美納斯水電站TBM轉彎段管片修復措施

才儉峰

【摘 要】高水頭、長引水式水電站的引水隧洞一般都使用全斷面硬巖掘進機（TBM）施工，實現開挖、出渣、襯砌同時進行，襯砌均采用預制管片，但管片均是在管片廠按照直線段的設計尺寸集中生產的標準件，而引水隧洞并不是一條筆直的直線，會根據各結構物的位置而設計不同曲率的轉彎，若轉彎段的半徑過小，將會對管片安裝產生影響，本文主要闡述轉彎段管片的缺陷處理措施。

【關鍵詞】TBM；管片；轉彎段；缺陷；處理

一、概述

Minas-San Francisco水電站（簡稱美納斯水電站）位于南美洲厄瓜多爾第三大城市Cuenca西南方向92Km，為小流量高水頭引水式水電站，引水隧洞長達14Km，其中有11Km隧洞采用雙護盾TBM施工。

美納斯水電站TBM管片采用單環四片的六邊形管片，管片內直徑φ=4800mm，厚度300mm，寬度1500mm，圓柱體軸心抗壓強度為f'c=480Kg/cm2（相當于中國標準立方體試塊抗壓強度C60）。

預制混凝土管片襯砌的質量將最終決定引水隧洞的施工質量，而美納斯水電站引水隧洞在樁號Km0+484.92～Km0+374.77處的轉彎半徑為R=120m，比TBM設計允許的最小轉彎半徑Rmin=350m小很多，因此在此段管片安裝后出現管片內側擠壓破壞、外側橫縫間隙過大、管片錯臺嚴重等問題，嚴重影響了襯砌的整體穩定和防滲性能。

二、缺陷處理的目的和原則

（一）缺陷處理的目的

管片擠壓破壞部分在高速水流作用下將會產生氣蝕現象，經過長期的運行，必將會進一步將管片破壞，從而影響整個引水隧洞的安全。

管片的橫縫和縱縫之間全部采用內嵌橡膠止水帶形成封閉的防滲系統，橫縫和縱縫張開度、平整度直接決定了管片之間的接觸程度，進而決定了管片襯砌的防滲可靠性和止水系統承受內外水壓的能力。

引水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，管片橫縫之間由定位銷聯結。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。

（二）處理原則

改善管片內部平整度，對擠壓破壞和管片錯臺較大部位進行修補，確保隧洞內水流平順，不產生氣蝕等現象；改善管片的整體結構穩定性，保證結構處于合理承載狀態；恢復橫縫和縱縫原有的防滲性能，保證結構在接縫處承受內外水壓力滿足要求。

三、施工程序

為保證管片修補質量，修補工作在管片后部豆粒石回填和灌漿結束之后進行，具體施工程序為：豆粒石噴注→管片勾縫→豆粒石灌漿→管片破損修補→管片錯臺處理→管片錨桿加固。

四、施工方法

（一）管片破損修復

管片破損部位主要是由于在轉彎段管片內側承受了大部分TBM主推油缸的壓力，造成管片橫縫部位的邊角被壓碎，因此，此處修補主要是對邊角部位進行修復。

修補材料是與管片生產用的同一種水泥、細砂（粒徑小于3mm的河砂，需經水洗、干凈、顆粒呈規則形狀）、管片生產外加劑、膠皇粘補劑（Sika Latex）和水。根據試驗配比，破損部位的修補砂漿水灰比為0.26，配合比為：水泥：細砂：高效減水劑：水=1：0.5：0.012：0.26，每立方砂漿摻加膠皇粘補劑12L（由于膠皇粘補劑中含有聚合物，使得摻有膠皇粘補劑的砂漿有超強的粘結性，抗壓強度高，從而提高其抗撓和抗拉強度。另外，摻有膠皇粘補劑的砂漿大大降低了滲透性，提高防化學品腐蝕和機械磨損的性能，并且無毒，無腐蝕性）。

