开槽封闭灌浆法在输水隧洞维修中的应用

杨春旗，孙洪阳

（1.辽宁省水利水电科学研究院，沈阳 110003；2.本溪满族自治县关门山水库管理处，辽宁 本溪 117100）

开槽封闭灌浆法在输水隧洞维修中的应用

杨春旗1，孙洪阳2

（1.辽宁省水利水电科学研究院，沈阳 110003；2.本溪满族自治县关门山水库管理处，辽宁 本溪 117100）

辽宁大伙房水库水利枢纽输水洞主洞工程运行后，除1968年和1989年进行过裂缝处理外，至今未进行过大规模维修。洞内伸缩缝处止水材料老化，止水效果降低，出现了伸缩缝处渗水、漏水等问题，主洞内出现较多裂缝。针对这些缺陷，本工程采用开槽封闭灌浆法解决漏浆、跑浆等问题，具有较好应用价值。

伸缩缝修补；漏浆；砂浆；渗漏

1 输水洞工程概况

水库主坝坝型为碾压式黏土心墙坝，坝顶高程139.8m，最大坝高49.8m，坝顶长1366.7m，防浪墙顶高程141.0m。

输水洞主洞进口设有两扇检修闸门，设有两台固定式卷扬启闭机。主洞直径6.5m，长243.49m，主洞坡度3.5%，输水洞最大泄流量220m3/s。其中，一支洞直径5.5m，长度92.3m，一支洞后接有水电站，其最大泄流量180m3/s；二支洞为泄洪支洞，直径4m，长度48.45m，出口渐变段长12m，出口闸门为两扇2.25m× 2.25m的高压平板滑动闸门，并设有两台油压启闭机。泄洪支洞出口为消能塘和尾水渠。

2 输水洞主洞缺陷调查与分析

输水洞工程运行50余年来，为下游农灌输水和水库泄洪任务发挥了重要作用。运行至今，输水洞虽然曾在1968年和1989年进行过裂缝处理，但从未进行过大规模维修。长期在恶劣环境下运行，导致洞内伸缩缝处止水材料老化，止水效果降低，出现了伸缩缝处渗水、漏水等问题。通过对输水洞伸缩缝渗水情况进行全面检测，发现在洞内桩号0+219，0+228，0+ 243，0+258，0+264等5个断面的伸缩缝处渗漏比较严重。

同时由于长期的运行损伤和内部压力变化，主洞内还出现了较多裂缝，这些裂缝普遍渗水，有些裂缝还出现了大量渗流，其中闸室段的裂缝较多，且全部渗水，渗流较大。其他洞段也有裂缝出现，裂缝大多具有渗水现象。

裂缝、伸缩缝、施工缝所形成的交叉影响，使得渗漏区域不断扩大，这些区域表面伴有大量渗水和析出物质，严重影响工程正常运行。

3 维修处理原则

依据大伙房水库管理运行的安全需要，根据现场勘查结果，确定修补处理的重点为输水洞桩号0+ 219，0+228，0+243，0+258，0+264等5个断面的伸缩缝。修补处理原则如下：①需要考虑修补后表面的抗冲磨性能，修补砂浆表面具有较好的抗冲磨性能；②所有裂缝、结构缝、施工缝等涉及到延续工期和分阶段处理的，端部必须进行端部止水细部处理，留好延续接口。

4 导流、通风、预处理

4.1 导流

对于有明显渗水和明流出口的区域，进行适当导流，临时性导流采用口径1，2，3cm的软塑料管+渗流处封堵来引流，以保持工作面干燥可进行其他作业。永久性导流使用口径1cm的软塑料管+渗流处封堵+其他材料回填+表面封闭来进行引流。

在隧洞底部积水区域设置小型围堰，使用潜水泵将积水排至隧洞下游，以保证工作区域干燥无明水，保证在施工中无水分浸湿待处理表面。

4.2 通风

为了保证工作环境尽量干燥，在洞内设置通风设备，以便将潮湿空气排出工作区域。

4.3 预处理

对于出现了剥蚀、缺损等混凝土缺陷的区域，选取合适的钢筋进行锚固。使用聚合物混凝土、高强砂浆（聚合物/钢塑/聚合物纤维砂浆等）、钢塑纤维混凝土等材料进行剥蚀等局部缺陷填补、修复及养护。其预处理方案如图1，图2。

图2 锚固钢筋、钢筋网、细钢丝网布置

5 伸缩缝处理措施

去除伸缩缝中失效的填充材料，首先埋设细导流管，将导流管出口布置在隧洞最低端，导流管上面用柔性填料重新填好。对于结构缝与裂缝及结构缝与其他缺陷交汇的部位进行交汇处细部处理。伸缩缝内部进行化学灌浆，封口处布设柔性止水材料，缝口最外端设置燕尾槽型特种砂浆，打磨砂浆表面，使修补后外表面平整，砂浆表面与缝两侧原混凝土保持齐平。

