观景口水利枢纽顶管接口高水压防渗技术

2021-10-27辛凤茂

中国水利 2021年19期

辛凤茂，李娅，王欣

（1.中水北方勘测设计研究有限责任公司，300222，天津；2.杨凌新华水务有限公司，712100，杨凌）

一、工程概述

观景口水利枢纽是重庆市重点水源工程之一，输水工程线路总长24.965 km，其中隧洞总长19.41 km，包括3条有压隧洞和8条无压隧洞，设计输水流量4.76 m3/s，加大输水流量5.76 m3/s，隧洞均采用顶管机施工，1号和2号有压顶管隧洞内径2.0 m，管材选用顶进施工法用钢筒混凝土管（JPCCP管），其余顶管隧洞内径2.65 m，采用顶管专用钢筋混凝土管，混凝土管壁厚26 cm，单节管节长度2.5 m，采用承插式柔性接口连接。

二、地质与水文条件

输水线路均位于四川盆地东部边缘，先后穿越大致平行的4座山体以及鸭溪河、二圣河、鱼溪河3条河流和多条大型冲沟，线路穿越地层以侏罗纪地层为主，岩性主要为泥岩、粉砂岩等，岩体透水性弱，钻孔压水试验成果显示，岩体基本属弱～微透水，个别段为中等透水，隧洞过冲沟、溪河和遇断层段可能会出现较大漏水和涌水。隧洞沿线位于地下水水位以下，埋深局部大于200 m，经折减计算，防外水要求大于80 m。

三、无压隧洞管节止水措施

1.接口止水型式

本工程的特点可归纳为：隧洞洞径小、工期要求紧、隧洞埋深大、地下水丰富，因此要求管节止水接头要施工速度快、结构强度高，同时又具有较好的止水防渗性能以保证外水不进入管道、内水不能外渗，管身及管节接口需可靠有效防水。

无压段采用顶管专用钢筋混凝土管，管道接口采用钢承口接口形式，钢板套环材料为Q235B，采用环氧富锌底漆二度，每度30 u，环氧沥青面漆二度，每度80 u，钢套环接头内侧磨平，钢承口接头的钢套管与混凝土的接缝采用弹性密封填料勾缝，接头止水用橡胶密封圈，管节接触平口面采用木垫板充填。为防止管节承口端外水内渗，在钢套管和混凝土面采用一道遇水膨胀橡胶止水圈，在混凝土管道端头与钢套管接触处采用聚硫密封膏充填，管套管与混凝土采用预埋钢筋固定。顶管管节接口及止水示意见图1。

设计前期对长距离、小洞径岩石隧洞顶管掘进机应用关键技术进行了专题研究，考虑到本工程主要建筑物级别为2级，要求隧洞的使用年限为100年，因此，对管节钢承口除进行重度防腐处理外，为保证止水长久有效，参考TBM盾构组合管片间止水结构，管节的接触平口面增设了一个5 mm×33 mm（深×宽）凹槽，粘嵌遇水膨胀橡胶止水条，其余接触面采用橡胶垫片铺垫，止水条在顶进过程中被压紧，当遇外水经钢承口的橡胶密封圈渗漏入管节间时，则此道止水条可遇水膨胀有效发挥第二道止水作用。这样两道止水可有效保证管节间密封可靠。实施过程中，由于工期要求紧，后取消了平口面上遇水膨胀止水条，只采用承插口两道橡胶止水的方案。

2.止水型式选择

橡胶密封圈按其横断面形状可分为实心、空心、圆形、椭圆形、齿形、楔形等，其中圆形和楔形较为常见，圆形圈结构简单、装卸方便、密封性能较好；楔形橡胶密封条是新的止水产品，安装比较简单，操作简便，价格适中，具有较好的抗老化、耐腐蚀性，止水效果好。本工程承插口采用钢套管承口与混凝土插口的连接方式，承插口位置是防水处理的重点，因为钢管的温度膨胀系数与混凝土的温度膨胀系数不同，在两者衔接处会产生温度变形不一致，容易形成漏水通道。楔形橡胶密封条遇水后会逐渐膨胀，一方面堵塞可能存在的毛细孔隙达到止水目的，另一方面可使混凝土界面的接触更加紧密，从而产生较大的抗水压力，形成不透水的可塑性胶体，因此本工程采用了楔形橡胶密封条作为止水型式。

楔形橡胶圈具有挤压变形导向功能，能长期有效防止接口渗漏，从而提高管道安全运行质量，楔形橡胶圈尺寸形式见图2。

图2 楔形橡胶密封圈示意（单位：mm）

四、有压隧洞管节止水措施

该工程有压隧洞顶管管材选用JPCCP管，JPCCP管是在预应力钢筒混凝土管（PCCP）的基础上研制、开发的一种大口径新型管材（见图3）。管材间采用承插连接，止水措施不当就会造成渗漏，施工期和检修期高地下水水位时，地下水会进入管道，造成管道内潮湿、滴水影响电气设备运行和顶管施工，严重的还会造成工程停工。运行期地下水水位较低段会造成有压管道外水内渗，不仅造成输水损失加大，对不良地质洞段还会造成围岩恶化，威胁隧洞结构安全，因此管材接口的止水防渗性能至关重要。