某水庫(kù)除險(xiǎn)加固中引水隧洞存在的問(wèn)題及處理措施

周小明，王旭東

（江西省水利水電建設(shè)有限公司，江西 南昌 330025）

1 工程概況

該水庫(kù)大壩為細(xì)石砼砌塊石雙曲拱壩，壩頂高程151.8 m，防浪墻頂高程152.70 m，最大壩高42 m，壩項(xiàng)寬3.0 m(含防浪墻)，壩頂弧長(zhǎng)191.0 m。沖砂孔埋在壩內(nèi)，內(nèi)徑為0.6 m，采用鋼管襯套，放水孔中心高程為115.0 m，底高程為114.7 m，壩后接閘閥。溢洪道位于大壩中部，為鋼筋混凝土實(shí)用堰,堰頂高程150.0 m，溢洪道凈寬73 m，挑流消能，鼻坎高程147.136 m，反弧半徑R＝4.0 m，挑射角15°。引水隧洞布置在大壩左岸，采用圓形有壓洞設(shè)計(jì)，內(nèi)徑1.8 m，長(zhǎng)度1.78 km，進(jìn)洞口底高程為122.5 m，出洞口底高程為98.0 m。隧洞距離出口50 m 設(shè)置一直徑為4.0 m 圓筒式調(diào)壓井。

該水庫(kù)是一座以發(fā)電為主兼灌溉、防洪等綜合效益的小（一）型水庫(kù)[1]，水庫(kù)關(guān)系到和平農(nóng)場(chǎng)甘埔作業(yè)區(qū)人民生命財(cái)產(chǎn)安全，水庫(kù)大壩的安全運(yùn)行及防洪安全極其重要。水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程實(shí)施后，可以提高大壩、引水隧洞等建筑物的安全性，更加有效地保證大壩下游供水及農(nóng)田的灌溉用水需求，保護(hù)下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，充分發(fā)揮工程效益。

2 隧洞現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

引水隧洞進(jìn)水口布置在大壩左岸上游約50 m 處，隧洞采用圓形有壓洞，內(nèi)徑1.8 m，長(zhǎng)度1.78 km，進(jìn)洞口底高程為122.5 m，出洞口底高程為98.0 m。隧洞末端設(shè)置一個(gè)直徑為4.0 m 圓筒式調(diào)壓井，隧洞出口連接壓力鋼管通往下游電站廠房。引水隧洞進(jìn)水口設(shè)置斜拉閘啟閉，采用直徑1300 mm 鋼管連接隧洞，并設(shè)置φ350 通氣管。現(xiàn)場(chǎng)檢查斜拉桿由于長(zhǎng)期在水位變動(dòng)區(qū)銹蝕嚴(yán)重，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)工作人員描述通氣管由于尺寸偏小，開閘時(shí)會(huì)發(fā)生井噴現(xiàn)象。引水隧洞襯砌質(zhì)量很差，普遍存在麻面和孔洞，局部曾發(fā)生過(guò)塌落。洞內(nèi)滲水現(xiàn)象隨處可見(jiàn)，且滲水點(diǎn)多、滲漏量大。后期引水隧洞曾多次進(jìn)行固結(jié)灌漿，但漏水現(xiàn)象仍未能得以解決。隧洞出口山體邊坡漏水嚴(yán)重且流量非常大，采用三角堰量測(cè)漏水量分別為：當(dāng)庫(kù)水位在高程130 m 時(shí)，流量為16.563 L/s；庫(kù)水位在高程135 m 時(shí)，流量為23.34 L/s。說(shuō)明隧洞的襯砌體和洞內(nèi)巖體之間已存在滲漏通道，庫(kù)水通過(guò)巖體向洞出口流出。隧洞除險(xiǎn)加固前現(xiàn)場(chǎng)查看情況見(jiàn)圖1。

圖1 隧洞現(xiàn)場(chǎng)滲漏水問(wèn)題

原因分析：工程建于1994 年，施工時(shí)因受條件和技術(shù)限制，實(shí)際施工質(zhì)量局部未達(dá)到規(guī)范規(guī)定要求，工程運(yùn)行中已暴露出較多的質(zhì)量問(wèn)題，因此對(duì)水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固勢(shì)在必行。

3 隧洞進(jìn)、出口工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

3.1 壓力引水隧洞工程地質(zhì)條件

水電站壓力引水隧洞全長(zhǎng)1.78 km，直徑1.8 m，在大壩上游左岸山體進(jìn)洞，進(jìn)洞口高程為122.5 m，出洞口高程為98.0 m，隧洞沿線地形起伏，沿線經(jīng)過(guò)一大沖溝。隧洞區(qū)高程大部分在120 m 以上，最高達(dá)300 m～320 m，隧洞沿線地表多為第四系坡積物所覆蓋，偶見(jiàn)有基巖出露，進(jìn)洞口至洞線300 m 左右?guī)r石為燕山早期粗粒花崗巖，洞線300 m 至洞出口巖石為朱羅系南園組凝灰熔巖。

