碳纖維布在三道河水庫低輸水隧洞加固工程中的應用

張建華 周 波 楊立濤

(襄陽市三道河水電工程管理局， 湖北 襄陽 441500)

碳纖維布在三道河水庫低輸水隧洞加固工程中的應用

張建華 周 波 楊立濤

(襄陽市三道河水電工程管理局， 湖北 襄陽 441500)

碳纖維布加固技術是利用高性能黏結劑將碳纖維粘貼在結構件表面，通過共同作用，大幅度提高結構件承載力和耐久性，達到對結構件補強加固及改善受力性能的目的。該材料應用在三道河水庫輸水隧洞加固工程中，施工簡便，性能可靠，縮短了工期，降低了施工成本，達到了防漏和補強加固效果。

隧洞； 碳纖維布； 應用

1 工程概況

三道河水庫位于湖北省南漳縣蠻河上游，由主壩、副壩(1號、2號、3號、4號)、溢洪道、灌溉高輸水隧洞及低輸水隧洞、4座水電站等組成，是一座以灌溉、防洪為主，兼顧供水發電、養殖等綜合利用的大(2)型水庫。工程于1958年興建，1966年基本建成并發揮效益。

低輸水隧洞位于3號副壩壩下，長250m，進口底部高程112.70m，出口底部高程111.08m，縱坡1/280。洞身為0.40m厚、直徑1.60m半圓形和1.60m×0.90m矩形城門洞形鋼筋混凝土結構。1977年，為提高水資源利用率，在低輸水隧洞出口修建電站，隧洞內襯直徑1m、厚度10mm引水鋼管，鋼襯和隧洞之間用塊石混凝土填充。低輸水隧洞承擔著南漳縣城區生活用水、農業灌溉用水及幾個大型廠礦工業用水的供水任務。

2 隧洞滲漏成因分析

2011年10月28日，水庫管理人員在例行檢查時，發現低輸水隧洞出口處存在滲漏現象，滲漏量為25～30L/s。

經對該隧洞歷史資料考證、分析，隧洞內襯鋼管滲漏，主要是受建設時施工工藝、條件和環境限制，隧洞與內襯鋼管間塊石混凝土填充不密實、焊接質量不高，且在水侵蝕下，缺陷及薄弱部位銹蝕洞穿，形成滲漏通道所致。

3 隧洞補強加固設計

3.1 方案一：拆除重建方案

拆除重建內襯壓力鋼管，直徑為1.20m、壁厚為10mm，內襯鋼管與隧洞間回填灌漿(見圖1)。

圖1 灌漿管路布置示意圖

3.2 方案二：補強加固方案

鋼管漏水部位封堵，全斷面粘貼碳纖維布補強加固，內襯鋼管與隧洞間回填灌漿(見圖2)。

圖2 壓力鋼管與脫空區域及裂縫示意圖

3.3 方案比較

根據工程特點及實際運行情況，經三道河水庫低輸水隧洞加固項目設計審查會審查，同意采用碳纖維布補強加固方案(見表1)。

表1 工程加固方案比較

4 碳纖維布材料性能及施工程序

4.1 碳纖維布材料性能

碳纖維布是一種含碳量高于90%的無機高分子單向碳纖維加固產品，是一種力學性能優異的新材料，兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，具有重量輕、強度大、模量高、密度低等特點。材料與浸漬膠配套使用可提高結構件承載力和耐久性，達到對結構件補強加固及增強受力性能的目的。該材料基本不增加構件自重及截面尺寸，施工便捷，無需大型機械與固定設施，工效高，不生銹，具有抗酸堿腐蝕和高耐久性，特別適合腐蝕環境中扭曲面、節點等復雜結構的補強加固(見表2、表3)。

表2 碳纖維布主要物理性能

續表

注 試驗用混凝土強度為： C40；拉伸速度： 2mm/min；理論厚度： 0.111mm。

表3 WSX碳纖維黏接材料主要物理性能

4.2 碳纖維布施工程序

基本步驟：施工導流→施工準備→標記滲漏點→內壁除銹→修補找平→回填灌漿→粘貼碳纖維布→檢查養護→表面防護→洞外恢復。

5施工工藝要點及質量控制

5.1 施工導流

采用圓形鋼板夾環形堵水氣囊，中間焊接導流管，平整管道內壁，堵水氣囊置于進水口處充氣，阻塞水流。上游閘后滲漏水由導流管、排水管排至隧洞外，建造干燥施工環境。如圖3所示。

