围岩膨胀引起水工隧洞破坏的修复实例分析

陈雪峰　翟矿山

【摘要】由于水工隧洞围岩吸水后，围岩软化、体积膨胀，导致承载能力下降，导致水工隧洞衬砌的边墙下沉、开裂，底板上拱，严重影响隧洞的使用安全，甚至造成隧洞的整体塌陷，在水利工程上是比较少见。其成因是比较复杂，对于维修方法，可供参考资料也不多，本向大家介绍一个成功修复的水工隧洞实例。为今后出现类似的情况供大家参考。同时在水工隧洞设计时要注意此类岩石的处理。

【关健词】隧洞；围岩膨胀；破坏；维修；实施

1 、工程的基本情况及问题

工程龙游县营盘山隧洞主要承担输水任务。全长2203.5米，为无压水工隧洞，圆拱直墙断面，衬后断面为4.8m*5.48m（宽*高），直墙高度4.15m，顶拱圆角1160，内半经2.83m，隧洞坡降1/3500，设计过水流量24.51㎡/S。该隧洞1993年开工至1995年完工，1997年开始通水并投入使用，由于该下游有一座小型电站，需常年通水。

在1998年11月停水进洞检查后发现桩号1+090～1+439段约300米长隧洞边墙有水平、垂直裂缝，裂缝宽度约2～5mm，底板中间开裂拱起，最高拱起约60cm，严重影响隧洞通水的安全，该地段由于当时出于投资的考虑，大部分为边墙现浇素砼厚20㎝，底板现浇素砼厚15㎝，顶部喷6-10㎝厚砼，少部分断层处为边墙、顶部现浇钢筋砼厚35㎝，底板现浇素砼厚20㎝。

事情况发生后，引起领导的高度重视，组织水利有关专家一起进行分析情况，主要原因是：该段隧洞的围岩岩性为蚀变凝灰岩，经过长期的通水，大量的水渗入地下，经过长期的浸泡，围岩软化、体积膨胀，导致承载能力下降，边墙下沉，并与岩石分离，出现裂缝，底板是15㎝厚素砼浇筑，相对抗剪能力较差，不足抵抗由于岩石体积膨胀出带的力，故出现上拱的现象。

2 、处理方法：

针对此现象，在查阅了大量的资料后发现，由于围岩膨胀引起隧洞破坏，在水利工程上是比较少见，故可供参考资料不多，根据其产生的破坏原理，经讨论，主要采取以下方法修理：

2.1边墙修理

对于1+090-1+439段边墙全部采用Ⅱ级钢筋Φ20 L=3M锚杆间距1.2米，按梅花型布置，进行加固；对于边墙上的裂缝开凿宽*深为5㎝*5㎝“V”型沟槽，用高強度的环氧砂浆补平；并对造孔进行接触灌浆，增加边墙与岩石的凝结力。

2.2底板修理

底板起拱段砼全部撬掉，并清除已分化的岩石，并Ⅱ级钢筋Φ20 L=2.5M锚杆间距1.2m，打入底板的岩石中，回填C20砼至表面设计高程，在底板表面配置￠14@300钢筋网格，保护层5㎝。改善砼的剪能力。

2.3顶拱加固

对该地段的隧洞顶拱进行统一加固，对末进钢筋砼衬砌的项拱，打入Ⅱ级钢筋Φ20 L=2.5 M锚杆间距1.2米，并配置￠14@150钢筋网格，喷12～15㎝厚砼。对已进钢筋砼衬砌的项拱进行回填灌浆。

3 、施工方案

3.1准备工作

本着先边墙，后底板、顶拱的原则，从隧洞进口向出口推进的方法。1999年5月，按排有丰富隧洞施工经验单位进场施工。首先在隧洞下游出口按排两台水泵抽水机，排干隧洞内的积水，清除需维修段的淤泥，对隧洞进行全面检查，并架设线路、输气管路等各项准备工作，实施修理。

3.2边墙施工

对有裂缝边墙根据锚杆设计间距，用油漆标出眼位：再气腿风钻造孔，钻孔时钻杆垂于层理面。用高压风吹净孔中石屑及细小石块，并检查孔距、孔深，要求锚杆孔距偏差小于10㎝，深度偏差小于5㎝，注浆采有浆泵注浆，将浆液经压浆管输送至孔底，再由孔底返出孔口，注浆时匀速注入，待孔口溢出浆液停止注浆。浆液采用M25普通硅酸盐水泥和中细砂现场拌制的砂浆。用榔头把锚杆打入，锚杆应伸入砼护面2㎝以上，然后用环氧砂浆抹平。对边墙的裂缝，延裂缝走向开凿5㎝*5㎝“V”型沟槽，用高压风吹干净，后用环氧砂浆补平，环氧砂浆配比：环氧树脂：二丁脂：丙酮：乙二胺：水：细砂 =100：10～15：10～15：8：125：375，到强度达到设计的80%后，用风钻造孔，孔经为￠38㎜，孔深入岩石10㎝，灌浆压力为0.053MPa，灌浆时，压力从零开始缓慢升高，注意灌浆的变化，如有变位或外鼓的现象，立即降低压力，作好记录。

3.3底板施工

本着由内向外的施工方法，待边墙全部处理完毕后，清除底板上的砼和风化的岩石，挖至较完整的基岩，若遇到破碎带，按带宽的一倍挖深，清理干净后，打入锚杆Ⅱ级钢筋Φ20 L=2.5M锚杆间距2.5米，按梅花型布置，然后回填C20砼，回填砼厚度不少于50厘米，底板表面配置￠14@300钢筋网格，保护层5㎝，，底板采用跳块浇筑，注意浇筑砼的质量。

3.4顶拱施工

对于顶拱，先按间距3米，按梅花型布置打入锚杆，清除表面各种浮石及杂物、泥巴，然后布置网筋，网筋与岩面距离3-5㎝。捆扎牢固，并与锚杆用点焊联结，采用干喷法，喷砼配合比为：水：水泥：砂：石子=（04-0.5）：1：2：2，喷射机工作压力控制在1.2kg/㎝2左右，水压大于2.2kg/㎝2，每次喷射厚度约5-7㎝左右，砼喷射结束终凝2小时后进行喷水养护。对于顶拱已衬砌段，用手风钻造孔，用砂浆泵按填压式进行了灌浆，灌浆终孔压力为3MPa左右。

4、 实施后成效

对于隧洞处理后，我们在该段设置观点，按底板中间设一点、两边墙高1.5米各设置一点，每年隧洞放水检查一次，并用水准仪实测沉降量。通过多年观测，发现隧洞边墙不再出现下沉，也没有出现裂缝，隧洞底板无上拱现现象，效果显著，隧洞正常运行。

结束语

由于围岩吸水后，围岩软化、体积膨胀，导致水工隧洞的破坏实例不多，其成功的修复的方法，还在摸索中。主要是做好防水工作，尽可能减少地表水渗入围岩，防止围岩吸入过量的水，增加抵抗膨胀产生的力。对于水工隧洞的地质条件很复杂，由于不同的岩质、不同的工作环境，其维修方法不尽相同，本方法供大家参考。

参考文献：

[1]华东水利学院.水工设计手册.第三卷.

[2]华东水利学院.水工设计手册.第七卷.

[3]刘汉东.岩土力学.