输水隧洞混凝土衬砌裂缝处理技术

一水利与特殊构筑物防水　／　输水隧洞混凝土衬砌裂缝处理技术　曾晓燕，贾　进　（四川广播电视大学，四川成都６１００３１）　摘要：介绍了永宁河四级电站引水隧洞的裂缝分布形式，分析了该引水隧洞裂缝的形成原因，提出了裂缝的预防措施，　详细阐述了先采用水泥砂浆进行回填和固结灌浆、再对首次灌浆后仍有渗水地段进行化学灌浆的裂缝处理工艺，并就　此给出了几点建议。　关键词：引水隧洞；混凝土衬砌；裂缝；治理方法；预防措施；灌浆　文章编号：１００７—４９７Ｘ（２０１５）一１０—００３１—０５　中图分类号：ＴＶ６９８．２　文献标识码：Ｂ　Ｃｒａｃｋ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｆｏｒ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｌｉｎｉｎｇ　ｏｆ　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｚｅｎｇ　Ｘｉａｏｙａｎ，Ｊｉａ　Ｊｉｎ　（Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｒａｄｉｏ　ａｎｄ　ＴＶ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ，Ｓｉｃｈｕａｎ　６１００３１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｃｒａｃｋ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｏｒｍ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ　ｔｕｎｎｅｌ　ｏｆ　Ｙｏｎｇｎｉｎｇ　Ｒｉｖｅｒ　Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ　Ｓｔａｔｉｏｎ　４　ｇｒａｄｅ，ａｎａｌｙｓｅｓ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｃｒａｃｋｓ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄｓ　ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅｓ．Ｉｔ　ｄｅｔａｉｌｓ　ｃｒａｃｋ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｂｙ　ｂａｃｋｆｉｌｌｉｎｇ　ａｎｄ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｕｓｉｎｇ　ｃｅｍｅｎｔ　ｍｏｒｔａｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｂｅｇｉｎｎｉｎｇ，ｔｈｅｎ　ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ　ｆｏｒ　ｓｔｉｌｌ　ｌｅａｋ　ａｒｅａ　ａｆｔｅｒ　ｔｈｅ　ｆｉｒｓｔ　ｇｒｏｕｔｉｎｇ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｉｄｅｓ　ｓｏｍｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ　ｃｏｎｖｅｙａｎｃｅ　ｔｕｎｎｅｌ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｌｉｎｉｎｇ；ｃｒａｃｋ；ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｍｅｔｈｏｄ；ｐｒｅｖｅｎｔｉｖｅ　ｍｅａｓｕｒｅ；ｇｒｏｕｔｉｎｇ　隧道施工过程中，混凝土衬砌产生的裂缝是不可　断裂缝产生的原因，并根据施工经验提出混凝土裂缝　逆的。