输水工程隧洞衬砌修补加固施工技术

1 引言

当前全国范围内的水力资源分配呈现出不均衡的状态，这一问题的存在也使得地区经济发展的水平出现严重失调[1]。针对这一问题， 国家为了促进干旱地区和缺水地区的经济发展，提高了对输水工程的重视程度。 近几年，人们对于新能源开发和利用的重视程度也在逐步提升， 各类输水工程项目在各地开展， 在一定程度上促进了人们对输水工程施工开挖和衬砌技术的研究力度。 当前，做好输水工程隧洞的施工开挖和衬砌加固，已经不仅仅是水利建设领域关注的重点，也是全社会各界广泛关注的焦点[2]。 基于此，为促进输水工程的进一步发展，本文以某输水工程建设项目为例，开展对其隧洞衬砌修补加固施工技术的研究。

2 工程概况

依托输水工程建设项目为某水库灌区改造工程， 该工程输水线路由输水明渠、输水暗渠和输水隧洞组成，其中输水隧洞全长共7.44 km。 部分隧洞围岩为中等风化灰岩，节理裂隙较发育，岩石较破碎，岩体完整程度评价为完整性差，具中等透水性，存在渗漏问题，依据GB 50487—2008《水利水电工程地质勘察规范》（2022 年版）规定，围岩分类为Ⅲ类、Ⅳ类，局部稳定性差，不支护局部可能产生掉块、塌方。 为提高该输水工程的应用可靠性，提高施工质量，对其隧洞衬砌进行修补加固施工。

3 输水工程隧洞衬砌修补加固施工

3.1 输水工程隧洞衬砌结构复核计算

为明确该项目当前的衬砌施工质量， 对其进行全面的检测和复核计算，并对其安全性进行初步评价，以此为后续输水工程安全运行和隧洞的修补加固提供更加可靠的依据[3-4]。 考虑到上述工程项目中隧洞运行期的持久状况， 在对其进行衬砌修补加固施工前，需要确定衬砌结构的各项力学参数，并实现对其复核计算。 该隧洞运行期间采用荷载组合形式，内水压力、外水压力、围岩压力、衬砌自身重量等因素，达到了平衡。在此基础上，将其作为依据，对混凝土衬砌进行复核计算。 对于内水压力的测算， 结合调压井与压力管道末端之间的水力包络关系，以剖面为测量面。 关于外部水压降低系数的选取，结合持久设计状况， 取隧洞天然最高位置地下水位的折减系数。 对于围岩压力，结合普适法对其进行计算，在计算中不考虑折减问题。 在上述条件下，根据荷载计算原理，复核隧洞钢筋混凝土衬砌面积。再完成对衬砌混凝土应力的校核。按照隧洞混凝土衬砌未出现裂缝的情况进行考量， 该工程中的隧洞采用双层钢筋混凝土衬砌而成，将此作为前提，完成混凝土应力复核。

3.2 喷锚施工

喷锚施工是输水工程隧洞的基础，因此，为确保衬砌修补加固施工质量，必须保证喷锚的质量。 在采用锚杆施工的过程中，应合理选用不同的锚杆类型、长度和材料，并对钻机和钻孔方式进行合理的设计。 在围岩锚固时，应严格控制施工的质量，以确保钻孔位置、密度、内径、深度与设计要求一致[5]。在打桩之前，要对锚杆进行检查，并对其进行除锈、整直。 注浆时，应将注浆管道插入50~100 mm 的孔底，保证在钻孔内的长度不少于35%。 在支护特殊围岩时，要紧靠开挖面，采取先喷后锚再复喷的方式，以提高支护效果，确保围岩稳定。 采用喷锚支护的方式完成混凝土喷射施工，如图1 所示。

图1 喷锚支护混凝土喷射施工

在喷锚支护中，混凝土的配比应合理地设计，并进行实际的试验，以确保其配合比达到设计要求。 喷射模式的选取要依据场地的维护能力来进行，喷淋之前要进行围岩的清除。 在喷淋时，应确保喷淋均匀、高效，若在喷淋时出现局部脱落、破裂，应及时补喷。

