賓川縣大銀甸水庫輸水隧洞缺陷成因分析及除險加固處理

佟 童

新疆兵團勘測設計院集團股份有限公司 新疆 烏魯木齊 830000

1 工程概況

大銀甸水庫是一座以灌溉為主，兼顧防洪、城鎮供水等綜合利用的中型水庫。大銀甸水庫承擔著4.76萬畝農田灌溉用水，在非常情況下作為備用水源保證縣城人飲用水需求的任務，并肩負著縣城、村鎮6萬人以及萬畝農田的防洪任務。自1978年開工建設至1986年建成運行后，國家領導人對這一造福百姓的民生工程進行了高度贊揚，1987年經水電部和國家工程建設質量獎審定委員會驗收，評定為國優、部優工程，獲得1987年“國家優質工程銀獎”。大銀甸水庫總庫容在3995.40萬m3，工程等別為Ⅲ等，工程規模為中型，設計洪水標準p=1%，校核洪水標準PMF，泄水建筑物消能防洪標準p=3.33%。水庫樞紐由主壩、副壩、輸水隧洞、泄洪隧洞、非常溢洪道組成。主壩為礫質粘土心墻風化料壩，壩長147.5m，最大壩高57.2m，壩頂高程1547.6m。輸水隧洞位于主壩右岸山體內，為全段有壓隧洞，主要由進口明渠段、豎井前有壓隧洞段、檢修豎井段、豎井后有壓洞段、出口工作閘室段、出口擴散段及消力池段組成，隧洞軸線全長651.779m（至出口消力池尾坎）。其中，洞身段長610.479m，原設計輸水流量10m3/s，最大輸水流量20m3/s，除險加固后最大下泄流量24.20m3/s，輸水隧洞運行30余年來，為下游農田灌溉發揮了重要作用，遇特殊情況也可宣泄少量洪水。

輸水隧洞位于泄洪隧洞之右側，穿越的山體地形多為斜坡，局部為陡坡，屬中等切割低山—中低山地形，構造、剝蝕地貌。輸水隧洞沿線無滑坡、坍塌及泥石流等不良物理地質現象，山體穩定。輸水隧洞工程區出露地層巖性較簡單，地表不連續分布第四系殘坡積含礫粉質粘土、粉質土礫，厚度0～2.0m；下伏三疊系上統白土田組二層七段（T3ba2-2-7）中厚—厚層狀石英長石砂巖夾泥巖；三層（T3ba2-3）泥巖夾薄層泥質粉砂巖；四層（T3ba2-4）粉砂巖夾粉砂質泥巖、長石砂巖夾泥巖或粉砂巖透鏡體、中厚—厚層狀中粒石英長石砂巖。地質構造較簡單，未發現有斷裂構造發育，受區域構造與風化作用的影響，巖層褶曲較強烈，構造裂隙較發育。地下水主要為風化裂隙水，靠大氣降水補給，水位埋深多位于隧洞底板以下。洞身段通過的強—弱風化巖體主要為中等透水層，部分弱透水層。經現場檢查與探地雷達檢測，輸水隧洞局部混凝土脫落、鋼筋外露，存在開裂，洞壁混凝土局部有滲水點及存在小空腔。

2 隧洞缺陷成因分析

2.1 干濕循環因素

大銀甸水庫地處云嶺山脈以東的西南暖濕氣流的背風面，常年少雨干旱。氣候干燥，干濕季分明，屬中亞熱帶冬干夏濕低緯高原季風氣候，主要氣候特點為“炎熱、干燥、少雨”。根據賓川縣氣象站觀測資料統計：多年平均降水量563.0mm，最大一日降水量91.9mm，最長連續降水日數18天，相應降水量107.3mm；多年平均相對濕度62%；多年平均日照時數2681.2h；多年平均氣溫17.9℃，多年平均最高氣溫35.2℃，極端最高氣溫38.2℃（發生于1977年6月18日），多年平均最低氣溫3.2℃，極端最低氣溫-6.4℃（發生于1982年12月27日）；多年平均蒸發量2497.6mm；多年平均風速1.8m/s；多年平均最大風速14.6m/s；極端最大風速29.5m/s。