具体工艺流程为：导流→布孔→在伸缩缝的开口部位开设开口宽4cm、深3cm的燕尾型沟槽→清理结构缝→深度修槽→布设内部导流管→嵌填柔性材料→布置橡胶棒→嵌填外层柔性材料→砂浆封闭→清理、打磨外表面→养护砂浆→化学灌浆止水→二次化学灌浆→清理灌浆后表面→拆除外部导流管→表面砂浆继续养护。伸缩缝修补处理及化学灌浆工艺如图3。

封闭砂浆为辽宁省水科院建材所自行研发、配制的特种砂浆，具有抗冲磨性、持久高强度、较好的早期强度，具有补偿收缩功能、抵抗微裂纹的性能，较好的抗折性，使用后整体性好，施工中具有较好的保水性、防水性、易黏接等特点。

图3 伸缩缝修补处理及化学灌浆工艺

6 裂缝处理方法与技术要点

根据现场勘查的情况确定修补对象为进口闸室段右侧闸室裂缝。

6.1 工艺措施

裂缝内部进行化学灌浆，缝口最外端设置燕尾槽型特种砂浆，打磨砂浆表面，使修补后外表面平整，砂浆表面与缝两侧原混凝土保持齐平，砂浆表面采用手刮聚脲材料进行抗冲磨防护处理。

具体工艺流程为：导流→布孔→在裂缝的开口部位开设开口宽4cm、深3cm的燕尾型沟槽→清理沟槽→深度修槽→砂浆封闭→处理外表面→养护砂浆→化学灌浆止水→清理灌浆后表面→拆除外部导流管→表面砂浆继续养护、打磨→界面剂→胎基布→涂布手刮聚脲材料多遍。裂缝修补处理及化学灌浆工艺如图4。

图4 裂缝修补处理及化学灌浆工艺

6.2 主要技术参数

混凝土表面打磨平均深度为2～2.5mm，打磨后表面保持新鲜、平整。在第1遍聚脲表干后，在其表面涂刮第2遍、第3遍、第4遍聚脲，要求在裂缝上表面中间部位涂刮固化后的聚脲涂层，厚度保持在3～4mm，收边部位涂刮聚脲涂层厚度应2mm以上，保证收边部位密实，收边缝外侧混凝土与聚脲涂层保持光滑过渡。

7 伸缩缝表面处理试验段

选取桩号0+258断面的伸缩缝进行内部灌浆，表面砂浆封闭处理的基础上，采用手刮聚脲材料进行伸缩缝的表面封闭处理，以期测试其封闭性能和抗冲磨特性。伸缩缝表面黏贴需要使用手刮聚脲材料来进行，手刮聚脲涂膜固化后平均厚度不得小于2mm，缝开口处表面材料厚度不小于4mm，聚脲涂刮宽度应大于30cm，缝口边缘与聚脲涂层边缘距离应大于12cm。

8 技术方案效果

8.1 施工方法优势

在其他工程中，通常化学灌浆采用两种方法进行施工，一种为表面封闭灌浆法，该法主要使用速凝无机封堵材料先进行缝表面的密封处理。通常是在打磨后的混凝土表面抹涂一层厚度2cm、宽度10cm的堵漏灵，养护24h后，进行化学灌浆，灌浆后凿除表面封堵材料、清理渗漏的浆液。这种施工方法在裂缝内部浆液推进压力增大的情况下，一般容易在封堵材料与混凝土的结合面处跑浆。

另一种方法为裂缝表层部分封闭法，即在裂缝表层先进行化学灌浆，控制浆液渗透到裂缝内部20～30cm，然后再布置深孔，进行裂缝深层灌浆。凝固后的浆液封闭了表层裂缝，从而将深层灌浆的浆液推进到衬砌混凝土内部更深更广的区域，甚至到达混凝土与岩石的交界面，有的还可以迎渗水通道逆行，填充岩石裂隙。这种方法能够达到开槽封闭的灌浆效果，能够防止浆液外漏，但是表层灌浆的布孔数量大大增加，同时还需布置大量的深层灌浆孔，对混凝土修补后外观有影响。

开槽封闭灌浆法与前两种方法对比，可以解决漏浆、跑浆问题，同时减少布孔数量，使修补后混凝土外观显得平整。如果修补砂浆表面还有表面防护层，灌浆孔可以覆盖在表面防护材料的黏贴处理区域之内。通过现场检查和取芯观测发现，裂缝、伸缩缝内部充满浆液，灌浆取得较好的效果。

