引黄工程北干线1号洞管片接缝超标处理方法

雷吕丽

（山西省万家寨引黄工程管理局，山西 太原 030012）

1 工程概况

山西省万家寨引黄工程北干线1号洞位于朔州市平鲁区贾堡至中沟湾间，洞长43.6 km，引水流量22.2 m3/s。主体分为3个标，Ⅰ，Ⅱ标采用钻爆法施工，Ⅲ标采用全断面掘进机施工，均为圆形断面。Ⅲ标采用1台掘进机从1号洞出口向上游掘进，衬砌为六角形预制钢筋混凝土管片，厚25 cm，宽1.2 m。每环衬砌由4块管片组成，管片与围岩间用豆砾石充填后进行水泥灌浆，对管片起到支撑作用。

2 管片安装接缝要求

应采取一切必要手段，将管片环向接缝控制在适当的范围内，并尽可能减小纵向接缝的宽度。

通过机械连接件和安装机械的控制，保证管片接缝平滑平顺，管片衬砌环应尽可能达到精确的圆形。管片衬砌环安装允许误差为：径向允许误差±20 mm；管片的内部接缝宽度不大于5 mm，否则豆砾石回填灌浆取芯实验和压水实验需满足有关规定和要求；接缝处的最大平整度不大于5 mm。

3 管片安装后存在问题

质量检查后发现存在如下缺陷：部分管片间接缝错台较大，削弱了管片的结构强度和承载能力；部分洞段洞线低于设计高程，影响隧洞输水能力；部分管片存在裂缝，运行期会造成内水外渗和钢筋锈蚀，影响管片的使用寿命；部分管片接缝不严，存在渗漏问题，不仅造成水量损失，而且将恶化洞周围岩的地质条件；溶洞段通过后未做进一步处理，影响隧洞结构稳定及永久运行。

4 管片衬砌纵环缝超标处理

4.1 接缝超标处理的必要性

隧洞衬砌采用预制管片拼装式衬砌，每环管片由4个管片镶嵌而成，管片环缝之间由定位销联结，纵缝之间设导向杆。根据结构分析，整个管片为空间受力状态，环内、环间互相通过纵缝传递衬砌内力，因此纵缝的张开程度对整体结构的稳定可靠起到至关重要的作用，但环缝的张开度对结构影响稍差。此外，隧洞管片衬砌采用内嵌止水条形成封闭的防渗系统，纵环缝的张开度、平整度直接决定了纵缝的压实和接触程度，进而决定了管片衬砌的防渗可靠性和止水系统的承受内外水压能力。

由于掘进过程中受施工控制质量及特殊围岩条件影响，会产生一定的管片接缝错台和张开。较为突出的原因是管片制作过程中模具变形、安装过程中未完全到位、豆砾石回填灌浆不及时造成管片衬砌不稳定。此外，在掘进过程中遇到的不良地质洞段如软岩、溶洞、断层、人为因素造成的塌方段及弯道等，也可能使管片衬砌产生较大的错动变形，造成接缝超标。

4.2 接缝张开处理目的、原则和方法

4.2.1 处理目的

改善管片有缺陷纵缝的传力性能，保证结构处于合理承载状态；恢复纵环缝原有的防渗性能，保证结构在接缝处承受内外水压力满足要求。

4.2.2 处理原则

首先判断接缝对结构的危害程度，确定处理方法，然后根据结构所处围岩条件和外水情况确定加固方法、表面处理方式及材料的性能指标。

4.2.3 纵向接缝超宽缺陷处理方法

第一，无外水洞段Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类围岩纵向接缝超宽处理。无外水洞段Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ类围岩管片衬砌主要起防渗作用，围岩自承能力及抗渗性能较好。经计算，管片应力未超过混凝土允许应力，管片衬砌接缝张开应满足防渗要求。处理原则为只对设计水位以下及以上500 mm部分进行接缝表面涂柔性防渗涂料封闭处理，涂刷厚度1.5 mm。涂刷范围为涂料覆盖接缝左右各60 mm。

第二，无外水洞段Ⅳ，Ⅴ类围岩纵向接缝超宽处理。无外水洞段Ⅳ，Ⅴ类围岩洞段管片衬砌承受荷载较大，管片应力超过混凝土允许应力，管片纵缝应按结构缝处理。处理方法为：首先对接缝表面封闭，然后采用微膨胀水泥灌浆方法来填实接缝。必要时缝两侧管片加设锚杆加固。每片管片设2根锚杆，钻孔利用管片机械安装孔进行。锚杆长3 m，采用直径22 mm的Ⅱ级螺纹钢筋，锚杆端部加垫板和螺栓，垫圈固定于管片内表面。垫板为A3钢板，方形，边长20 cm，厚10 mm，螺栓尾部用高标号水泥砂浆包裹抹平顺。

第三，溶洞段纵向接缝超宽处理。此部分洞段接缝均应满足结构受力和防渗要求，对需要拆除管片现浇混凝土的溶洞段，接缝不再处理。其他纵缝处理时，首先应进行接缝水泥灌浆处理，将接缝灌实，然后在接缝表面左右各60 mm范围涂刷柔性防渗涂料，涂刷厚度1.5 mm。

第四，外水头小于60 m洞段纵向接缝超宽处理。首先对所有超标缝采用微膨胀水泥灌实，然后对Ⅳ，Ⅴ类围岩洞段管片加固，加固参数同无外水洞段Ⅳ，Ⅴ类围岩接缝超宽处理。

第五，外水头大于60 m洞段纵向接缝超宽处理。首先对接缝表面封闭处理后采用水泥灌浆方法来填实接缝，然后对超宽接缝缝周管片加设锚杆加固，加固参数同前。此外，对Ⅳ，Ⅴ类围岩洞段管片连续三环以上缝宽超标的洞段进行固结灌浆。灌浆孔深6 m，排距2.4 m，在灌浆加固范围内设排水孔，孔深2 m，每环4孔，环间交错布置。

另外，转弯段纵向接缝超宽处理可按上述五种情况进行实施。

4.2.4 环向接缝超宽缺陷处理方法

鉴于环缝对结构受力方面影响不大，处理方法以防渗为主、结构为辅。处理时首先剔除原管片结构缝表面砂浆，其次对有渗水洞段采用堵漏剂堵水，然后嵌填TK聚合物砂浆。对高外水洞段，先处理高外水，然后按上述方法处理。