有压隧洞喷射混凝土衬砌渗漏水问题处理研究

张居东

摘 要：渗漏是隧洞的常见病患之一，一直以来都困扰着各种隧道以及隧洞的安全。随着经济的发展和对于公共安全的要求，政府对于隧洞安全建设越来越重视。引水式電站有压隧洞是目前国内外水电站中广泛采用的形式之一。其造价低，工程量小是其最大的优点。引水式水电站中有压隧洞有较丰富地下水，对于喷射混凝土衬砌带来了很大的施工难度和工程隐患。文章主要针对喷射混凝土衬砌渗透水问题研究出有针对性的喷射混凝土渗透水处理方法，供同类工程建设中借鉴和应用。

关键词：渗透；有压隧洞；引水式电站；喷射混凝土

1 引言

引水式水电站有压隧洞已经在国内外水电站开发中广泛应用，根据洞挖揭示的岩层分类不同，有压隧洞衬砌方式主要分为混凝土衬砌和喷射混凝土衬砌，其中喷射混凝土衬砌的优点主要有施工便捷、节约投资及工期等，能给项目投资业主带来直接的经济效益。但是，在实际的应用中，由于有压隧洞一般都深埋在山体中，较为丰富的地下水对喷射混凝土衬砌施工带来了施工难度，也为工程安全带来隐患。

本文主要是基于体力理论的相关观点，提出有效的有压隧洞喷射混凝土衬砌渗透设计方法。

2 喷射混凝土衬砌特点

喷射混凝土适用于围岩较为坚硬、完整，抗风化能力和抗渗性较差的岩体，内水在压力作用下外渗不会导致围岩的脱落，造成严重的不良后果。所以对于喷射混凝土一般用于Ⅱ、Ⅲ类围岩。喷射混凝土衬砌不能视作为“承力结构”，而是通过喷射混凝土到岩体表面以提高围岩的自承能力，提高围岩变形能力，形成由混凝土-围岩（承力不够时，可以在围岩中加入锚杆、挂网等）联合受力的柔性支护结构。这样的联合结构进度快、受力衬砌及时有效，施工简单，但对于有高精度的施工开挖质量要求的工程不宜使用，其平整起伏大，沿程水损大，工程质量不好控制。由于近年来快速施工要求以及施工工艺水平的提高，隧洞开挖中已经和以前有很大不同，普遍采用光面爆破的方法，这样可以大大提高岩体的平整度，可以降低喷射混凝土衬砌的粗糙率。在水电站发电时，减少摩擦引起的电能损耗，提高发电率，同时光面爆破也可以充分发挥围岩的自稳能力，减少了爆破对围岩强度的影响，提高了喷射混凝土衬砌的效果。喷射工艺的不同对于围岩强度的影响也比较大，在施工精度高的情况下，可以采用湿喷工艺，增加喷射混凝土的结合能力和密实度，这样提高喷射混凝土的施工质量。

3 渗透的解决方法

3.1 围岩注浆（堵水）

在隧洞开挖以后，会在某些局部地方渗水量较大，在这些渗水量较大的区域采用注浆堵水的方法减小地下水的渗透是比较可行的方法。为了有相对较好的效果，需要采取必要措施。强化隧洞顶部范围围岩注浆。隧洞开挖会使得隧洞顶围岩，渗透性增强。基于这个情况，在洞顶有渗水区域采用注浆堵水，形成洞顶围岩不易透水的密室体。具体做法是在水流不断的地段，先采用水玻璃混合水泥（水玻璃：水泥=0.3-0.5：1）进行灌浆止水，然后喷射混凝土将散步水流逼向同一点。

3.2 制作防水层（防水）

防水层可以有效降低水的渗透。在防水层制作期间，在防水层的一层喷射混凝土，另一侧是后施工的二次衬砌混凝土。两侧虽然都是混凝土，但是施工工艺不同，粗糙度不相同。二次衬砌是人工结构，其整体性较好并且变形较小而喷射混凝土表面相对要粗糙，变形也大。提高平整度是提高混凝土防水层防水效果的首要条件，对于喷射混凝土而言，必须加强混凝土表面平整度。在防水层铺设前，喷射混凝土不得有锚杆头和外露钢筋，不得有凹凸不平的孔洞和小坑，保证喷射混凝土表面平滑。这是保证防水效果的先决条件。同时可以采取改性防水板，或者采用较厚的土工布来防止防水层破坏和缓冲围岩压力。

