潮河泄空隧洞混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測及評價

胡明罡 高云柱

(北京市密云水庫管理處， 北京 101500)

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潮河泄空隧洞混凝土結(jié)構(gòu)安全檢測及評價

胡明罡 高云柱

(北京市密云水庫管理處， 北京 101500)

南水北調(diào)工程完工后，未來密云水庫將在高水位持續(xù)運行，特殊時期需要緊急騰空庫容情況下，潮河泄空隧洞的安全運行就顯得尤為重要。為確保泄空隧洞安全運行，開展了潮河泄空隧洞的安全檢測，評價隧洞運行現(xiàn)狀。經(jīng)檢查檢測發(fā)現(xiàn)洞身分布有較多環(huán)向發(fā)展裂縫，洞身混凝土表面侵蝕較嚴重，鋼筋保護層厚度減小；進口閘門井混凝土強度較低，碳化深度較大；建議對洞身侵蝕較嚴重區(qū)域進行修補處理。

潮河; 泄空隧洞; 混凝土; 安全檢測

1 前 言

密云水庫面積180 km2，庫容43.75億m3，控制流域面積15700 km2，白河和潮河是兩大入庫河流。隨著國民經(jīng)濟建設(shè)的發(fā)展，密云水庫任務(wù)由防洪、灌溉為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐猿鞘泄┧⒎篮闉橹鳌Ｗ鳛槿A北地區(qū)最大的水庫及北京最大的飲用水源供應(yīng)地，工程安全至關(guān)重要。

近些年，密云水庫一直在較低水位運行，南水北調(diào)工程完工后，部分向城區(qū)周邊各水廠供水以外，其余來水將通過京密引水渠加壓輸水至密云水庫，未來水庫將在高水位下持續(xù)運行，加大了工程運行期的風(fēng)險。在洪水期或其他特殊時期需要緊急騰空庫容的情況下，泄空隧洞的安全運行就顯得尤為重要。

密云水庫已建成多年，潮河泄空隧洞至今仍未進行過全面安全檢測。為確保潮河泄空隧洞安全運行，消除工程安全隱患，依據(jù)《水工混凝土建筑物缺陷檢測和評估技術(shù)規(guī)程》《水工混凝土試驗規(guī)程》《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》及《水閘安全鑒定規(guī)定》等現(xiàn)行規(guī)范開展了潮河泄空隧洞的安全檢測與評價。

2 工程概況

潮河泄空隧洞位于潮河主壩右壩頭，全長697.889m，洞身距壩肩30余m，進出口距壩軸線分別為300m和260m，包括進口段、閘門井上游洞身段、閘門井、閘門井下游洞身段、出口段及尾水渠。上游檢修閘門井中心樁號0+000，距隧洞進口159.945m，檢修平板閘門尺寸2.8m×3.7m，洞身內(nèi)徑3.7m圓形斷面，出口閘室內(nèi)設(shè)3.5m×2.5m弧形閘門。

3 安全檢測內(nèi)容及評價

安全檢測內(nèi)容包括潮河泄空隧洞老化病害狀況的普查(見圖1)和專項檢測(見圖2)，其中，普查內(nèi)容包括隧洞的缺陷、裂縫、剝蝕、伸縮縫狀況等；專項檢測包括隧洞襯砌的抗壓強度、碳化深度、鋼筋保護層厚度、分布間距、鋼筋銹蝕程度及隧洞斷面尺寸復(fù)核等。

圖1 泄空隧洞外觀質(zhì)量檢測

圖2 泄空隧洞洞身專項檢測

3.1 外觀質(zhì)量

隧洞外觀質(zhì)量整體尚可，洞身主要缺陷表現(xiàn)為裂縫和混凝土表面侵蝕露筋。普查中共發(fā)現(xiàn)裂縫26條，寬度大于2mm的3條，均為半環(huán)形裂縫，且在洞身0+242左右兩側(cè)底部至拱頂，有近似完整環(huán)縫，裂縫較細，有鈣質(zhì)析出；其余洞身裂縫特征基本一致，多出現(xiàn)在混凝土澆筑分縫段的中間位置，代表性裂縫均較細。利用超聲波法及表面波法檢測混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，深度均較小。洞身混凝土靠近進口閘門0～0+120范圍內(nèi)沖刷較嚴重，部分區(qū)域露出鋼筋網(wǎng)格，拱頂有銹蝕痕跡，洞身底部(左右30°范圍內(nèi))多處出現(xiàn)連續(xù)露筋。

3.2 抗壓強度

采用回彈法檢測襯砌混凝土抗壓強度具有操作簡單、檢測便捷和費用較低等優(yōu)點。潮河泄空洞混凝土襯砌原設(shè)計標號均為200號，利用回彈法檢測得到出口閘室柱子、出水口閘墩左邊墻、出水口閘墩右邊墩、進水口閘室邊墻、洞身0+50～0+451段及出口左側(cè)翼墻的抗壓強度的直方圖見圖3，檢測結(jié)果抗壓強度最低為13.1MPa，位于進水口閘室邊墻，最高為44.7MPa，位于洞身0+203處。鉆芯取樣混凝土抗壓強度檢測的取樣位置位于隧洞出口泄槽左側(cè)翼墻頂部，該位置混凝土強度原設(shè)計標號為200號，芯樣抗壓強度為28.8MPa。檢測結(jié)果表明除進口閘室部位閘門井邊墻強度低于原設(shè)計混凝土標號指標外，其余各部位混凝土強度均滿足原設(shè)計要求。

