輸水系統(tǒng)混凝土襯砌防滲灌漿施工及效果分析

徐守剛，羅延輝

（江蘇沙河抽水蓄能發(fā)電有限公司，江蘇 溧陽 213333）

1 輸水系統(tǒng)概況

沙河抽水蓄能電站（以下簡稱沙河電站）輸水系統(tǒng)沿水竹溝山到龍興亭山脊由東南向布置，主要基巖為弱風化安山玢巖和熔結(jié)凝灰?guī)r局部沉凝灰?guī)r,總體為Ⅱ～Ⅲ類圍巖。沙河電站由上進出水口、引水隧洞上平段、上游檢修閘門井、豎井、引水隧洞下平段、壓力鋼管（鋼主管、鋼岔管、鋼支管）、尾水隧洞、下游檢修閘門井、下進出水口等組成。輸水道平均長度890.0 m，上、下游正常蓄水位差117.0 m，上游輸水系統(tǒng)采用一洞兩機布置，隧洞內(nèi)徑6.5 m，鋼筋混凝土襯砌；進入廠房前一段為鋼管，鋼主管內(nèi)徑5.0 m，鋼管在廠房豎井井壁上游側(cè)約20 m處經(jīng)鋼岔管分為兩支管，內(nèi)徑3.4 m，靠近廠房變?yōu)?.8 m，與主閥延伸段相接；尾水隧洞長度較短，地質(zhì)條件也較差，采用一洞一機布置，兩洞軸線距離20 m，隧洞內(nèi)徑4.8 m；上、下進出水口采用側(cè)式布置，下進出水口通過長459 m的尾水渠與下水庫相接。

為防止隧洞內(nèi)水通過混凝土襯砌段向鋼襯段圍巖滲透，在鋼襯主管首部進行了3排帷幕灌漿。

圖1 輸水系統(tǒng)斷面圖

2 輸水系統(tǒng)監(jiān)測布置

輸水系統(tǒng)共設(shè)4個監(jiān)測斷面，儀器總數(shù)28支（組或套）。其中，鋼筋混凝土襯砌段有1個監(jiān)測斷面，鋼襯段有2個監(jiān)測斷面，岔管段有1個監(jiān)測斷面。監(jiān)測項目有壓力管道及鋼岔管的應(yīng)力觀測，壓力鋼管及鋼岔管與回填混凝土之間的縫隙觀測，隧洞外水壓力觀測，混凝土內(nèi)襯砌鋼筋應(yīng)力觀測，隧洞襯砌混凝土與圍巖之間的縫隙觀測，尾水渠水位觀測。監(jiān)測儀器統(tǒng)計見表1，具體安裝位置見圖2。

圖2 輸水系統(tǒng)監(jiān)測儀器布置圖

表1 輸水系統(tǒng)監(jiān)測儀器統(tǒng)計表

3 外水壓力測值分析

上水庫2002年4月16日首次蓄至正常蓄水位，7月進入運行期后，庫水位基本在正常蓄水位136 m與正常消落水位120 m之間運行。下庫水位在18 m左右，變化相對較為平緩，上庫正常蓄水位與尾水位的水位差102 m左右。

在輸水系統(tǒng)放空檢修時，6只滲壓計的測值均明顯減小，外水壓力迅速下降，系統(tǒng)充水正常運行后，外水壓力又急劇上升，隨后的變化基本受溫度影響，呈明顯的年周期性，與溫度呈負相關(guān)。

下平段A斷面（0+465.38）圍巖滲壓大于其他部位，滲壓最大降幅1.16 MPa。2007年7月前，頂拱圍巖滲壓測值大多在1 MPa以內(nèi)，變化較為穩(wěn)定，滲壓變幅在0.5 MPa以內(nèi)；2011年系統(tǒng)改造恢復(fù)測值后，滲壓升高，最大超過2 MPa，遠高于最高靜水壓力136.64 m，年變幅超過1 MPa，不可信。襯砌底部TWP2在2015年之前年變幅在1.2～1.7 MPa左右，最大滲壓2.7 MPa，遠高于最高靜水壓力147.5 m，不可信。