3.2 隧洞進(jìn)口工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

引水隧洞進(jìn)洞口位于近壩庫(kù)區(qū)左岸，進(jìn)口洞底高程122 m，距離左壩肩約80 m，進(jìn)口山體屬剝蝕丘陵地貌，山體大部分被第四系坡積物覆蓋，進(jìn)洞口附近分布為強(qiáng)～弱風(fēng)化花崗巖，以弱風(fēng)化巖為主，巖體節(jié)理裂隙較發(fā)育，節(jié)理裂隙以高傾角為主，無(wú)不利結(jié)構(gòu)面組合。水庫(kù)運(yùn)行以來(lái)進(jìn)洞口附近邊坡僅局部碎塊狀的強(qiáng)風(fēng)化巖塊沿邊坡脫落，洞進(jìn)口邊坡穩(wěn)定性較好。洞口段圍巖裂隙較為發(fā)育，裂隙透水性較好，洞附近圍巖距庫(kù)近，滲徑較短，高水位時(shí)庫(kù)水容易經(jīng)裂隙往洞里滲水。

3.3 隧洞出口工程地質(zhì)條件及評(píng)價(jià)

本階段勘察主要對(duì)隧道出口至洞內(nèi)400 m 段進(jìn)行進(jìn)洞調(diào)查，以隧洞出口為0+000 樁號(hào)，隧洞出口段圍巖類別主要為Ⅲ～Ⅳ，圍巖為弱風(fēng)化巖為主，局部強(qiáng)風(fēng)化巖，裂隙發(fā)育，連通性較好，巖體透水性較強(qiáng)。該段圍巖類別和襯砌情況見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)多年運(yùn)行，洞內(nèi)襯砌質(zhì)量很差，局部混凝土曾發(fā)生過(guò)塌落，洞內(nèi)混凝土面普遍存在麻面和孔洞。洞內(nèi)存在滲水現(xiàn)象，且滲水點(diǎn)多滲漏量大。在無(wú)庫(kù)水進(jìn)洞時(shí)洞內(nèi)地下水沿著襯砌的分縫處滲出。洞內(nèi)滲水情況見(jiàn)表2。

表1 隧洞出口段圍巖類別和襯砌型式一覽表

表2 隧洞洞內(nèi)滲水情況一覽表

隧洞過(guò)水時(shí)，洞出口山體邊坡漏水嚴(yán)重且流量非常大，為此特采用三角堰量測(cè)漏水量分別為： 當(dāng)庫(kù)水位在高程130 m時(shí)，流量為16.563 L/s；庫(kù)水位在高程增加5 m時(shí)，流量為23.34 L/s。洞出口附近山體漏水與洞里過(guò)水有明顯的相關(guān)性，即庫(kù)水位抬升，洞出口山體漏水量增大，庫(kù)水位下降，則山體漏水量降低，若洞無(wú)過(guò)水，則山體幾乎無(wú)漏水現(xiàn)象。經(jīng)進(jìn)洞調(diào)查，發(fā)現(xiàn)隧洞出口段襯砌體多處已破壞有孔隙分布，與隧洞圍巖之間已存在滲漏通道，顯示洞出口周圍山體漏水主要來(lái)源于洞里過(guò)水。

隧洞襯砌、施工充填灌漿質(zhì)量差，隧洞圍巖裂隙發(fā)育，且與隧洞聯(lián)通，隧洞過(guò)水后，在長(zhǎng)期高壓水流作用下[2]，裂隙里的充填物被沖刷帶走，連通性進(jìn)一步增強(qiáng)，導(dǎo)致長(zhǎng)期的嚴(yán)重內(nèi)水外滲。雖對(duì)隧洞進(jìn)行過(guò)多次灌漿處理，但因該段圍巖裂隙發(fā)育、連通性很強(qiáng)，地下水流速較大，灌漿效果極差，漏水現(xiàn)象依然嚴(yán)重。

綜上，由于洞出口段砌筑洞通水后，洞出口段圍巖工程地質(zhì)條件已惡化，巖體質(zhì)量較差，洞出口山體穩(wěn)定性存在較大的失穩(wěn)隱患。建議對(duì)隧洞出口段巖體進(jìn)行重新襯砌，并對(duì)出口段進(jìn)行灌漿處理，以達(dá)到防滲效果。

洞進(jìn)口邊坡穩(wěn)定性較好，由于裂隙較為發(fā)育，裂隙連通性好透水性較強(qiáng)，建議對(duì)洞進(jìn)口段圍巖進(jìn)行防滲灌漿處理。