修補前，采用鋼絲刷將破損部位混凝土上的松散顆粒、油脂或其他污物清理干凈，用水將混凝土充分打濕，但混凝土表面不得積水。

管片修補砂漿拌制完成后，采用泥刀將其分層涂抹至修補部位，混凝土表面空隙要充分涂滿，分層厚度不得超過2cm，待上一層修補砂漿漿體干后方可涂抹下一層，直至達到混凝土管片結構要求。

修補完成后進行適當養護，保持修補部位濕潤至少3天，保濕過程中，不得采用帶壓力的水沖刷修補部位。

（二）管片橫縫修補

管片橫縫錯臺較小，主要體現為管片縱向連接不緊密，縫面寬。因此，橫縫修補主要以恢復管片接縫處防滲為主。

首先對向外突出的管片內弧面一側鑿毛（迎水面采用1：20的坡度確定鑿毛面積，背水面按照1：10的坡度確定鑿毛面積），管片鑿毛之后用清水將修補面沖洗干凈，采用與修補破損部位相同的修補砂漿對縫面進行修復，為確保水流順暢，迎水面的修補坡度為1：20，背水面的修補坡度為1：10；管片外弧面一側依然由豆粒石回填和灌漿密實，不再做另外的處理。

（三）管片縱縫修補

管片縱縫錯臺較大的部位主要是側管片與底管片、頂管片相接處，其最大錯臺達到了20cm，既影響了整個管片襯砌的整體穩定性，又影響到了襯砌的防滲性能。為確保引水隧洞的安全運行，對管片的縱縫處采取特別加固措施。

1.管片縫面修補

縱縫錯臺高度大小不一，根據錯臺高度不同分成兩種方法進行處理：

1）錯臺高度<5cm的部位，參照橫縫處理措施進行修補，即對向外突出的管片內弧面進行鑿毛處理，清洗干凈后用與修補破損部位相同的修補砂漿進行修補抹面，表面修補坡度1：5，保證錯臺部位平順連接。

2）錯臺高度>5cm的部位，對向外突出的管片內弧面進行鑿毛處理，鑿毛面積按照1：10的修補坡度確定，鑿毛之后在修補面鋪設一層鋼筋網片（規格為φ6-150×150mm），鋼筋網片采用φ8mm的膨脹螺栓固定在管片上，膨脹螺栓按照間、排距為10×10cm布置，然后用清水將修補面清洗干凈，用與修補破損部位相同的修補砂漿進行修補抹面，表面修補坡度1：10，保證錯臺部位平順連接。

2.管片加固

對側管片與底管片、側管片與頂管片錯臺大的部位，為保持管片的整體結構穩定，每片側管片和頂管片各用2根待錨墊板的錨桿進行加固，利用管片的機械安裝孔放置錨桿。錨桿單根長度2.5m，錨入基巖內2.19m。

首先用手風鉆鉆設錨桿孔，然后對安裝孔進行擴孔（長×寬×高=150×150×35mm），目的是讓錨桿端頭的墊板盡量埋設到管片內，減少外露的長度；安裝錨桿并注漿，待漿液達到一定強度后安裝錨墊板，安裝墊板前先用修補砂漿對接觸面找平，以確保錨墊板受力均勻；為保證錨桿不在水的侵蝕下而腐蝕，錨桿外露端頭用修補砂漿進行封錨，封錨之前先在管片和錨墊板表明涂刷一層Sikadur 32 Primer粘結劑，然后用修補砂漿進行封錨，完成后將砂漿表面打磨平整。

五、結語

厄瓜多爾美納斯水電站引水隧洞TBM轉彎段管片修復全部完成，經過各方的檢查驗收，外觀及性能指標均達到設計要求，管片整體結構穩定，證明采用該種管片修復方法切實可行，可以為其他類似工程施工提供借鑒意義。endprint