引滦入津输水隧洞重点病害综合治理技术与实践

2020-11-04赵前程

海河水利 2020年5期

张伟，赵前程，王峥

（天津市引滦工程隧洞管理中心，河北迁西 064300）

1 工程概况

引滦入津输水隧洞位于河北省迁西县和遵化市交界处、滦河大黑汀水库与黎河接官厅村之间的分水岭地带，是引滦入津的关键控制性工程。主体工程为二等，主要建筑物2级，次要3级。工程包括进口闸、引滦明渠、明挖隧洞、洞挖隧洞、出口防洪闸及消能设施等。工程全长12.395 km，其中明挖隧洞1.724 km、洞挖隧洞9.666 km。隧洞断面形式有圆拱直墙型和箱型等5种，主断面圆拱直墙型洞宽5.7 m、高6.25 m。隧洞无压输水，设计流量60 m³/s，校核流量75 m³/s。

工程于1983年9月建成通水，先后进行过2期补强加固施工。2012年，又委托南京水利科学研究院对隧洞工程进行了安全鉴定，发现隧洞衬砌混凝土有新裂缝及伸缩缝渗水、出口明渠扩散段冻融剥蚀及骨料粉化、局部洞段漏水严重、衬砌混凝土离散型较大、存在大面积低强混凝土、顶拱及底板衬砌与围岩脱空严重等病害，危及隧洞安全，亟待处理。针对上述病害，天津市引滦工程隧洞管理中心分别于2014、2016和2017年对隧洞2 280 m洞段进行了治理，在分段治理过程中不断摸索，总结出以下病害治理经验，供大家参考。

2 病害治理

2.1 伸缩缝治理

为解决伸缩缝内常年渗水、降低周边混凝土强度的问题，采用以下工艺流程进行伸缩缝治理：①清理伸缩缝及周边混凝土表面，对伸缩缝两侧各100 mm进行打磨，增强涂料与混凝土的粘结。②剔除原缝内填充物，埋设排水软管，对渗水进行引排（对渗水量大的伸缩缝同时进行化学灌浆）。③对伸缩缝两侧混凝土剔槽，槽呈倒梯形，短边30 mm，长边40 mm，槽深50 mm。④使用快速堵漏剂封闭渗水。⑤缝内填充遇水膨胀胶条。⑥在梯形槽内表面涂刷防渗涂料，填充高弹性砂浆。⑦伸缩缝表面涂刷单组份聚脲，宽度200 mm。⑧两侧边墙增打排水孔，孔径50 mm、深3.5 m，每道伸缩缝布置8个。伸缩缝治理布置，如图1所示。

图1 伸缩缝治理布置（单位：mm）

2.2 裂缝治理

2.2.1 边墙及底板裂缝

边墙及底板纵向裂缝呈贯穿性，严重影响衬砌的整体性和钢筋混凝土耐久性；横向裂缝对结构安全影响不大，但裂缝存在渗水和析出物，长期作用会降低周边混凝土强度。本次对裂缝治理采用表面处理结合灌浆的方案，对边墙及底板裂缝采取骑缝开U形槽深度100 mm，回填遇水膨胀胶条，表面涂丙乳界面剂，回填环氧砂浆，最后灌浆阻截渗水通道。

混凝土内部松散形成的渗水通道是造成衬砌结构表面潮湿、渗漏、溶蚀、钙质析出、裂缝产生的主要原因，因此隧洞治理过程中采用超细水泥灌浆和化学灌浆的方法阻截渗水通道。超细水泥是一种高性能超微粒水泥基灌浆材料，它具有与有机化学灌浆液相似的良好渗透性和可灌性，具有较高的强度和耐久性，且具有环保性，对水环境不会造成污染。化学灌浆采用聚氨酯浆液，聚氨脂与水结合后无毒，现已广泛用于水利、地铁、市政、工民建等诸多领域，遇水后立即发生化学反应，放出CO2气体，使浆液膨胀向四周扩散，生成不溶于水的凝固体，具有较强的机械强度。凝固体中含有亲水基团，具有吸水后“二次膨胀”的特点，因而有较大渗透半径和凝固体积比。通过多次试验，对比治理效果，确定了裂缝处理先采用聚氨酯化学灌浆，对跑浆较严重的裂缝先采用超细水泥灌浆再进行化学灌浆的方案。

化学灌浆采用纯压式灌浆方式，以灌浆压力形成浆液一次渗透，遇水后产生二次渗透。在正式灌浆施工之前先进行现场灌浆试验，包括对浆材配置、施工组织、施工工艺和技术措施的检验。灌浆压力应通过灌浆试验成果确定，并按现场试验确定化学灌浆材料实际配合比。灌浆孔可布置在裂缝两侧，垂直间距300 mm，梅花形布置，斜向45°钻孔，孔深由结构尺寸决定，可深入底板或边墙厚度的一半位置。钻孔孔径在满足正常灌浆的前提下采用较小的灌浆孔径。

2.2.2 顶拱裂缝

顶拱裂缝采用开槽填缝方案在施工上有一定难度，因此采用对顶拱裂缝表面打磨平整、批刮环氧胶泥封堵裂缝的治理方案。其操作方法为把配制好的环氧胶泥均匀涂布于处理过的混凝土基础面上，厚度为2～4 mm。裂缝治理工艺流程如下：①对有渗水的裂缝，先沿裂缝两侧打排水孔，间距1 m，降低地下水压力，使裂缝区域达到潮湿或少量渗水的工况。②骑缝开U形槽，深度100 mm。③回填遇水膨胀胶条。④涂丙乳界面剂。⑤回填环氧砂浆。⑥阻截渗水通道。

