丽水市玉溪引水工程隧洞安全隐患探测方案初探

王浩军，张 涛，徐 辉

（浙江省水利水电勘测设计院，浙江 杭州 310002）

1 问题的提出

近年来，随着浙江省水利工程标准化管理工作不断推进，工程安全隐患检查工作愈加受到工程管理单位的重视。目前，水库、水闸、堤防等工程安全隐患检查工作均可通过目视、耳听、手摸等直观方法，辅以锤、钎、钢卷尺、放大镜及水下机器人等工具、器材进行外部检查，同时采用人工探测、电法探测、钻探等有效的仪器、工具，对工程结构内部进行探测检查。但引水隧洞特别是长距离引水隧洞工程的安全隐患检测工作由于缺乏合适的检测设备，仍需采用人工探测的方式进行。由于隧洞内通风条件差，危险因素较多，为保证探测过程中检测人员人身安全以及安全隐患探测工作的顺利开展，制定相应的探测实施方案尤为必要。本文结合丽水市玉溪引水工程引水隧洞的特点，提出操作性较强的安全隐患探测方案，为本工程引水隧洞后期隐患探测工作顺利开展提供技术支持。

2 工程概况

丽水市城乡玉溪供水引水工程主要通过隧洞、埋管重力自流引水，与水库联合调度，为城市规划区及周边多个乡镇供水。该工程供水规模40万t/d，设计引水流量4.63m3/s，引水方式为有压引水，主要建筑物有进水口、引水隧洞、埋管等，引水线路总长24.01km，其中隧洞长22707.10m，钢筋混凝土管长707.93m，钢管长390.62m[1]。引水隧洞按照不同的围岩地质条件，设计分别采用双筋混凝土衬砌（A型）、单筋混凝土衬砌（B型）、锚喷（C型）、素喷（D型）、不衬砌（E型）5种型式：A、B型采用C20W4钢筋混凝土衬砌，衬厚30～ 35cm，并进行回填灌浆和固结灌浆；C、D型洞底采用C15抹底，混凝土抹底厚30cm，其余洞周采用C25W4喷混凝土，C型采用锚杆支护，并进行固结灌浆；E型洞底采用C15抹底，混凝土抹底厚30cm。经统计，A、B型钢筋混凝土衬砌段占引水隧洞总长的34.15%，C型锚喷混凝土衬砌段占16.52%，D型喷混凝土衬砌段占23.33%，E型不衬砌段占26.00%[2]。

随着社会经济的发展，丽水市版图南扩，经济技术开发区和工业园区沿该引水工程引水线路建设。受上述开发建设活动影响，洞线下游末端7.00km段，洞顶地形、地貌、地下水位等客观条件发生明显变化，可能引起隧洞围岩压力不足和洞顶渗水，导致隧道存在安全隐患。为消除隧洞安全隐患，亟需对隧洞开展安全隐患排查并进行安全评估。

3 探测内容

结合工程实际情况，对上游约17.00km洞段进行一般检查，重点对下游约7.00km洞段进行安全隐患排查、探测。

3.1 隐患检查

对前17.00km和后7.00km洞段，均进行下列检查。检查隧洞进水口、集石坑、支管、支洞等部位的淤积、围岩裂缝、构造及掉块、崩塌等状况，并对不同衬护型式进行查勘、排查安全隐患情况。

（1）混凝土衬砌隧洞段。检查、排查内容：结构外观缺陷（包括混凝土蜂窝、麻面、冲蚀、剥落、露筋、掉块等）；混凝土裂缝、伸缩缝错台、止水破损情况；洞内底部淤积物分布情况（颗粒级配、厚度等）；洞壁附着物情况等。

（2）不衬砌隧洞段。检查、排查内容：结构外观缺陷（包括粗糙度、坍塌、掉块、冲刷、淤积物堆积情况等），围岩裂隙、节理发育开展情况、围岩稳定情况等。

（3）钢筋混凝土管道段。检查、排查内容：结构外观缺陷（包括管壁露筋、麻面、冲刷、变形、承插口及管口与衬护混凝土的结合情况等），管身裂缝等。

（4）钢管段。检查、排查内容：钢管外观（包括管壁锈蚀、磨损、结垢、淤积情况；焊缝、管道变形、圆度变形等），钢管与混凝土结构连接密封情况等。

3.2 后7.00k m洞段隐患探测

（1）混凝土衬砌段。检测内容：对出现裂缝或空洞部位选取典型位置进行混凝土衬砌密实度、厚度、均匀度、碳化深度、强度、钢筋锈蚀及保护层厚度进行检测，对围岩完整性进行探测。