圖3 泄空隧洞混凝土襯砌抗壓強度直方圖

3.3 碳化深度

混凝土碳化深度檢測結(jié)果見下頁表，檢測結(jié)果表明，隧洞進口閘室段和出口翼墻碳化深度相對較大，其余洞身段碳化深度均較小，平均碳化深度僅3.8mm，遠小于混凝土的設(shè)計保護層厚度，隧洞洞身混凝土襯砌鋼筋處于未銹蝕狀態(tài)。

潮河泄空隧洞混凝土碳化深度檢測結(jié)果表 單位：mm

3.4 鋼筋保護層厚度

鋼筋保護層厚度檢測結(jié)果直方圖見圖4，檢測結(jié)果表明，出口閘室頂梁梁底、出水口閘墩左邊墻、出水口閘墩右邊墩、進水口閘室邊墻、洞身0+50～0+451段及出口左側(cè)翼墻多處鋼筋保護層厚度較小，低于原設(shè)計標準50mm；洞身0+70處保護層厚度僅11mm。結(jié)合外觀檢測結(jié)果，保護層較薄處可從混凝土外面清晰地看出鋼筋網(wǎng)，個別部位出現(xiàn)連續(xù)露筋。從鋼筋保護層厚度分布統(tǒng)計結(jié)果看，小于50mm的占53%，其中洞身部分占33%。

圖4 泄空隧洞混凝土鋼筋保護層厚度直方圖

3.5 鋼筋銹蝕

鋼筋銹蝕采用儀器檢測和綜合分析評定，在泄空隧洞洞身和出口閘室底板各布置一檢測區(qū)，采用鋼筋銹蝕儀進行銹蝕發(fā)生概率檢測。泄空洞洞身測區(qū)選擇鋼筋保護層厚度較小的區(qū)域，測區(qū)面積為1m×1m，每隔15cm布設(shè)1個測點，測點數(shù)共計49個，電位值范圍-93～-19mV，平均電位值-57mV，半電位法檢測等值線圖見圖5。泄空洞出口漸變段測區(qū)面積為1m×1m，每隔15cm布設(shè)1測點。檢測點數(shù)共計49個，電位值范圍-342～-228mV，平均電位值-294mV，半電位法檢測等值線圖見圖6。

圖5 洞身鋼筋銹蝕電位圖

圖6 出口漸變段鋼筋銹蝕電位圖

檢測結(jié)果表明，洞身段產(chǎn)生鋼筋銹蝕的可能性較低，洞身露筋區(qū)僅為外露鋼筋的表面銹蝕；綜合外觀檢查、碳化深度測量結(jié)果及電位法檢測結(jié)果，可以看出未出現(xiàn)明顯銹蝕痕跡。

3.6 探地雷達掃描

探地雷達掃描采用8000Hz天線，在洞身襯砌左右各布設(shè)一條測線，每條測線延水流方向進行掃描。檢測結(jié)果顯示，受檢區(qū)段部分鋼筋網(wǎng)片在深度方向有起伏，多處鋼筋保護層厚度偏薄，0+013～0+019左側(cè)拱腰混凝土局部內(nèi)部有脫空現(xiàn)象，脫空深度約0.3m。

3.7 隧洞斷面尺寸復(fù)核

采用隧洞斷面儀對泄空洞典型斷面尺寸復(fù)核，通過與原設(shè)計標準比較，來確定隧洞斷面的尺寸偏差及整體變形情況。潮河泄空隧洞共選擇3個斷面進行測量，檢測結(jié)果表明，所檢斷面形狀和尺寸與原設(shè)計標準基本一致，正負偏差均很小，斷面無明顯整體變形。

4 安全評價

密云水庫潮河泄空洞的作用極其重要，雖然正常運行時期并不使用，一旦遇地震或其他特殊情況需要緊急放空水庫時，是泄空潮河庫區(qū)140m高程以下庫水的唯一通道。因此潮河泄空洞不論在任何時期都必須保持良好的安全狀態(tài)，以備不時之需。

潮河泄空洞建成幾十年，目前存在的主要問題為混凝土的老化病害，經(jīng)檢測混凝土強度除進口閘邊墻強度低于原設(shè)計混凝土標號指標外其他部位滿足要求；進口閘和隧洞出口碳化深度較大；隧洞洞身表面侵蝕較嚴重，分布較多環(huán)向發(fā)展裂縫，局部有脫空，保護層厚度小于規(guī)范要求，露出鋼筋表面有銹蝕痕跡。雖然現(xiàn)在的混凝土質(zhì)量尚能維持工程運行，但考慮該建筑物投入運行時間長、老化問題突出，一旦過水高速水流易對混凝土產(chǎn)生侵蝕，因此建議對混凝土老化病害區(qū)域進行徹底的工程治理。

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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