段的原則，將盤道嶺隧洞圍巖劃分為一般穩(wěn)定(Ⅲ級(jí))、不穩(wěn)定(Ⅳ級(jí))、極不穩(wěn)定類(Ⅴ級(jí))三個(gè)大類。Ⅲ級(jí)圍巖長(zhǎng)3182.15m，占洞長(zhǎng)的20.2%；Ⅳ級(jí)圍巖長(zhǎng)3122.33m，占洞長(zhǎng)的19.9%；Ⅴ級(jí)圍巖長(zhǎng)9418.64m，占洞長(zhǎng)的59.6%。經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，共4類(見(jiàn)下頁(yè)圖1)10種襯砌形式適應(yīng)圍巖施工。根據(jù)施工時(shí)對(duì)圍巖變形的肉眼觀測(cè)，收斂變形量測(cè)，巖體內(nèi)部位移測(cè)量，圍巖與二襯間、二襯內(nèi)部應(yīng)力、錨桿應(yīng)力、鋼拱架應(yīng)力、二襯混凝土裂縫變化量測(cè)、室內(nèi)巖石蠕變?cè)囼?yàn)等，確定圍巖的變形特征，施工時(shí)測(cè)量的收斂變形最大值為4.6%(拱頂下沉80mm，內(nèi)空變形43.3mm，231mm)。見(jiàn)表2。

表2　隧洞收斂統(tǒng)計(jì)

支護(hù)襯砌斷面圖 [2-3]

3病害類型及分布

3.1襯砌裂縫

盤道嶺隧洞二次襯砌混凝土在施工期和運(yùn)行期，均發(fā)現(xiàn)不同程度的縱向、斜向及環(huán)向裂縫，給隧洞長(zhǎng)期的安全運(yùn)行造成影響。1991年對(duì)完成的長(zhǎng)12911.5m的襯砌進(jìn)行裂縫調(diào)查，調(diào)查重點(diǎn)是拱墻縱、斜向裂縫和環(huán)向裂縫，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表3所示。底板混凝土有縱向裂縫9條，共長(zhǎng)162m，最大裂縫寬度δ為6.5mm，有明顯上抬跡象，裂縫寬度大于1.0mm的有6條，共長(zhǎng)149m，占總長(zhǎng)的92%，底板未發(fā)現(xiàn)環(huán)向裂縫。開(kāi)始定期監(jiān)測(cè)拱墻77+686～79+475段，裂縫20條，有地下水滲出，水量不大，最大裂縫寬度δ為3.54mm，平均寬度0.65mm，經(jīng)一年監(jiān)測(cè)，20條測(cè)點(diǎn)裂縫的平均寬度為1.71mm，平均增長(zhǎng)1.06mm，而裂縫寬度的最大增加值為1.9mm[4]。

表3　盤道嶺隧洞1991年裂縫統(tǒng)計(jì) [4]

3.2襯砌漏水

3.3襯砌侵蝕

4病害成因分析

查閱施工資料，盤道嶺隧洞拱頂在一次支護(hù)噴混凝土與圍巖之間存在空隙，部分洞段側(cè)墻一次支護(hù)存在“空聲”區(qū)，其余洞段開(kāi)挖過(guò)程中局部坍落，坍塌頻繁，存在回填不密實(shí)的情況。除隧洞圍巖外，巖體巖性一般軟～極軟，遇水易軟化、崩解，有塑性流變特征，地下水對(duì)普通混凝土有結(jié)晶性硫酸鹽型侵蝕等，除卻復(fù)雜的工程地質(zhì)與水文地質(zhì)環(huán)境外，隧洞斷面形狀和圍巖巖體具有塑性流變特征的不適應(yīng)是產(chǎn)生裂縫的原因之一。而施工單位采用與錨噴支護(hù)設(shè)計(jì)原理相違背的鋼拱架代替錨桿，在有塑性流變特征巖體和塑性地壓大的巖體中，取消了錨桿或系統(tǒng)錨桿未對(duì)鋼插板背后的空間進(jìn)行回填漿處理等，是二次襯砌產(chǎn)生裂縫的重要原因[7]。

5結(jié)論

a.隧洞地下水的出露是造成混凝土腐蝕的直接原因，洞內(nèi)漏水、出水以及毛細(xì)水作用范圍內(nèi)的不密實(shí)處、細(xì)裂縫處都會(huì)有侵蝕和溶出性侵蝕的發(fā)生，對(duì)裂縫的發(fā)展提供了物理環(huán)境和化學(xué)反應(yīng)。

c.根據(jù)病險(xiǎn)情況，對(duì)洞內(nèi)素混凝土襯砌段進(jìn)行改造加固處理。如：拆除改建，采用鋼拱架、錨桿等加強(qiáng)支護(hù)、加強(qiáng)防滲襯砌，并在混凝土中采用抗硫酸鹽水泥等措施。

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