（2）不衬砌隧洞段。检测内容：对出现裂缝、渗水严重部位选取典型位置对围岩裂隙、节理及完整性进行探测，并查明其发育程度和范围。

（3）钢筋混凝土管道段。检测内容：管壁混凝土强度、保护层厚度检测。

（4）钢管段。检测内容：焊缝检测、壁厚检测。

（5）外部调查。找出洞内渗漏位置，查明上部洞顶主要渗漏点位置或者渗漏通道。

4 隐患探测的主要方法

4.1 现场常规检查

现场常规检查方法主要包括眼看、手摸、鼻嗅、脚踩等直观方法，辅以钢丝刷、刚卷尺、照相机、测距仪等简单测量器材，对工程结构外观质量进行检查。

本次主要采用现场常规检查法对隧洞未衬砌段围岩结构和衬砌段混凝土结构外观质量、隧洞淤积情况进行检查，查看结构之间有无错动、裂缝、渗漏、混凝土溶蚀和钙化及洞内淤积情况；对衬砌段混凝土裂缝进行调查、编号，检查记录裂缝形式、宽度、长度、深度、渗漏情况及发生部位，并对裂缝成因及危害性进行分析，调查裂缝附近混凝土表面的干湿状态、污物和剥蚀情况，对比较严重的裂缝、混凝土剥落或者脱空部位，应确定缺陷深度、面积及可能的缺陷性质；对钢筋混凝土管道段结构外观缺陷及管身裂缝进行检查；对钢管段外观及钢管与混凝土结构连接密封情况进行检查。

4.2 探地雷达检测法

探地雷达检测法，主要通过探地雷达发射电磁波在介质中传播的路径、电磁场强度与波形来判断隧洞衬砌密实度，脱空情况及外部围岩缺陷等，同时可从宏观上查明隧洞外围较大的破碎带或松动岩体等不良地质所在位置和大小[3]。

本次主要采用探地雷达法对混凝土衬砌段混凝土衬砌密实度、厚度、均匀度和围岩完整性，以及不衬砌隧洞段出现裂缝、渗水严重部位的围岩裂隙、节理及完整性进行探测。

4.3 酚酞试剂测定法

酚酞试剂测定法主要采用浓度为1%的酚酞酒精溶液对水工建筑物混凝土进行碳化深度检测，分析混凝土的老化、劣化情况，从耐久性方面评价水工建筑物混凝土质量[4]。

本次主要采用酚酞试剂测定法对混凝土衬砌段混凝土碳化深度进行检测。

4.4 回弹法

回弹法是用一弹簧驱动的重锤，通过弹击杆，弹击混凝土表面，并测出重锤被反弹回来的距离，以回弹值作为与强度相关的指标，来推定混凝土强度值[3]。检测时应选取具有代表性的测区，进行混凝土回弹测试，评价混凝土强度[5]。

本次主要采用回弹法对混凝土衬砌段混凝土及钢筋混凝土管道段管壁混凝土强度进行检测。

4.5 半电池电位法

半电池电位法主要通过其检测的电位结果对各处水工建筑物等混凝土结构内部的钢（锚）筋锈蚀状态进行评判，目前在检测水工混凝土钢筋锈蚀状态已获得了广泛应用。

本次主要采用半电池电位法对混凝土衬砌段混凝土中钢筋锈蚀状态进行检测。

4.6 电磁感应法

钢筋保护层厚度采用电磁感应法检测，将探头安置于需要进行保护层厚度测定的测点，即可通过主机获取该测点的钢筋保护层厚度。当检测到某处混凝土中钢筋锈蚀较为严重时，则不宜采用电磁感应法进行钢筋保护层厚度检测，宜采用钻孔、剔凿法进行检测。

本次主要采用电磁感应法对混凝土衬砌段钢筋保护层厚度进行检测。

4.7 超声波法

超声波探伤是利用超声能透入金属材料的深处，并由一截面进入另一截面时，在界面边缘发生反射的特点来检查零件缺陷的一种方法，当超声波束自零件表面由探头通至金属内部，遇到缺陷与零件底面时就分别产生反射波，在荧光屏上形成脉冲波形，根据这些脉冲波形来判断缺陷位置和大小。

超声波法检测混凝土裂缝深度主要采用带波形显示功能的超声波检测仪，测量超声脉冲波在混凝土中的传播速度（简称声速），首波幅度（简称波幅）和接收信号主频率（简称主频）等声学参数并根据这些参数及其相对变化，判断混凝土中裂缝深度情况[6]。