“熱、干、濕、風”是這一地區的主要特點，使得輸水隧洞不可避免地受季節性干濕循環影響。在干濕循環周期長、含水率大的環境下，造成隧洞內部結構變化而導致混凝土抗拉、抗壓強度減小而產生裂縫。干期風速大，蒸發量高，使施工期混凝土表面失水易產生干縮裂縫，隧洞內部的穿堂風進一步加劇裂縫。

圖1 混凝土脫落

圖2 混凝土裂縫

圖4 混凝土滲水點

圖5 施工結合縫橡膠止水老化

圖6 頂拱滲漏

2.2 老化因素

隧洞長年運行后，伸縮縫的填縫材料、止水材料不可避免地老化，效果降低，伸縮縫普遍出現了破損和滲漏水情況。由于內部壓力變化，混凝土出現了較多裂縫，裂縫、伸縮縫相互耦合影響，使得滲漏區域不斷擴大。

2.3 磨蝕因素[1]

對于輸水隧洞，一般水質較清，懸移質和推移質較少，而且洞內流速不大，但日積月累，懸移質和推移質會對隧洞底板、邊墻混凝土造成一定的磨蝕破壞，混凝土表面出現沖蝕破損等缺陷。

3 除險加固措施

隧洞滲水將導致襯砌壁后的粉砂巖膠結松散、泥巖風化崩解，對隧洞圍巖穩定和安全運行帶來較大隱患，亟需進行修補加固處理，以保證隧洞安全穩定和提高過流能力。

除險加固主要施工流程為：建筑物測量放線及縱橫剖面測量→裂縫、滲水點化學灌漿→施工縫、伸縮縫處理→鑿除原襯砌表層沖蝕磨損處→環氧砂漿修復處理→聚合物水泥基防護涂料→完工驗收。

為避免對下游供水任務產生較大影響，在施工過程中要科學合理安排隧洞施工程序，抓好工序銜接，組織“平面多工序、立體多層次”協調有序的施工作業；抓住“路”、“料”、“機”進行合理規劃配置；布置通暢便捷的施工道路；規劃好棄渣場以及砂漿拌和站等；制定合理的施工程序，以保證施工的順利進行。

3.1 裂縫、滲水點處理措施

對混凝土裂縫、滲水點進行化學灌漿，干燥裂縫選用高滲透環氧樹脂灌漿材料，對于有明水滲流的裂縫，選用水溶性聚氨酯灌漿材料，最終達到防滲堵漏及結構補強的雙重效果。

裂縫、滲水點化學灌漿施工工藝[2]：裂縫性狀檢查描述→布孔，采用斜孔交叉布置，灌漿孔布置在距離處理點30cm處，傾角30度，布孔間距以45cm布置，布孔直徑為Φ14mm，孔深60cm→鉆孔→洗孔，用吹風機將孔內的粉塵及雜質吹出→安裝止水針頭，埋設注漿嘴→灌漿→封孔修整，包括清孔、配制環氧砂漿作為封孔材料、將封孔材料嵌填至孔內，封添密實→質量檢查與驗收。

3.2 施工縫、伸縮縫處理

對施工縫、伸縮縫兩側一定范圍的混凝土進行打磨，去除表面附著物，鑿除清理縫內原嵌填物，然后重新嵌填填縫材料。

施工縫、伸縮縫處理施工工藝：縫面清理，將縫內粉塵雜物吹除干凈，填充高壓閉孔板至縫面4cm深處→涂刷混凝土基層處理劑→配置聚氨酯密封膠材料→待界面劑表干后，將聚氨酯密封膠材料嵌入伸縮縫中，縫內封膠材料應按壓密實，避免斷頭空洞，表面修飾光滑飽滿→質量檢查與驗收。