在有抗渗要求的隧道工程中，衬砌裂缝会影响　的预防措施和处理方法，对提高工程质量有重要意　混凝土的抗渗性，引起钢筋锈蚀，降低混凝土的耐久　义。　性，处理起来还会耗费大量的人力、物力和财力，耽误　１工程概况　工期。对于透水性很强的砂砾石软岩条件下运行的　永宁河四级电站引水隧洞总长８　００７．８２６　ｉｎ，过　隧洞，危害性更大。因此，必须采取有效的技术措施，　水断面为城门洞形和圆形，过水断面宽度ｂ＝３．４～４．０　来控制和减少混凝土中裂缝的数量和宽度。本文以　ｍ。该隧洞ｌ　Ｉ＿４　洞开挖断面为城门洞形状，顶拱半　四川省盐源县永宁河四级电站引水隧洞为例，分析判　径２．２６３　ｉｎ、直墙高３．３７　ｉｎ、底宽４．０　ｉｎ，采用钢筋混　凝土砌筑。隧洞自２０１２年４月起在ｌ　洞、桩号Ｏ＋　收稿日期：２０１５—０２—０３　８５０．７段浇筑边顶拱，混凝土浇筑段每１２　ｎｉ为１个　作者简介：曾晓燕，女，１９７７年生，建筑经济工程师，一、二级建　仓位，浇筑时采用钢拱架配合钢模板拼装成１个仓　造师，全国造价员，四川广播电视大学教师，毕业于西南交通　大学，主要从事建筑工程类与工程造价类的课程教学及施工　位。混凝土的设计标号为Ｃ２５，采用二级配泵送混凝　管理工作。联系地址：６１００４４四川省成都市武候区玉林东路　土，骨料为天然河卵石和河砂。　１０号２栋２单元５号。　隧洞设计Ⅲ类围岩仓位环向单层钢筋　１４　一　水利与特殊构筑物防水　薯　誊臻　曩　豫　黥　鞭　，嘲鞭　嘲融　城矧　澍　糍　舞艋｛嚣　＠２００，纵向钢筋ｑｂｌＯ＠２００；ＩＶ类围岩仓位环向单层　钢筋￣１６＠２００，纵向钢筋￣１０＠２００；Ｖ类围岩仓位　环向双层钢筋ｑ￣１６＠２００，纵向钢筋ｑｂｌＯ＠２００；钢筋　保护层均为３　ｃｍ。工程区域内出露地层主要为四迭　系上统杨家坪组玄武岩和黑泥哨组砂岩、炭质泥岩、　泥质灰岩，工程区内地质基本烈度为Ⅶ度。　本工程在施工中各作业面都设置有自己的拌合　站，混凝土采用搅拌车运输，运距不超过１　ｋｍ，到现　场后采用混凝土泵输送到仓内，每个仓位的施工缝　均设有橡胶止水带。从浇筑时间间隔和浇筑方式对　照分析，混凝土的浇筑时问和浇筑方式对裂缝没有　直接影响。　２裂缝分布形式　引水隧洞施工经历夏、秋、冬３个季节，衬砌裂缝　一般在混凝土浇筑完成后１０　ｄ左右产生，开裂部位　一般出现在Ⅳ、Ｖ类围岩地段，规律性较强，基本都是　在混凝土仓位中间部位出现不规则开裂，开裂形式为　环向全断面开裂或局部环向（横向一周）开裂，并伴有　水渗出；在夹泥层及炭质泥岩出水地带，少部分裂缝　为水平裂缝，并伴有水渗出。　３裂缝成因分析　３．１原材料　该隧洞衬砌混凝土配制时，首先在骨料场将中石　和小石分开筛分，分类堆放。骨料是经过筛分的连续　级配的河卵石，砂为经过河水冲洗的河砂。配制时，　河砂用清水再次冲洗后拌制，不含能与水泥活性物质　发生碱骨料反应的成分，因此工地所用的骨料不会导　致裂缝产生。　３．２混凝土配比　工程所用混凝土的配合比为实验室出具的配合　比，水泥掺量为４０９　ｋｇ／ｍ。，符合泵送要求；水泥为石　林Ｐ．０．４２．５水泥，强度、安定性等稳定良好，取样检测　结果全部合格；现场进行的回弹仪无损检测也得到了　理想的结果。　分析混凝土裂缝形状、规律、产生时间及其与配　合比的关系，可知：１）因混凝土为泵送混凝土，在拌制　成品时，为了施工方便，水灰比及混凝土的坍落度相　对增大，混凝土产生了一定的干缩裂缝，这是造成开　裂的原因之一；２）由于水泥的掺量偏大，混凝土水化　反应较强，混凝土在凝固之前，因失水较快而产生塑　性收缩裂缝。　