輸水工程隧洞襯砌修補(bǔ)加固施工技術(shù)

1 引言

當(dāng)前全國范圍內(nèi)的水力資源分配呈現(xiàn)出不均衡的狀態(tài)，這一問題的存在也使得地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的水平出現(xiàn)嚴(yán)重失調(diào)[1]。針對(duì)這一問題， 國家為了促進(jìn)干旱地區(qū)和缺水地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，提高了對(duì)輸水工程的重視程度。 近幾年，人們對(duì)于新能源開發(fā)和利用的重視程度也在逐步提升， 各類輸水工程項(xiàng)目在各地開展， 在一定程度上促進(jìn)了人們對(duì)輸水工程施工開挖和襯砌技術(shù)的研究力度。 當(dāng)前，做好輸水工程隧洞的施工開挖和襯砌加固，已經(jīng)不僅僅是水利建設(shè)領(lǐng)域關(guān)注的重點(diǎn)，也是全社會(huì)各界廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)[2]。 基于此，為促進(jìn)輸水工程的進(jìn)一步發(fā)展，本文以某輸水工程建設(shè)項(xiàng)目為例，開展對(duì)其隧洞襯砌修補(bǔ)加固施工技術(shù)的研究。

2 工程概況

依托輸水工程建設(shè)項(xiàng)目為某水庫灌區(qū)改造工程， 該工程輸水線路由輸水明渠、輸水暗渠和輸水隧洞組成，其中輸水隧洞全長共7.44 km。 部分隧洞圍巖為中等風(fēng)化灰?guī)r，節(jié)理裂隙較發(fā)育，巖石較破碎，巖體完整程度評(píng)價(jià)為完整性差，具中等透水性，存在滲漏問題，依據(jù)GB 50487—2008《水利水電工程地質(zhì)勘察規(guī)范》（2022 年版）規(guī)定，圍巖分類為Ⅲ類、Ⅳ類，局部穩(wěn)定性差，不支護(hù)局部可能產(chǎn)生掉塊、塌方。 為提高該輸水工程的應(yīng)用可靠性，提高施工質(zhì)量，對(duì)其隧洞襯砌進(jìn)行修補(bǔ)加固施工。

3 輸水工程隧洞襯砌修補(bǔ)加固施工

3.1 輸水工程隧洞襯砌結(jié)構(gòu)復(fù)核計(jì)算

為明確該項(xiàng)目當(dāng)前的襯砌施工質(zhì)量， 對(duì)其進(jìn)行全面的檢測和復(fù)核計(jì)算，并對(duì)其安全性進(jìn)行初步評(píng)價(jià)，以此為后續(xù)輸水工程安全運(yùn)行和隧洞的修補(bǔ)加固提供更加可靠的依據(jù)[3-4]。 考慮到上述工程項(xiàng)目中隧洞運(yùn)行期的持久狀況， 在對(duì)其進(jìn)行襯砌修補(bǔ)加固施工前，需要確定襯砌結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)參數(shù)，并實(shí)現(xiàn)對(duì)其復(fù)核計(jì)算。 該隧洞運(yùn)行期間采用荷載組合形式，內(nèi)水壓力、外水壓力、圍巖壓力、襯砌自身重量等因素，達(dá)到了平衡。在此基礎(chǔ)上，將其作為依據(jù)，對(duì)混凝土襯砌進(jìn)行復(fù)核計(jì)算。 對(duì)于內(nèi)水壓力的測算， 結(jié)合調(diào)壓井與壓力管道末端之間的水力包絡(luò)關(guān)系，以剖面為測量面。 關(guān)于外部水壓降低系數(shù)的選取，結(jié)合持久設(shè)計(jì)狀況， 取隧洞天然最高位置地下水位的折減系數(shù)。 對(duì)于圍巖壓力，結(jié)合普適法對(duì)其進(jìn)行計(jì)算，在計(jì)算中不考慮折減問題。 在上述條件下，根據(jù)荷載計(jì)算原理，復(fù)核隧洞鋼筋混凝土襯砌面積。再完成對(duì)襯砌混凝土應(yīng)力的校核。按照隧洞混凝土襯砌未出現(xiàn)裂縫的情況進(jìn)行考量， 該工程中的隧洞采用雙層鋼筋混凝土襯砌而成，將此作為前提，完成混凝土應(yīng)力復(fù)核。

3.2 噴錨施工

噴錨施工是輸水工程隧洞的基礎(chǔ)，因此，為確保襯砌修補(bǔ)加固施工質(zhì)量，必須保證噴錨的質(zhì)量。 在采用錨桿施工的過程中，應(yīng)合理選用不同的錨桿類型、長度和材料，并對(duì)鉆機(jī)和鉆孔方式進(jìn)行合理的設(shè)計(jì)。 在圍巖錨固時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格控制施工的質(zhì)量，以確保鉆孔位置、密度、內(nèi)徑、深度與設(shè)計(jì)要求一致[5]。在打樁之前，要對(duì)錨桿進(jìn)行檢查，并對(duì)其進(jìn)行除銹、整直。 注漿時(shí)，應(yīng)將注漿管道插入50~100 mm 的孔底，保證在鉆孔內(nèi)的長度不少于35%。 在支護(hù)特殊圍巖時(shí)，要緊靠開挖面，采取先噴后錨再復(fù)噴的方式，以提高支護(hù)效果，確保圍巖穩(wěn)定。 采用噴錨支護(hù)的方式完成混凝土噴射施工，如圖1 所示。