鋼主管B斷面（0+581.68）2002年和2005年引水隧洞放空檢修時外水壓力最大降幅0.33 MPa，2009年降幅為0.25 MPa，2015年降幅為0.16 MPa。頂拱滲壓最大為0.90 MPa，底部滲壓最大為0.65 MPa，滲壓變幅在0.9 MPa以內(nèi)。與鋼筋混凝土襯砌段相比，鋼主管外水壓力測值和變幅均明顯較小，說明鋼主管首部的防滲帷幕起到一定的阻滲作用。

鋼岔管D斷面（0+598.38）頂拱最大滲壓0.25 MPa，自2007年有緩慢增長趨勢，年增幅接近0.01 MPa，但其與溫度呈正相關(guān)，與其他測點相反，年變幅0.07 MPa左右。底部最大滲壓0.28 MPa，年變幅0.1 MPa。2015年引水隧洞放空，拱頂?shù)腡WP5降幅0.02 MPa，底部TWP6降幅0.03 MPa。與鋼主管段相比，滲壓和變幅均較小。

2012年對輸水系統(tǒng)滲壓加密觀測，頻次由每天一次改為每小時一次，結(jié)果顯示，下平段滲壓測值與上庫水位相關(guān)性高，鋼主管段與鋼岔管滲壓變化曲線與上庫水位相關(guān)性稍低。其中下平段混凝土襯砌TWP1和TWP2滲壓變幅最大，超過0.3 MPa，大于上庫水位16 m變幅，測值不可信，僅作參考。鋼主管段滲壓變幅0.06 MPa，鋼岔管段滲壓變幅0.02 MPa。

由以上分析可以判斷，輸水隧洞下平洞鋼筋混凝土襯砌段有內(nèi)水外滲現(xiàn)象，存在滲漏通道。

圖3 滲壓變化過程線

4 化學灌漿防滲施工

4.1 2015年引水隧洞化學灌漿

2015年4月13日至4月20日對輸水系統(tǒng)進行了全面檢查，對引水隧洞混凝土裂縫進行了化學灌漿，共完成183.6 m。

4.1.1 檢查情況

用鋼管搭好可移動活動架，從上游至下游，檢查混凝土襯砌的裂縫情況、滲水情況。發(fā)現(xiàn)下平段的混凝土襯砌出現(xiàn)多條縱向和不規(guī)則溫度裂縫、塑性裂縫和接茬裂縫，長度在0.2～7.5 m之間不等，寬度為2.0～3.5 mm，發(fā)現(xiàn)有滲水現(xiàn)象和不同程度的鈣化物，并發(fā)現(xiàn)有多處伸縮縫和蜂窩麻面滲漏水，沖砂眼較多。尤其是在距離下平段混凝土襯砌與壓力鋼管鋼主管連接處5～20 m處，混凝土襯砌頂上部位發(fā)現(xiàn)幾處較大的蜂窩，并有噴射狀水流柱。

4.1.2 處理工藝

（1）基面清理：對有裂縫的部位用鋼絲刷反復(fù)清理干凈。需要施工的區(qū)域，如裂縫處有鈣質(zhì)析出的，用電鎬鑿除混凝土表面析出物，分暴露裂縫以便下一道工序的合理進行。

（2）鉆孔：灌漿孔布孔采用斜孔形式，斜孔沿裂縫兩邊交錯排列，灌漿孔的孔距視縫隙寬度而異，一般為0.2～0.3 m，縫細則小，縫寬則大；孔徑10～14 mm，孔口位置距裂縫約20 cm，鉆孔角度宜≤45°，鉆孔深度需距表面25 cm以上，以確保鉆孔穿過裂縫。

（3）埋嘴：選用14 mm的合金灌漿嘴在裂縫兩側(cè)交替埋設(shè)，用專用扳手擰緊。

（4）灌漿：本部位的灌漿采用高壓灌漿工藝，使用高壓灌漿泵向灌漿孔內(nèi)灌注HW水溶性聚氨酯材料，灌漿時根據(jù)進漿量調(diào)節(jié)灌漿時間與壓力。灌漿壓力一般控制在0.3～0.5 Mpa之間；當所在灌漿孔附近的裂縫出漿且出漿濃度與進漿濃度相當時，結(jié)束灌漿。灌漿順序一般由下而上、兩側(cè)灌漿孔交替順序進行。