３－３混凝土浇筑方式　３．４施工环境温度　从浇筑时温测结果来看，洞内温度除受季节产生　的缓慢变化影响外，无骤降变化，一定时段内基本处　于叵温状态，温度基本上恒定在ｌ１—１８℃之间，即使　是在１１月份以后，也基本恒定在８～１０℃之间。隧洞　内稳定的温度对混凝土的施工是有利的，不会对｝昆凝　土衬砌裂缝产生影响。　３．５混凝土养生条件及拆模时间　每浇筑一仓混凝土，均采用喷雾器将水均匀喷洒　在混凝土表面进行润湿养护，养护用水为洞内水，每　班派专人进行全天全段养护；严格按照规范要求的时　间进行拆模，防止因拆模时间过早对成型的混凝土造　成伤害。上述条件对混凝土形成了良好的养护和保　护。　３．６隧洞地质原因的影响　由于浇筑围岩较破碎，岩型不均，构造较复杂，节　理发育，开裂的部位基本上在Ⅳ、Ｖ类围岩地段，并伴　有地下水的渗出（流出），尤其在软弱地质地带，渗漏　更为严重。原设计隧洞内的衬砌混凝土为薄壁混凝　土，且没有设计排水系统，衬砌施工完毕后，地下水无　法排出，侧压力相对增大，不良地带水及岩石的侧压　力大于设计厚度混凝土承受的极限压力而产生衬砌　拉裂。因此，不良地带也是产生裂缝的原因之一。　３．７浇筑温度　混凝土所用水泥库存于室内，温度一般在１　８～３３　℃之间；骨料经水冲洗降温，温度控制在１８～２ｌ℃之　间，最高温度不超过２５℃。混凝土出机温度控制在　２０～３０℃之间，仓面混凝土温度在２１～２９℃。按相应　规范和施工情况，计算出浇筑混凝土块温度应力，结　果表明混凝土块体的温度应力处于临界状态，这也　水利与特殊构筑物防水　一　是导致隧道衬砌混凝土产生裂缝的重要原因之一。　设计的ｑｂｌ６　ｍｍ双层钢筋改为ｑｂ２０　ｍｍ的双层钢　３．８其他综合因素分析　从开挖断面看，Ⅳ、Ｖ类围岩破碎，自稳性能差，　开挖后经常有掉块和塌落现象，超挖部位多，超挖严　筋。对出水量较大的仓位，设置集中排水孔，将水排　至仓外，待混凝土达到一定要求后，再集中进行堵漏　处理。　重。原设计混凝土衬砌厚度４０—５０　ｃｍ，但底角及部分　边墙两侧实际平均开挖深度达９０　ｃｍ，最深处达到　１３０　ｃｍ。顶拱平均深度在９０　１２０　ｃｍ，均远远超出混　４．３在常规操作中调整　加强粗细骨料的降温工作和清洗工作，尽可能将　混凝土出机和人仓的温度控制在最佳范围内。根据　凝土衬砌设计厚度范围。　原设计的钢筋是按４０　ｃｍ、５０　ｃｍ厚的混凝土结　构进行设计的，超挖产生后，造成设计厚度以外的混　凝土出现无配筋的情况，一旦产生内应力，无配筋的　部位无受力筋，完全由混凝土来承担内应力，大大增　加了裂缝产生的概率。由于超挖，致使混凝土的浇筑　厚度加大，应力重新分布，原设计的钢筋型号就不能　满足要求了，钢筋的分布也较不合理，混凝土衬砌的　受力明显增加，故产生了裂缝。　原设计４０　ｃｍ、５０　ｃｍ厚混凝土浇筑分仓的长度　为１２　ｍ，浇筑厚度的改变，导致长宽比不平衡，应力　分布也随之发生变化。在检查中发现大多裂缝产生　在每仓混凝土的中间部位，这正好说明，混凝土浇筑　厚度发生改变后浇筑段的长宽比不匹配，故产生了裂　缝。　４裂缝预防措施　４．１调整混凝土的配合比　隧洞衬砌混凝土出现大量裂缝后，基于以上分　析，首先对混凝土配合比进行调整。在混凝土中掺加　粉煤灰和泵送剂，降低水泥用量，减少水化反应，严格　控制坍落度和水灰比，并且对各种原材料严格进行计　量。按照调整后的配合比进行隧洞混凝土衬砌浇筑，　效果较为明显，裂缝显著减少。但是混凝土加入粉煤　灰后，后期强度增长较慢，经过一定时间混凝土的强　度才能满足设计要求。　４．２调整施工工艺　隧洞改用先浇筑底板、后浇筑边顶的施工方式，　并在边墙和底板的接触部位设置一道膨胀止水带。　