4 隧洞處理措施

4.1 方案比選

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)檢查、地質(zhì)勘查以及洞內(nèi)滲水情況分析[3]，初步得到隧洞進(jìn)出口地質(zhì)條件惡化，襯砌變形破壞嚴(yán)重，隧洞圍巖裂隙發(fā)育，且與隧洞聯(lián)通，隧洞過(guò)水后，在長(zhǎng)期高壓水流作用下，連通性進(jìn)一步增強(qiáng)，內(nèi)水外滲現(xiàn)象嚴(yán)重。本次初步選擇鋼筋混凝土襯砌和鋼管內(nèi)襯兩種方案進(jìn)行隧洞處理。

方案一：鋼筋混凝土襯砌。根據(jù)地質(zhì)勘查結(jié)果，原隧洞進(jìn)口及洞身段長(zhǎng)70 m，圍巖類別為II 類，未襯砌，本方案將隧洞進(jìn)口洞段擴(kuò)挖清除圍巖厚40 cm，采用C25 鋼筋混凝土襯砌厚度40 cm(見(jiàn)圖2)，出口及洞身段長(zhǎng)度100 m，圍巖類別為Ⅳ類，原支護(hù)采用鋼襯厚8 mm 和C20 鋼筋混凝土襯砌厚30 cm，本方案拆除原襯砌(鋼拱架不拆除)，采用C25 鋼筋混凝土襯砌厚度40 cm，隧洞內(nèi)徑減小成1.6 m，不影響輸水能力，隧洞進(jìn)出口洞頂部位需進(jìn)行固結(jié)灌漿[4]。

圖2 方案一鋼筋混凝土襯砌斷面設(shè)計(jì)圖

方案二：鋼管內(nèi)襯。進(jìn)口段圍巖不擴(kuò)挖，只清除危險(xiǎn)巖體，出口段原C20 鋼筋砼襯砌不拆除，在原襯砌上加固設(shè)計(jì)采用直徑1500 mm 鋼管進(jìn)行襯套，空隙部分采用M10 水泥砂漿充填（見(jiàn)圖3）。

圖3 方案二鋼管進(jìn)行襯套斷面設(shè)計(jì)圖

表3 各方案工程量、投資比較表

4.2 方案比較

（1）施工方法

第一種方案施工需拆除整個(gè)隧洞支護(hù)、砌體結(jié)構(gòu)并擴(kuò)挖重建，工程量、施工難度和施工強(qiáng)度都很大，施工中可能擾動(dòng)圍巖而發(fā)生圍巖失穩(wěn)，影響施工安全，同時(shí)拆除原支護(hù)、襯砌結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生大量棄渣，施工期環(huán)境影響較大且增加額外的水保投資和棄渣場(chǎng)占地。第二種方案較第一種方案施工簡(jiǎn)單，無(wú)需拆除原有支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)，也無(wú)需擴(kuò)挖，施工更安全且不會(huì)產(chǎn)生棄渣，故本次推薦施工較簡(jiǎn)單、安全的鋼管襯套為輸水隧洞加固方案。

（2）工程量及投資

通過(guò)表3 可知，鋼管襯套輸水隧洞改建加固和鋼筋混凝土襯砌輸水隧洞加固方案投資分別為61.64 萬(wàn)元和141.54 萬(wàn)元，從節(jié)省工程投資角度前者方案較優(yōu)。

經(jīng)施工、結(jié)構(gòu)、工程量及投資綜合對(duì)比分析，鋼管襯套輸水隧洞方案較鋼筋砼襯砌加固方案好，安全運(yùn)行較好，盡管斷面較原設(shè)計(jì)斷面小，但不會(huì)影響輸水能力，本次輸水隧洞除險(xiǎn)加固選擇鋼管襯套加固方案。

4.3 鋼套管加固處理

由于洞出口段砌筑洞通水后，洞出口段圍巖工程地質(zhì)條件已惡化，巖體質(zhì)量較差，洞出口山體穩(wěn)定性存在較大的失穩(wěn)隱患。建議對(duì)隧洞出口段巖體進(jìn)行重新襯砌[5]，并對(duì)出口段進(jìn)行灌漿處理，以達(dá)到防滲效果，原洞身段內(nèi)埋設(shè)D1500×14 螺旋鋼管（原洞身斷面為D=1.8 m 圓形斷面，埋設(shè)直徑1.5 m 鋼管后，洞頂剩余0.3 m 的施工寬度，埋設(shè)直徑更大的鋼管施工困難），埋管M10 水泥砂漿充填封堵加固。

5 結(jié)論及建議

除險(xiǎn)加固引水隧洞改造加固工程實(shí)施后，可以提高大壩及下游建筑物的安全性，有效地保證大壩下游供水及農(nóng)田的灌溉用水需求、保護(hù)下游居民的生命財(cái)產(chǎn)安全，充分發(fā)揮工程效益。工程于2018 年9 月加固完成后通水，加固后隧洞未出現(xiàn)滲漏等現(xiàn)象，運(yùn)行良好，后期應(yīng)加強(qiáng)運(yùn)行管理及維護(hù)。