圖1 噴錨支護(hù)混凝土噴射施工

在噴錨支護(hù)中，混凝土的配比應(yīng)合理地設(shè)計(jì)，并進(jìn)行實(shí)際的試驗(yàn)，以確保其配合比達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 噴射模式的選取要依據(jù)場地的維護(hù)能力來進(jìn)行，噴淋之前要進(jìn)行圍巖的清除。 在噴淋時(shí)，應(yīng)確保噴淋均勻、高效，若在噴淋時(shí)出現(xiàn)局部脫落、破裂，應(yīng)及時(shí)補(bǔ)噴。

3.3 混凝土襯砌修補(bǔ)加固施工

針對(duì)該工程項(xiàng)目中存在的質(zhì)量問題， 為使輸水工程隧洞盡快投入輸水運(yùn)行，對(duì)其進(jìn)行襯砌修補(bǔ)加固施工。 在遵循投資可控、技術(shù)可行的基本原則下，選擇下述修補(bǔ)加固施工方案。

首先，在原有的襯砌基礎(chǔ)上添加鋼襯里。 在原有的混凝土襯里中加入了鋼襯，形成了帶壓隧洞的鋼襯，襯層承受內(nèi)部水的壓力，并與鋼襯和鋼筋混凝土共同承擔(dān)外界水壓，從而防止了鋼管受外水壓力的影響。 采用這種方法， 隧道的孔徑會(huì)縮小，鋼襯和混凝土襯砌之間需要一定的活動(dòng)空間，保證襯砌與襯砌之間的連接，保證整體受力。

其次，在需要進(jìn)行襯砌修補(bǔ)的區(qū)域范圍內(nèi)，設(shè)置明鋼管。在原有的混凝土襯砌基礎(chǔ)上添加鋼襯， 形成了具有襯套的鋼襯層。 該鋼襯結(jié)構(gòu)承受了內(nèi)水壓力，由鋼襯和鋼筋混凝共同承受了外部水壓， 從而防止了鋼管由于外部水壓的影響而發(fā)生不穩(wěn)定和損壞。 在鋼襯和混凝土襯之間需要預(yù)留一定的活動(dòng)空間， 保證襯砌與襯砌之間的黏結(jié)， 保證共同受力是最重要的。 完成上述操作后，隧洞襯砌修補(bǔ)加固結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 隧洞襯砌修補(bǔ)加固結(jié)構(gòu)

為進(jìn)一步提升隧洞整體的承載力， 提高隧洞后期使用時(shí)的穩(wěn)定性，在原有的襯砌基礎(chǔ)上再加一層預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌。修補(bǔ)了原來的混凝土襯里，并對(duì)其進(jìn)行再灌注，同時(shí)，還采用了不黏結(jié)的鋼絞線， 在全部的內(nèi)水壓力下， 均為預(yù)應(yīng)力混凝土，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40。 該方案能使原有的導(dǎo)流段損失最小，以此確保具備了最大的裝機(jī)容量。

最后，在已有的襯砌結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，對(duì)其進(jìn)行澆筑。 在原混凝土襯砌的基礎(chǔ)上， 加入一次鋼筋混凝混凝土， 其厚度可達(dá)35~45 cm。 在隧洞的過水段進(jìn)行襯砌修復(fù)加固施工時(shí)，考慮到這種情況的特殊性，在具體施工中，需要針對(duì)原有的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行再次加固， 并確保新鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)能夠與舊鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)結(jié)合良好，并實(shí)現(xiàn)二者的共同受力。

按照上述施工方案完成施工可實(shí)現(xiàn)對(duì)隧洞的加固。 同時(shí)在實(shí)際施工中， 在對(duì)現(xiàn)有的鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理的過程中，為保證加固效果，必須確保新澆筑的混凝土材料選用強(qiáng)度等級(jí)為C40 或超過這一等級(jí)的混凝土。 根據(jù)上述論述完成對(duì)該輸水工程隧洞襯砌的修補(bǔ)與加固施工。

4 加固效果分析

在根據(jù)上述論述內(nèi)容， 完成對(duì)該輸水工程項(xiàng)目的襯砌修補(bǔ)加固后，為檢驗(yàn)施工技術(shù)是否有效，對(duì)加固效果進(jìn)行分析。基于這一標(biāo)準(zhǔn)要求， 對(duì)該輸水工程隧洞襯砌各個(gè)分段的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測定。 圖3 為布置的5 個(gè)混凝土強(qiáng)度測點(diǎn)。

圖3 隧洞襯砌混凝土強(qiáng)度測點(diǎn)

按照?qǐng)D3 所示設(shè)置5 個(gè)混凝土強(qiáng)度測點(diǎn)， 其中測點(diǎn)A 布置在隧洞拱頂測線上， 其余4 個(gè)測點(diǎn)兩兩對(duì)稱布置在拱頂測線的左右兩側(cè)。 采用SJY100B 貫入式混凝土強(qiáng)度檢測儀對(duì)各個(gè)測點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度進(jìn)行測定， 并將測定結(jié)果記錄如表1所示。

表1 隧洞襯砌混凝土強(qiáng)度測定結(jié)果

根據(jù)表1 隧洞襯砌混凝土強(qiáng)度測定結(jié)果可以看出， 各個(gè)測點(diǎn)的混凝土強(qiáng)度均超過規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)， 并且強(qiáng)度基本控制在5~6 MPa 范圍內(nèi)，具備極高的承載力。 因此，通過對(duì)加固施工的效果分析得出， 新的加固施工技術(shù)可以有效提高隧洞混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，提升其抗壓能力，為輸水工程隧洞的施工提供保障條件。

5 結(jié)語