8.2 砂浆性能优势

通常普通的修补砂浆只具有较高的抗压强度、抗拉强度和较好的抗折性。辽宁省水科院建材所自行研发、配制的特种砂浆，具有较好的抗冲磨性、持久高强度、较好的早期强度，具有补偿收缩功能、抵抗微裂纹的特性、较好的抗折性、使用后整体性好，施工中具有较好的保水性、防水性、易黏接等特点。通常开槽处理的修补面会出现砂浆收缩，引起砂浆面与混凝土面产生新的裂缝，出现漏浆、跑浆等问题，同时还会出现垂直面和顶面砂浆施工难度较大等问题，自行研发的特种砂浆由于掺入了较好的纤维、胶粉等材料，使之产生了较好的施工性能，能够较容易地满足竖直面和顶面施工要求。为了跟踪观测修补施工质量，现场对砂浆的部分性能进行了采样测试，共同期养护测试了3组试件，结果如表1。由表1数据可见特种砂浆的性能指标均在较高数值。

表1 特种砂浆的性能指标

9 结语

（1）结合室内试验和实际工程综合分析，特种砂浆在补偿收缩、抗冲磨、黏接强度、抗冻和抗渗方面体现出了一定的优越性，解决了施工中的难题。

（2）在隧洞内温度较低（8℃）的条件下施工，养护后的特种砂浆同样能够达到预定性能。

（3）开槽封闭灌浆法与表面封闭灌浆法和裂缝表层部分封闭法这两种方法对比，具有很好解决漏浆、跑浆问题，同时减少布孔数量，使修补后混凝土外观显得平整的优势。开凿沟槽的方法适用于衬砌厚度较大的输水隧洞的修补处理。

（4）开槽封闭灌浆法其表面封闭砂浆提供了较大的封闭阻力，使得灌浆料能够推进到衬砌混凝土内部更深更广的区域，到达混凝土与岩石的交界面，甚至可以迎渗水通道逆行，填充岩石裂隙。开槽封闭灌浆法可以使混凝土内部缺陷尽可能被全部充满，混凝土与岩石交界区缺陷、岩石内部缺陷也可同时被高压的浆液填充饱满，将渗漏水阻隔在衬砌混凝土层以外。

（5）特种砂浆本身具有较好的耐磨性，其表面增加了手刮聚脲涂层后，更加有效提升了工作面止水、抗冲磨的性能。

（6）内部埋设导流管的设计使得灌浆之前，伸缩缝内部所有的渗漏水都汇流至最低端导流口排出，随着由上至下灌浆结束，内部渗水被排挤到最低端排出，从而避免了部分止水针头压力过大，被高压挤出脱落的问题。

（7）在施工过程中，外部导流口和内部导流管同时起作用，对于渗水的导引和降低缝内水压起到了关键作用，为砂浆的施工带来了便利。

［1］宋平平.混凝土结构修复材料研究及其应用［D］.扬州：扬州大学，2009.

［2］杨丽娟.混凝土裂缝自渗透修复材料研究［D］.扬州：扬州大学，2012.

［3］张小亮.混凝土裂缝成因分析及控制［J］.山西建筑，2010，36（4）：160-161.

［4］张焕敏，涂兴怀.水工混凝土裂缝的成因及控制［J］.混凝土，2005（10）：73-76.

［5］南博华.环保型聚氨酯防水涂料的研制［D］.西安：西北工业大学，2006.

（责任编辑：尹健婷）

Application of grooving and closed groutingmethod in themaintenance of water diversion tunnel

YANG Chun-qi1，SUN Hong-yang2
（1.Liaoning Institute ofWater Conservancy and Hydroelectric Power Research，Shenyang 110003，China；2.Management Departmentof Guanmenshan Reservoir of BenxiManchu Autonomous County，Benxi117100，China）

Since the operation of Dahuofang reservoirwater control project in Liaoning province，themain hole of the project has never carried out large-scale maintenance except the crack treatment in 1968 and 1989.Because the aging of water stoppingmaterial of expansion joint，the effect of water stop material is reduced，the expansion joint have water seepage，leakage phenomenon and other problems，and there aremany cracks in themain hole.For these defects，the grooving and closed groutingmethod can be used to solve the problems of spillage，grouting off target and other problems，it has good application value.

expansion joint repair；mud leakage；mortar；leakage

TV543

：B

：1672-9900（2017）04-0060-04

2017-04-28

杨春旗（1987-），男（汉族），辽宁营口人，工程师，主要从事水利工程质量检测、科学试验研究等工作，（Tel）15909817339。