对超挖较大的仓位，加大钢筋用量或加粗钢筋：将原　骨料含水量调整配合比，并减少混凝土垂直和水平运　输中浆液的流失，防止混凝土坍落度和配比发生变　化；加强｝昆凝土的养护工作，保证混凝土拌制准确及　振捣密实性。　５裂缝处理方法　根据裂缝的发展状况和趋势，裂缝处理分两步进　行：先进行回填和固结灌浆，对灌浆后仍有渗水的地　段采用化学灌浆。　５．１隧洞回填及固结灌浆　５．１．１回填灌浆施工工艺　孑Ｌ位布置：隧洞顶部进行回填灌浆，灌浆孔位分　两序进行。Ｉ序孔沿洞轴线每８　ｍ布置１排，每排３　孔，正顶上布置１孑Ｌ，左右按照偏转５０ｏ布置两孔；Ⅱ　序孔在Ｉ序孔的中间布置。Ｉ序孔等全段第１次灌　浆结束７　ｄ以后进行二次复灌，施工程序按照Ｉ序孔　的程序进行，７　ｄ后复灌可使浆液经过较长时间的沉　积析水和凝固收缩腾出更多的空隙。　灌浆方法：打开各孔位阀门，从较低地势的一端　第１排上的３个孔位同时进浆；当灌至第２排的３个　孔或始终只有１孔出浆浓度接近或者达到注浆浓度　时，进行第２排孔灌浆。灌浆材料为水泥砂浆，砂浆　２８　ｄ后结石强度不低于水泥标号，水灰比为１：０．６。　灌浆压力：Ｉ序孔初次灌浆控制为０．１　ＭＰａ，Ⅱ　序孔灌浆和复灌压力控制在０．２　０－３　ＭＰａ，压力达到　后２Ｏ～３０　ｍｉｎ不再吃浆即停止灌桨。　５．１．２固结灌浆施工工艺　孔位布置：隧洞Ⅳ、Ｖ围岩进行固结灌浆，孔位按　圆拱段径向中心３０。进行布置。对裂隙型破碎带固结　灌浆，深入岩石深度为４　ｍ，孔距为３　ｍ；破碎、垮塌　■　水利与特殊构筑物防水　较多的地段，深入深度为６　ｍ，孔距加密到２　ｍ。　之间无空隙，不漏水。　灌浆方法：将灌浆孔按环向分成０～２　ｍ、２－４　ｍ　的Ｉ、Ⅱ两序孔，分别按“环向、逐层深入、逐步加密”　的程序进行施工。每排孔位，除个别吃浆量大的需单　独灌浆外，可将３孔一起并联灌浆，每排孔位的灌浆　实行对称分布、多孔灌浆；砂浆由稀至浓，水灰比分别　按５：１、２：１、１：１、０．８：１、０．５：１。　５）灌浆：采用Ｆ６１２高压灌浆机向灌浆孔内灌注　单液型聚氨酯疏水性发泡浆材；灌浆时，由下向上逐　一连续进行，保持压力３～５　ｍｉｎ，注射液从结构体表　面渗出时，结束灌浆。灌浆后仍出现渗水，再用亲水发　泡剂补灌。　６）封孔：灌注结束后待灌浆材料凝固，拆除孔口　灌浆压力：Ｉ序孔初次灌浆控制为１　ＭＰａ，ＩＩ序　孔灌浆压力控制为２．５　ＭＰａ。　５．２裂缝化学灌浆处理　５．２．１灌浆材料　本工程选用的灌浆材料是单液型聚氨酯疏水性　发泡浆材。该材料可任意与水混合，与水接触立即起　化学反应而膨胀，对基材粘着力强，韧性佳，抗化学性　优异，与饮用水接触区域可使用，环保性能好。　５．２．２灌浆设备　本工程选用Ｆ６１２高压灌浆机，有超高压力，不　需要压源，施工快速。机身质量仅为５　ｋｇ，携带省力，　移动方便，结构设计科学。该灌浆机可在３－６　ｓ提升　压力至４　５００　ｐｓｉ（约３１　ＭＰａ），能将液体止水剂有效　灌注进０．１　ｍｍ的细微裂缝中，施工效率高。　５．２－３化学灌浆施工工艺　５．２．３．１结构龟裂漏水治理工艺　１）布孔：孔位在裂缝左右两侧呈梅花形布置，孔　距２５～３０　ｅｍ。　２）钻孔：使用电锤等钻孑Ｌ工具沿裂缝两则进行钻　孔　钻头直径为１４　ｍｍ，在距裂缝最低处５—１０　ｅｍ，由　低往高倾斜钻孔，深度为结构体厚度的一半。　３）洗孔清缝：用高压清洗机以６　ＭＰａ的压力向　灌浆嘴内注入洁净水，观察出水点情况，并将缝内粉　尘清洗干净。　４）埋嘴：在钻好的孔内安装止水针头，止水针头　与混凝土面夹角为３Ｏｏ　４５。、穿过结构体厚度的一　半，由于结构体龟裂呈不规则状，故须特别注意钻孔　时与破裂面交叉，注射效果才最佳。