（5）表面處理：待灌漿材料固結(jié)后把灌漿管露出部分鑿除，用防水寶膠泥刮平裂縫，封堵灌漿孔。

4.1.3 引水隧洞拱頂漏水處理

搭設(shè)5 m×6 m（高×寬）的鋼管架，在距離下平段混凝土襯砌與壓力鋼管鋼主管連接處12 m的正頂上部位鉆孔（孔徑35 mm），孔內(nèi)噴射狀水流出，水流明顯減小呈線狀流出后，把出水孔四周表面松動的混凝土鑿除，露出堅固的混凝土面，再用清水沖洗干凈，四周用塑料布膠帶封閉，再將已拌制好的水泥漿和特殊防水寶混合攪拌后，填充到混凝土低凹處，待其表面徹底干燥后，其后進行的第2、3次壓實整平。待其表面徹底干燥后，進行化學灌漿處理。

4.2 2020年輸水系統(tǒng)防滲處理

2020年4月15日至2020年4月27日對引水隧洞，1號、2號尾水隧洞維護，進行裂縫滲漏處理、拱頂灌漿處理、混凝土空蝕處理。

4.2.1 裂縫滲漏處理

對裂縫滲漏進行化學灌漿處理，采用LW和HW聚氨酯灌漿材料按7∶3的配合比進行灌漿，共完成349.5 m。處理工藝為基面清理→鉆孔→埋嘴→灌漿→灌漿記錄→表面處理，具體施工方法與

2015年相同。

4.2.2 拱頂灌漿處理

（1）布孔：樁號輸0+537、輸0+535斷面拱頂120°范圍，各布置3個灌漿孔。

（2）鉆孔：選用35～40 mm的鉆桿用風鉆按標識鉆孔，孔深入圍巖10 cm。

（3）灌漿：采用LW和HW聚氨酯灌漿材料進行化學灌漿，配合比為LW：HW=4∶6。灌漿時根據(jù)進漿量調(diào)節(jié)灌漿時間與壓力。灌漿壓力一般控制在0.3 ～3 MPa；當所在灌漿孔附近的灌漿孔出漿且出漿濃度與進漿濃度相當時，結(jié)束灌漿。

（4）表面處理：待灌漿材料固結(jié)后把灌漿管露出部分鑿除，用防水寶膠泥刮平裂縫,封堵灌漿孔。

4.2.3 混凝土空蝕處理

引水隧洞混凝土空蝕情況較輕微，每處面積小于0.3 m2，深度大都在10 cm以內(nèi)。空蝕部位修補采用環(huán)氧砂漿，深度大于3 cm時，鑿除坑深度應(yīng)大于15 cm，并布設(shè)插筋和鋼筋網(wǎng)，施工時基面混凝土需干燥。

混凝土空蝕處理工藝流程為：劃定處理范圍→切割開槽→基面清理→鋼筋處理→環(huán)氧砂漿修補→現(xiàn)場驗收。

5 灌漿效果分析

引水隧洞化學灌漿施工后，通過滲壓監(jiān)測數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)襯砌下平段和鋼主段最大滲壓有明顯降低，引水隧洞放空后下平段的滲壓降幅也明顯減小。下平段混凝土襯砌段的最大滲壓下降27%，隧洞放空滲壓降幅減小49%。其中下平段拱底最大滲壓從2015年灌漿前的2.75 MPa下降到1.98 MPa，2020年灌漿施工后又下降到1.18 MPa；鋼主管段最大滲壓下降35%，隧洞放空滲壓降幅減小56%。鋼主管拱底最大滲壓從2015年灌漿前的0.65 MPa下降到0.42 MPa，2020年灌漿施工后又下降到0.31 MPa；鋼岔管段受下平段混凝土襯砌滲漏影響較小，滲壓測值無明顯變化。從滲壓監(jiān)測數(shù)據(jù)可以看出，兩次引水隧洞進行化學灌漿防滲施工后，對滲漏通道的封堵起到了明顯效果。