圖3 施工導流

5.2質量控制

?檢查施工機具、黏結劑、碳纖維布配備情況，詳細標記加固部位；?清除管壁銹蝕層，露出新鮮層，壓縮空氣吹凈表面，酒精擦拭、碘鎢燈加溫保持干燥，修補膠封堵滲漏點，表面修復平整；?灌漿壓力0.20MPa，水泥漿密度1.50g/cm3，對脫空區域回填灌漿，灌漿孔拆除補強；?將A、B 兩組WSX黏接料按重量比 4∶1比例配制基底膠，攪拌均勻，涂刷均勻，不平部位反復涂刷，厚度不超過1mm；?將 A、B兩組WSX黏接料分別攪拌均勻，按重量比 4∶1比例倒入容器攪拌。電動攪拌時間一般不少于 5min，一次調膠一般以 6～10kg 為宜。均勻涂刷于修復面，將碳纖維布用手輕壓貼于管壁，沿隧洞環向粘貼，縱向搭接100mm，上游環箍邊緣粘在下游環箍邊緣上，搭接長度50mm。纖維方向搭接長度不小于10mm，各層搭接位置相互錯開。專用滾筒或刮刀沿纖維方向反復滾壓，擠除氣泡，使浸漬膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼時重復上述步驟，待纖維布表面干燥時即進行下一層粘貼，最后一層碳纖維布表面涂刷一層浸漬膠。

5.3 養護、質量檢查

碘鎢燈加溫養護固化后，檢查粘貼質量，小錘輕輕敲擊碳纖維布表面，以回聲判斷粘結效果。如出現空鼓等不密實現象，應采取措施進行修復：當單個空鼓面積小于1000mm2時，用注射器注膠修復；當單個空鼓面積大于1000mm2時，沿空鼓邊沿，將空鼓部分碳纖維布割除，以每邊向外緣擴展100mm大小的碳纖維材料補貼在原處。

5.4 表面防護

表面采用107膠水摻入高標號水泥涂刮2遍。

6 施工注意事項

若環境溫度小于5℃，采取加溫、保溫措施，方可施工；工業酒精、結構膠應密閉儲存，遠離火源，工作場地嚴禁煙火；碳纖維布為導電材料，應盡量遠離電器設備及電源；WSX浸漬膠要涂刷厚些，專用滾筒或刮刀碾壓時要始終保持一個方向，使黏結料充分滲透碳纖維；配置及使用黏結劑必須通風良好，做好防護；碳纖維布粘貼后，嚴禁進行敲擊、焊接、開孔等；施工中做好隧洞內通風、照明及防毒面具的佩戴等防護工作。

圖4 三道河水庫低輸水隧洞加固效果

7 結 語

碳纖維布在三道河水庫低輸水隧洞補強加固工程中的應用表明：碳纖維布補強加固技術，襯管受力性能得到增強；施工便捷，工期短；節省工程投資。工程完工后運行4年來，未發現滲漏現象，值得借鑒與推廣。

[1] 李濤，陳來發，上官江，等.碳纖維布在青山水庫引水隧洞加固中的應用[J].人民長江,2011(12).

[2] 秦慶紅.青崗峽水電站引水鋼管回填補強施工[J].東北水利水電,2007(10).

[3] 李彥軍，劉志奇.碳纖維布加固技術在水工隧洞中的應用[J].人民黃河,2007(4).

[4] 魏曉斌，雷艷，霍國良，等.水電站壓力鋼管碳纖維布補強加固試驗研究[J].武漢大學學報,2010(6).

[5] 何芳芳，周安，陳凱，等.圓形鋼質壓力管道碳纖維布加固研究[J].工程與建設,2013(3).

Application of CFRP in Sandaohe Reservoir low water conveyance tunnel reinforcement project

ZHANG Jianhua, ZHOU Bo,YANG Litao

(XiangyangSandaoheHydropowerEngineeringManagementBureau,Xiangyang441500,China)

CFRP reinforcement technology can greatly improve structure bearing capacity and durability through mutual effect refers, which is utilized high-performance adhesives for attaching carbon fiber on the surface of structures. Thereby reaching the purposes of reinforcing and strengthening structures, and improving mechanical properties. The material is applied in Sandaohe Reservoir low water conveyance tunnel reinforcement project. It is characterized by simple construction, reliable performance and construction duration reduction. Leakage prevention and reinforcement effects are reached.

tunnel; CFRP; application

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.03.002

TV672+.2

B

1005-4774(2017)03- 0003- 04