针头后带膨胀橡　胶，并用专用内六角扳手拧紧，使灌浆嘴周围与钻孔　管，磨平灌浆嘴，用环氧胶泥对孔口进行封闭处理。　７）表面防水处理：采用聚氨酯防水涂料在化学灌　浆部分的混凝土表面涂刷１．５　ｍｍ厚，以作表面防水　处理。　图１为结构龟裂漏水处理示意图。　点　图１结构龟裂漏水处理不葸　５．２．３．２蜂巢漏水　１）布孔与钻孔：在出现蜂巢的范围，每隔２５～３０　ｃｍ钻１个孔，深度以结构体厚度的２／３为宜。　２）洗孔清缝：用高压清洗机以６　ＭＰａ的压力向　灌浆嘴内注入洁净水，观察出水点情况，并将缝内粉　尘清洗干净。　３）埋嘴：在钻好的孔内安装止水针头，止水针头　的底部穿过混凝土，伸人至蜂巢的空腔内，并加以旋　紧固定。　４）灌浆：采用Ｆ６１２高压灌浆机向灌浆孔内灌注　单液型聚氨酯疏水性发泡浆材，注射液从结构体表面　水利与特殊构筑物防水　１　渗出时，再注入单液型疏水性止漏材料。　５）封孔：灌注结束待灌浆材料凝固后，拆除孔口　管，磨平灌浆嘴，用环氧胶泥对孔口进行封孔。　６）防水处理：采用聚氨酯防水涂料，在化学灌浆　部分的混凝土表面涂刷１．５　ｍｍ厚。　图２为蜂巢漏水处理示意图。　工程所处地质环境不同，裂缝产生原因也不尽相同，　实践中需结合实际情况探索和总结，才能有效预防裂　缝，取得较好的施工质量和经济效益。　针对隧洞衬砌施工过程裂缝的控制，笔者提出以　下几点建议：１）隧洞分仓长度建议以８～１０　ｍ为宜；　２）特殊地域施工，可在混凝土中掺人粉煤灰；３）隧洞　采用光面爆破开挖，严格控制超挖，对底部超挖严重　部位采取浇筑混凝土基础垫层，墙体超挖严重部位建　议增加钢筋用量或加粗钢筋；４）在隧洞衬砌施工中，　建议设置引排水管，将岩体内部的水引排出结构面　外，减小岩体及水对混凝土产生的侧压。　参考文献：　【１】　中国水电基础局有限公司．ＤＬ／ｒ　５１４８－－２０１２水工建筑物　水泥灌浆施工技术规范［Ｓ］．北京：中国电力出版社，２０１２．　【２】中国建筑科学研究院．ＧＢ　５００１０－－２０１０钢筋混凝土结构　设计规湖ｓ】．北京：中国建ｇＬ．Ｘ－￣出版社，２０１０．　［３］四川省西点电力设计有限公司，永宁河四级水电站监测　项目部．盐源县永宁河四级电站施工组织设计ＪＲ］．２０１２．　［４］鞠丽艳．混凝土裂缝抑制措施的研究进展『Ｊ］．混凝土，２００２　（３２）：２０—２２．　图２蜂巢漏水处理示意　［５】黄立刚，杨倩．大体积混凝土裂缝的成因分析及控制措施　［Ｊ］．山西建筑，２００９，３５（１６）：１５７—１５９．　６几点建议　【６］孙立功，刘杰．隧道工程【Ｍ】．成都：西南交通大学出版社，　２００６　本隧洞工程混凝土衬砌产生裂缝后，得到了较好　的控制和补救。混凝土产生裂缝的原因较多，由于各　（上接第３０页）　理上取得了成功，使ＰＣＣＰ管道接口从原来单一的胶　圈止水变为“三重止水”，从而使ＰＣＣＰ管道接缝渗漏　水治理的难题有了全新的解决方案。　参考文献：　［１］谭建平．ｓＲ塑性止水材料的特性［Ｊ］．中国建筑防水，１９９８　（５）：２１—２３．　作不可避免，应采取防护措施避免焊渣溅落，烫坏聚　脲涂层。　５结语　本工程渗漏治理完工后，业主单位随即对处理过　的泵站管段进行了通水试验，ＰＣＣＰ管道漏水情况再　未出现。截止至笔者发文时，此段ＰＣＣＰ管引水工程　［２】姚宣德，石维新，王东黎．南水北调大口径ＰＣＣＰ管道漏水　风险分析［Ｊ］冰利水电技术，２００９，４０（７）：６６—６９．　［３】杜玉柱，路明，郝毅，等．长输管道接口漏水维修的实践与　总结『Ｊ］．给水排水，２００８，３４（２）：１０５—１０６．　已正式顺利通水运行１年有余，管道接口漏水的问　题得到了根本解决。　通过将ＳＫ手刮聚脲与ＳＲ塑性止水材料两种柔　性防水材料巧妙结合，在ＰＣＣＰ管道接缝的防渗漏处