3.3 混凝土衬砌修补加固施工

针对该工程项目中存在的质量问题， 为使输水工程隧洞尽快投入输水运行，对其进行衬砌修补加固施工。 在遵循投资可控、技术可行的基本原则下，选择下述修补加固施工方案。

首先，在原有的衬砌基础上添加钢衬里。 在原有的混凝土衬里中加入了钢衬，形成了带压隧洞的钢衬，衬层承受内部水的压力，并与钢衬和钢筋混凝土共同承担外界水压，从而防止了钢管受外水压力的影响。 采用这种方法， 隧道的孔径会缩小，钢衬和混凝土衬砌之间需要一定的活动空间，保证衬砌与衬砌之间的连接，保证整体受力。

其次，在需要进行衬砌修补的区域范围内，设置明钢管。在原有的混凝土衬砌基础上添加钢衬， 形成了具有衬套的钢衬层。 该钢衬结构承受了内水压力，由钢衬和钢筋混凝共同承受了外部水压， 从而防止了钢管由于外部水压的影响而发生不稳定和损坏。 在钢衬和混凝土衬之间需要预留一定的活动空间， 保证衬砌与衬砌之间的黏结， 保证共同受力是最重要的。 完成上述操作后，隧洞衬砌修补加固结构如图2 所示。

图2 隧洞衬砌修补加固结构

为进一步提升隧洞整体的承载力， 提高隧洞后期使用时的稳定性，在原有的衬砌基础上再加一层预应力混凝土衬砌。修补了原来的混凝土衬里，并对其进行再灌注，同时，还采用了不黏结的钢绞线， 在全部的内水压力下， 均为预应力混凝土，混凝土强度等级为C40。 该方案能使原有的导流段损失最小，以此确保具备了最大的装机容量。

最后，在已有的衬砌结构基础上，对其进行浇筑。 在原混凝土衬砌的基础上， 加入一次钢筋混凝混凝土， 其厚度可达35~45 cm。 在隧洞的过水段进行衬砌修复加固施工时，考虑到这种情况的特殊性，在具体施工中，需要针对原有的衬砌结构进行再次加固， 并确保新钢筋混凝土衬砌结构能够与旧钢筋混凝土衬砌结构结合良好，并实现二者的共同受力。

按照上述施工方案完成施工可实现对隧洞的加固。 同时在实际施工中， 在对现有的钢筋混凝土衬砌结构进行加固处理的过程中，为保证加固效果，必须确保新浇筑的混凝土材料选用强度等级为C40 或超过这一等级的混凝土。 根据上述论述完成对该输水工程隧洞衬砌的修补与加固施工。

4 加固效果分析

在根据上述论述内容， 完成对该输水工程项目的衬砌修补加固后，为检验施工技术是否有效，对加固效果进行分析。基于这一标准要求， 对该输水工程隧洞衬砌各个分段的混凝土强度进行测定。 图3 为布置的5 个混凝土强度测点。

图3 隧洞衬砌混凝土强度测点

按照图3 所示设置5 个混凝土强度测点， 其中测点A 布置在隧洞拱顶测线上， 其余4 个测点两两对称布置在拱顶测线的左右两侧。 采用SJY100B 贯入式混凝土强度检测仪对各个测点的混凝土强度进行测定， 并将测定结果记录如表1所示。

表1 隧洞衬砌混凝土强度测定结果

根据表1 隧洞衬砌混凝土强度测定结果可以看出， 各个测点的混凝土强度均超过规定标准， 并且强度基本控制在5~6 MPa 范围内，具备极高的承载力。 因此，通过对加固施工的效果分析得出， 新的加固施工技术可以有效提高隧洞混凝土结构的强度，提升其抗压能力，为输水工程隧洞的施工提供保障条件。

5 结语