2.3 低强混凝土治理

为彻底解决低强混凝土问题，对不满足混凝土设计强度75%的洞段采取局部凿除、重新浇筑C25混凝土的方案，以完全恢复原设计强度值；对混凝土强度为设计强度75%～100%的洞段，采用化学灌浆治理，适当提高混凝土强度，增强其耐久性。化学灌浆浆液为环氧类浆液，灌浆采用纯压式灌浆方式，可最大限度提高混凝土强度。

灌浆过程应对衬砌变形、漏浆等进行监测，如因灌浆导致衬砌出现新裂缝，则应立即停止灌浆或减压灌浆（设专人巡视现场）。灌浆完成后，对封堵的排水孔进行开孔检查，如发现因灌浆而封堵的排水孔，应重新打通或疏通排水孔。灌浆完成后选择典型点，取混凝土芯样试验，观察增强效果。

低强混凝土治理工艺流程如下：①局部拆除重建：先对低强范围内混凝土凿除，凿除深度25 cm；对连续大面积低强混凝土凿除应分块进行，每块原则上不得超过3 m，待重新浇筑、混凝土强度达到设计强度后，再进行下一块凿除。衬砌重建后，参照原设计外水压力分布情况，布设排水孔，入岩孔深3 m，孔径50 mm，间距2 m。②低强混凝土灌浆：灌浆布孔间距300 mm×300 mm，矩形布置，斜向45°钻孔，孔深由结构尺寸决定，深入底板或边墙厚度的一半位置。钻孔孔径在满足正常灌浆的前提下采用较小灌浆孔径，原则上不得截断受力钢筋。灌浆过程中发现冒浆、漏浆时，应根据具体情况采用低压、限流、浓浆、间歇等方法进行处理。如效果不明显，应停止灌浆，待浆液凝固后重新扫孔复灌。灌浆应连续进行，若因故中断应尽快恢复灌浆。否则应进行冲孔或扫孔，再恢复灌浆。当灌浆段在最大设计压力下，注入率不大于0.02 L/min后，继续灌注30 min以上，可结束灌浆。

2.4 脱空洞段治理

对存在空洞的顶拱、边墙及底板部位采取回填灌浆。灌浆材料采用C15水泥砂浆，并在砂浆与围岩结合处灌注水泥浆，水泥采用普通硅酸盐水泥，强度等级不低于42.5。先临时封堵原有排水孔，再进行回填水泥砂浆，边墙及顶拱回填灌浆采用自下而上分段灌浆方式，开始时利用下部两孔同时回填砂浆，待上侧灌浆孔出现漏浆时，封堵下部灌浆孔，对上侧孔继续灌浆，直至完成顶部上孔灌浆。待完成回填砂浆后进行水泥灌浆，以封堵砂浆与围岩之间的缝隙，保证衬砌结构与围岩的紧密接触，回填灌浆全部结束后疏通原有排水孔。

脱空洞段治理工艺流程如下：①先临时封堵原有排水孔，再进行回填灌浆。采用泵送砂浆，边墙回填灌浆孔布置3排，间距1 m；底板回填灌浆孔布置4排，间距1.5 m；顶拱回填孔布置5排，布置示意如图2所示。②空洞回填砂浆后再进行水泥灌浆，回填灌浆压力0.25 MPa，灌浆水灰比0.5∶1～0.6∶1，对空隙较大的部位可灌注水泥砂浆，其掺砂量不大于水泥重量的200%。当注入率不大于0.4 L/min时，继续灌注30 min，可结束灌浆。③回填灌浆结束后，对原有排水孔进行疏通。

图2 回填孔布置示意（单位：mm）

2.5 底板冲坑麻面治理

对冲坑麻面深度大于50 mm的部位采取衬砌混凝土局部凿除凿毛，清理基面后涂丙乳界面剂，回填C25混凝土，表面进行环氧砂浆涂层措施。对深度小于50 mm的部位采取表面混凝土凿毛，环氧砂浆抹面的修复措施；对起鼓部位采取表面混凝土凿毛找平，环氧砂浆抹面的修复措施。底板冲坑麻面治理，如图3所示。

图3 底板冲坑麻面治理示意（单位：mm）

2.6 衬砌表面治理

隧洞各洞段均存在混凝土碳化及钢筋锈蚀问题，为防止衬砌混凝土碳化深度进一步增加，保护钢筋不被进一步锈蚀并提高隧洞衬砌整体防渗效果，对隧洞边墙衬砌表面进行防碳化涂层处理，以达到混凝土碳化治理、表面修补、防渗和提高外观效果的作用，延长衬砌混凝土使用寿命。

衬砌表面治理工艺流程如下：①基层清理：基层必须平整牢固，不得含有浮尘、油污和疏松物等妨碍粘接的物质，无起砂、剥落和凹凸不平现象，表面残留的灰硬块或突出物应铲平、冲洗干净，并做好墙面渗水的排水。②配料：防碳化涂料应根据产品生产厂家提供的配合比进行配制，材料粘结强度应大于1.5 MPa，抗渗压力大于1.0 MPa。每次配制量应随配随用，控制在3 h内用完为宜，以免硬结。③根据工程特点和部位，采用抹批施工方式，底涂批刮至少3遍，达到衬砌表面修补的目的；面涂涂刷2遍，每道工序间隔时间不低于2 h。最终涂层厚度不小于2 mm。④施工现场温度以10～25℃为宜，不得在0℃以下施工。⑤沾有涂料的施工工具，应及时进行清洗。⑥施工完毕后需进行不少于5 d的自然养护，在此期间严禁对涂层重压、冲击或在水中浸泡。