某灌區續建改造中輸水隧洞改造加固方法研究

劉希合,侯順梅

(濟南魯橋工程檢測有限公司,濟南 251400)

1 工程概況

某灌區始建于20世紀50～60年代,灌區灌溉面積近6.67萬hm2,干渠隧洞修建于1996年,共建有輸水隧洞10座總長6.684km,設計流量為1.0～44.4 m3/s,隧洞承擔輸水任務的同時,還承擔通航任務。10座隧洞所穿過的地層為紅砂巖、砂巖、頁巖紅砂巖,普氏堅固系數0.5～2,巖石軟弱,尤其是隧洞的進出口大多數為覆蓋土層。隧洞在建設過程中,當時的施工質量較優,與省內其它大型灌溉工程相比,隧洞的完好程度較高,但限于建設時期的物質、經濟條件,為節省材料,襯砌材料選擇和施工質量都有一定的缺陷,回填不實,運行中出現襯砌裂縫、材料表層剝蝕等問題。本次灌區續建改造對隧洞中存在的問題進行分類歸納,對隧洞存在共性與個性問題提出相應的解決措施,方便后期施工中節省時間、節約成本。

2 存在的問題

2.1 隧洞基本情況

灌區內干渠輸水隧洞斷面尺寸寬×高為2.5m×3.9m～6.2m×6.2m,有圓拱直墻式2座,馬蹄形1座,蛋形7座,襯砌型式有現澆鋼筋混凝土整體式襯砌3座、半裝配式鋼筋混凝土襯砌1座、裝配式混凝土襯砌6座。灌區干渠10座隧洞基本情況,見表1。

表1 灌區干渠10座隧洞基本情況

2.2 存在的問題

自灌區建成以來,輸水隧洞就出現洞身及進口漸變段普遍出現裂縫,局部垮塌,洞身襯砌不規整,阻水現象嚴重等問題,在灌區續建配套與節水改造中,針對10座隧洞中的8座進行了充填灌漿及襯砌修補工作,一些問題暫時得到了解決。現對灌區內主干渠輸水隧洞進行現場調查,隧洞存在的主要問題有:①隧洞進出口流態不穩甚至紊亂,出現連續漩渦,部分地段淤積量大于設計過水斷面面積的25%;②進出口漸變段,洞臉邊坡及洞線外側邊坡不穩定,洞臉邊坡滑塌,洞身圍巖襯砌結構產生變形甚至垮塌,洞身襯砌結構裂縫遍布,沿裂縫有漏水,混凝土破損剝落,有大面積滑塌現象,洞身襯砌接縫止水及施工縫出現不同程度漏水;③非全斷面襯砌的隧洞,洞頂有滑塌、掉塊,洞內有堆渣現象,危及工程安全;④混凝土碳化深度不一,有的達到甚至超過鋼筋保護層厚度;⑤洞身地質方面,出現圍巖破碎不穩定、變形和裂縫現象,沿洞線的地下水位不滿足設計要求,致排水不暢或失效,危及安全,隧洞外側邊坡有滑塌。

3 加固措施

3.1 典例分析

3.1.1 隧洞基本情況

文章選取干渠6#隧洞進行典例分析,主要從隧洞結構特征,存在的問題,加固措施等方面進行分析,為其他輸水隧洞提供設計施工依據。6#輸水隧洞基本情況見表2。

表2 6#輸水隧洞基本情況

3.1.2 存在的問題

根據本次實施方案現場調查,6#隧洞存在的主要問題有:①隧洞內泥沙淤積超過設計過水斷面的25%,進出口水位降>設計值10%,流態紊亂;②進出口漸變段,洞臉邊坡及洞線外側邊坡不穩定,洞臉邊坡滑塌,襯砌結構有變形;③洞身襯砌結構裂縫遍布,沿著裂縫漏水,混凝土破損剝落,有大面積滑塌現象,洞身襯砌接縫止水及施工縫漏水嚴重;④洞身圍巖破碎不穩定,有變形和裂縫,沿洞線地下水位不滿足設計要求,隧洞外側邊坡有滑動跡象。

3.1.3 加固處理方案

根據6#隧洞存在的問題,采取以下加固方案:①洞內全線清淤,消除淤積導致過水斷面減小所產生的亂流、漩渦;②表面裂縫段采用丙乳砂漿抹面處理,貫穿性斷裂裂縫洞段和垮塌洞段采用超前小導管注漿支護重新襯砌;③表面止水封閉處理,在施工縫經化學灌漿處理后,進行聚脲材料表面涂覆封閉處理。具體工藝流程:基層混凝土表面處理→聚脲混凝土表面防護材料系統底層材料配置及涂覆→聚脲呼你凝土表面防護材料系統面層材料配置→表面防護材料系統面層材料涂覆→自然養護[1]。

當采用重新襯砌的方案仍不能達到目的時,采取拆除重建的措施,具體改為現澆鋼筋混凝土圓拱直墻型斷面襯砌,上部填土壓實的方案。

3.1.4 結構復核。

根據《灌溉與排水工程設計標準》(GB50288-2018),隧洞的水力計算、灌漿、防滲應按照《水工隧洞設計規范》(SL279-2016)的規定執行[2]。隧洞的輸水能力按照明渠均勻流公式進行復核,隧洞襯砌結構截面承載力分別進行偏心受壓或偏心受拉構件進行承載力和配筋計算,對配筋及裂縫寬度進行復核,經復核6#隧洞過流能力能滿足過流要求。對于洞身,具體的改造方案為“洞內全線清淤,長650m的表面裂縫段采用丙乳砂漿抹面處理的方案,長120m的貫穿性斷裂裂縫洞段和垮塌洞段拆除重建成現澆鋼筋混凝土圓拱直墻型斷面襯砌,上部填土壓實。”對該方案的隧洞結構進行計算,進行改造后,襯砌截面偏心受壓、偏心受拉、截面抗剪、素混凝土受壓和受拉、裂縫抗裂均可以滿足強度需求[2]。

3.2 其余隧洞加固措施

干渠7處需進行加固改造的隧洞存在的主要問題、處理措施見表3、表4,另有3條支渠隧洞,長1.5km,主要開展隧洞清淤、襯砌與圍巖加固及進出口加固等措施。

表3 灌區干渠隧洞存在的主要問題

表4 灌區干渠7座隧洞加固處理方案

4 結論及建議

灌區續建改造輸水隧洞加固處理后,可大大提高干渠的輸水能力,減少水量損失,提高灌溉利用系數,保障了灌區灌溉的用水需求,具有顯著的經濟效益和生態效益。建議在本次灌區改造中,輸水隧洞加固結合管區信息化建設要求,在控制閘門、險工險段等部位安裝遠程控制、視頻監測等,從而滿足灌區工程管理、配水調度以及應急管理的需要。