3.3 混凝土沖蝕磨損處理

為確保修補層與老混凝土的結合，對缺陷混凝土進行鑿除處理，之后涂刷環氧膩子界面劑，最后使用環氧砂漿進行修復。

沖蝕磨損混凝土修復處理施工工藝：鑿除沖蝕磨損的缺陷混凝土，直至露出新鮮、密實的骨料?！媲謇?，使用高壓水槍沖洗松動顆粒和粉塵，再使用大功率吹風機將基面表面吹干清潔，保證基面無雜物、粉塵等?！缑鎰┩克?，環氧砂漿修補前，必須保證基面干燥、清潔，然后在基面上滾涂底層環氧膩子界面劑，盡可能做到薄而均勻、不流淌、不堆積、不漏刷?！h氧砂漿拌制→環氧砂漿修補，將拌制好的環氧砂漿涂抹到已刷好界面劑的基面上，涂抹時盡可能同方向連續攤料，并注意銜接處壓實排氣，邊涂抹、邊壓實找平，平均厚度達到2cm?！善繁Ｗo，環氧砂漿涂抹完畢后，24h以內禁止人員踩踏或被重物撞擊。

3.4 混凝土降糙處理

通過混凝土表面的降糙措施，增大隧洞過流能力。在對洞內裂縫、伸縮縫以及修補沖蝕磨損混凝土工序完成后，再進行聚合物水泥防護涂料處理。

基面鑿除施工工藝：使用電鎬或風鎬對襯砌混凝土整體進行鑿除處理直至堅硬密實的砼基面，鑿除深度應根據現狀襯砌混凝土實際情況而定，平均深度2cm。為確保修補層與老混凝土的結合度，用角磨機或鋼絲輪將需修補的，鑿除處理好的基面的污染物、松散顆粒打磨干凈，直至露出新鮮、密實的骨料?；炷帘砻嬗谐銎矫婢植客蛊?，用角磨機磨平；混凝土表面有蜂窩、麻面等缺陷，用切割機切除薄弱部分。

基面清理施工工藝：對于鑿除合格的基面先使用高壓水槍對其沖洗松動顆粒和粉塵，再使用大功率吹風機對基面表面吹干清潔，必須保證基面干燥、無雜物、粉塵、油污等，必要時可使用烤槍進行干燥處理。

涂聚合物水泥基防護涂料施工工藝：基面處理→涂料拌制，拌制好的涂料應色澤均勻，無粉團、沉淀?！苛陷佂?，涂層應分層多道涂刷完成，涂刷3～4遍，厚度不小于2mm，輥涂時應來回多輥幾次，以使涂料與基層之間不留氣泡，粘結牢固，每遍涂刷宜交替改變涂層的涂刷方向。

4 結語

針對大銀甸水庫泄洪隧洞現狀情況，由于輸水隧洞為已建混凝土建筑物，隧洞本身泄洪能力下降，若采取內襯方案勢必會侵占行洪斷面進一步影響隧洞的泄流能力，按照上述設計方案進行除險加固處理，取得了顯著效果，隧洞混凝土表面平整度提高、表面糙率降低、涂層無脫落、無磨蝕，施工縫、伸縮縫和洞身部位的滲水現象消除，混凝土抗滲性增強，隧洞結構安全性得到提高，過水能力得以提升，修補加固處理效果顯著，同時能夠有效縮短施工工期，在施工便捷性上相對于傳統修復方案具有明顯優勢，尤其適用于工期緊張的除險加固項目。除險加固后輸水隧洞最大下泄流量達到24.20m3/s，遇特殊情況還可宣泄少量洪水。本工程結合輸水隧洞的具體情況，設計經濟合理的除險加固方案，充分挖掘和發揮現有隧洞輸水能力，保證水庫的安全運行，最大限度提高水利工程的社會與經濟效益。我國很多老舊水庫都存在類似的問題，本文的研究成果可為水庫除險加固工程提供一定的技術參考和借鑒。