本次检测工作中钢管段钢管焊缝质量、钢管壁厚以及混凝土裂缝深度检测主要采用超声波法。

4.8 水文地质调查

对隧洞轴线顶部两侧各500.00m范围内的围岩厚度、破碎松动及裂隙、断层等分布情况进行系统调查，对可能的外水入渗通道分布情况进行标记，并就“削山”后隧洞围岩厚度变化对洞身结构稳定造成的安全影响进行复核计算。

调查隧洞沿线的沟渠、河流及山塘的分布情况，对水体流向、地下水位及周边污染企业污水排放情况进行调查。

5 隐患探测工作安全保障措施

5.1 空气通风置换

（1）首先打开施工支洞（或进人孔），施工支洞（或进人孔）打开后，由消防人员在洞口（或进人孔）位置测定易燃气体和氧气的含量；在确认无可燃气体或含量小于其爆炸极限后，在洞口（或进人孔）处设置大功率的鼓风机，对隧洞进行长时间的单向通风（进口鼓风、出口排风）。

（2）隧洞单向通风5h后，消防人员进入隧洞，进行有害气体和氧气含量检测，并按间距50.00m做逐次的测定和记录。

（3）有害气体和氧气量检测过程中，如发现有害气体，消防人员应立即撤出，重复第（2）步工作内容。

（4）待隧洞内空气质量满足进场开展探测工作时，探测人员进入隧洞进行隐患探测检查工作，探测人员至少应携带2支氧气含量测定仪，随时检测空气中氧气含量。

（5）在探测工作结束之前，空气通风置换工作必须持续进行。

5.2 照明、通讯及安全防护措施

（1）探测作业所用仪器设备的电源，采用电池、蓄电池等直流电源。

（2）在施工支洞口或进人孔处，设置大功率照明设施。

（3）各检测人员必须配备口哨1支，以备紧急呼救使用。

（4）照明采用便携式手电筒、矿工头灯，应确保每名队员有矿用头灯1只，配备备用矿用头灯和手电筒各1只。

（5）鼓风机或其它必需采用交流电源的设备，应确保其电源线路的可靠，避免因漏电造成安全事故[7]。

（6）进洞队员应头戴安全帽身着齐腰防水服，上身着自发光反光背心，背防水双肩包[8]。

6 工程隐患处理措施及建议

（1）对隧洞沿线的工程建设项目应提出限制措施，确保隧洞及外部围岩结构安全；对交通道路、埋管、开挖沟渠等有可能损坏隧洞结构安全的行为应加以干预和制止。

（2）加快水系连通工程建设，确保水体能通畅排向下游以适当降低地下水位。

（3）对探测检查中发现的渗水严重围岩地段，采取灌浆加固处理等措施。

（4）对探测检查中发现的裂缝较多、渗水严重的洞段，采取裂缝修补、混凝土衬砌加固等措施。

7 结 语

（1）本文结合丽水市玉溪引水工程引水隧洞的特点，提出操作性较强的安全隐患探测方案，为本工程引水隧洞后期隐患探测工作顺利开展提供技术支持，也为类似工程开展安全隐患排查工作提供参考。

（2）通过对引水隧洞进行安全隐患探测及安全评价分析，可为后续采取相应措施提供决策支持，同时为工程管理单位的运行维护工作提供实践依据。

（3）由于该探测方案需在隧洞停止输水的工况下进行，对城市供水造成一定影响。若采用人工智能水下机器人进行长距离引水隧洞安全隐患探测，不仅不影响隧洞供水工程正常运转，还可规避诸多人工探测工作存在的安全风险。

[1] 浙江省水利水电勘测设计院.丽水市城市总体规划对丽水市玉溪引水工程运行安全的影响评价报批（HB1005GB）[R].杭州：浙江省水利水电勘测设计院，2013.

[2] 浙江省水利水电勘测设计院.丽水城乡供水玉溪引水工程竣工验收（13.GS1041S04）[R].杭州：浙江省水利水电勘测设计院，2013.

[3] 祁小冬，浅谈混凝土检测的常见问题及应用[J].山东工业技术，2015(6)：213.

[4] 李江林，关淑萍.探地雷达在隧洞衬砌质量检测中的应用[J].隧道建设，2010(1)：1- 5.

[5] 罗斌.关于建筑质量检测中混凝土检测探讨[J].建筑工程技术与设计，2016(6)：45- 46.

[6] 赵鸣夫.试论混凝土检测的方法与注意事项[J].科技尚品，2016(2)：35.

[7] 梁福明，黄德益.浅谈隧洞施工安全管理措施[J].企业科技与发展，2008(14)：72.

[8] 申选龙.隧洞施工安全管理[J].科技资讯，2014(12)：12.