3.3 排水

3.3.1 排水半管打孔

在有压隧洞防排水系统中采用排水半管法是我国引进的先进施工技术。主要是在喷射混凝土表面和内部在架设支护初期，每一个相同间距都环向布设一些排水管。在施工中可以发现，由于围岩中水流没有规律，而用排水半管法是按固定位置布设，很难将围岩中水全部排走。

因此需要改进排水半管方法技术。所谓半管，就是横断面是“Ω”型的排水弹簧管，弹簧弧侧有塑料膜，面侧开口。要求是强度能够承受喷射混凝土的冲击力不损坏、不变形且纵向比较柔软，适应围岩变形和喷射混凝土表面不平整。与井点降水法类似，在岩体中打一口井，井口周围的水会向井口集中，抽取井口的水以降低地下水深度。同样，在设置了排水半管的地方岩体处打一小孔，由于水的毛细作用，孔周围水会向孔口集中，从而达到排水的目的。按照这样的方法，需要在排水半管环向位置设置8个左右的等间距孔（也可实际按照隧洞形状灵活安排），孔深度约为半米左右，优化排水半管方法的排水作用。对于渗漏水较大较集中的部位，打排水孔，安装排水半管并安装止回阀，止回阀主要就是为了防止排水半管中的介质水倒流回渗水位置，防止泵及驱动电动机反转，保证排水的通畅。对于顶拱位置，排水甚为重要。封拱混凝土浇筑入口应留在拱顶正中位置，入口间距大约1.5米，入口设置止回阀门。止回阀规格应根据渗水量大小和压力进行选择，洞内满流时，内水压力作用可使止回阀自动关闭，避免内水外渗，洞内放空时，可使山体水渗漏至洞内。这样可以避免喷射混凝土和围岩因为渗透水而发生垮塌事故，维持围岩和喷射混凝土的压力场效应。

比较发现，在围岩相同的条件下，打孔后的排水半管水流量明显大于没有打孔的排水半管，说明排水性能得到了优化。

3.3.2 在防水层和衬砌之间设排水管

隧洞防排水是层层设防，层层排泄。目前设计中防水层和衬砌之间并没有排水通道，导致排水不畅。所以在围岩渗透量大的地方，在防水层和衬砌之间设置环向排水管。方法比较简单，用土工布包裹带孔20mm排水管，再用专用胶粘在防水层表面即可。

3.3.3 波形排水管

一般纵向排水管坡度与隧洞坡度一致，坡度范围一般在0.3%-3%内。这样的坡度容易出现两个问题：一是水流管速慢，特别在低温条件下结冰，水更没有办法流动；二是施工误差造成排水管两横向之间的纵向排水管下凹，使用后因为泥沙的原因导致流水不畅。针对这样的问题，可以设置纵向波形排水管，提高水流携带泥沙的能力，减小了水堵可能性。

3.4 合理安排施工工序和施工方法

施工工序的合理安全可以减小渗透水堵。特别是二次喷射混凝土时应将边墙底角的回弹清洗干净，渗透水采用先排后堵的工序，使得两次喷射混凝土紧密结合防止渗水。喷射混凝土初凝和终凝时间太长时，应增加速凝剂的用量，保证喷射混凝土能够快速硬化。对于大面积点渗水形成喷射混凝土表层龟裂部位处理，通过试验调整配合比，增加水玻璃等，使喷射混凝土在较短的时间内达到初凝并止水的效果，减少因为这个原因导致的其他情况发生。

4 结束语

利用勘探摸清隧洞底层地质条件和类别，对施工工序和施工方法进行优化升级，对隧洞防排水系统进行整体设计和规划。对于喷射混凝土的凝结时间有一定把握，找出导致隧洞渗漏的原因和区域，给出渗水不畅的方式方法，进行综合治理，这样才能对有压隧洞喷射混凝土衬砌的渗漏水处理得当，避免安全事故的发生，保障施工工人的安全。

参考文献

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