徐茂華， 李 亮

(四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 611130)

1 工程概述

錦屏二級水電站4條引水隧洞平行布置，橫穿跨越錦屏山，從進水口至上游調壓室的平均洞線長度約為16．67km，隧洞沿線上覆巖體一般埋深1500～2000m，最大埋深約為2552m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點。

根據(jù)施工分標，引水隧洞分為東端和西端，其中東端引水隧洞洞段長度平均為11．2km左右，4條引水隧洞總長約45km。

東端1#、3#引水隧洞開挖采用TBM結合鉆爆法進行，其中1#引水隧洞TBM開挖洞段長度為5760m，3#引水隧洞TBM開挖洞段長6300 m。2#、4#引水隧洞全部采用鉆爆法開挖。

引水隧洞TBM開挖直徑為12．4m，全圓斷面;鉆爆開挖直徑為12．8～14．4m，分標準馬蹄形和平底馬蹄形。混凝土襯砌厚度普遍為60～80cm(含噴護混凝土厚度)，漸變段等一些特殊部位厚度最大為150cm?；炷烈r砌洞段根據(jù)不同的圍巖類別分別布置了單層鋼筋或雙層鋼筋。

2 裂縫產生的原因分析

錦屏二級水電站東端引水隧洞襯砌洞段長度約44．9km，共發(fā)現(xiàn)裂縫13424條(裂縫統(tǒng)計情況見表1)。裂縫以Ⅲ類和Ⅳ類裂縫為主，裂縫中近似環(huán)向裂縫占總裂縫數(shù)量的55%左右，但其長度占總長度的85%左右。4條引水隧洞裂縫發(fā)展情況總體相當，但4#引水隧洞裂縫發(fā)展相對較多，主要是因為4#引水隧洞末端有2014m的洞段前期采用先邊頂拱后底板澆筑，這部分洞段裂縫發(fā)展多，達到每米洞段6．59延米裂縫，為普通洞段的4倍以上，且99%為環(huán)向貫穿裂縫;4#引水隧洞其他洞段裂縫為每米洞段1．3延米左右。根據(jù)相關資料分析，錦屏二級水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫總體發(fā)展情況在特大斷面水工隧洞中處于中等偏下水平。

表1 引水隧洞裂縫統(tǒng)計表

針對錦屏二級水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫產生和發(fā)展原因進行分析認為:混凝土裂縫主要是由襯砌結構尺寸、混凝土原材料、現(xiàn)場施工組織管理、水文地質及工程地質情況等因素綜合作用的結果。

2．1 引水隧洞襯砌結構

錦屏二級水電站引水隧洞襯后尺寸在11．4～12．4m之間，屬于特大斷面引水隧洞，襯砌厚度大部分為0．6～0．8m(含20cm厚噴混凝土)。因此，這種特大斷面薄壁襯砌結構形式易于裂縫的發(fā)生與發(fā)展。

2．2 混凝土自身收縮

混凝土因收縮而導致的裂縫是混凝土裂縫最主要的形成原因，主要與混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性質和用量、外加劑的用量等有關。錦屏二級水電站引水隧洞混凝土使用的水泥為“乃托”P．O42．5，該水泥凝結時間快、細度高、早期強度高、水化熱高;骨料采用大理巖軋制，干法生產，細骨料石粉含量較高(20% ～30%)、粗骨料裹粉較嚴重(1% ～3%);由于特長引水隧洞以及隧洞群施工交通組織的困難，泵送混凝土運輸距離有的長達15km以上，且要考慮必要的交通擁堵、等待等情況，加之泵送混凝土施工和易性要求高，出機口坍落度大(一般為200～220mm左右)，水灰比控制在0．45～0．50之間，混凝土砂率較高(42% ～50%)等因素的影響，增加了混凝土的自收縮值，減弱了混凝土之間的連接能力，增大了干縮裂縫產生的機率。

2．3 溫度裂縫

由監(jiān)測結果得知，引水隧洞邊頂拱澆筑完成后最高溫度達到40℃ ～48℃，內外溫差達26℃～32℃，混凝土澆筑完后30h左右溫度為最高，7～8d內溫度下降較快。從內外溫差分析得知，內外溫差大導致溫度應力超過混凝土的抗拉強度，從而產生溫度裂縫。

另外，引水隧洞巖爆、地質缺陷導致的塌方、施工控制不到位導致的超挖等造成襯砌混凝土厚薄不均、襯砌斷面變化大等問題。在斷面變化大的部位產生的應力集中可能誘發(fā)裂縫產生。

2．4 施工組織對裂縫產生發(fā)展的影響

2．4．1 先邊頂拱后底板澆筑工藝誘發(fā)裂縫的發(fā)生和發(fā)展

根據(jù)錦屏二級水電站引水隧洞群總體施工交通規(guī)劃，4#引水隧洞部分洞段在相當長的一段時間內作為1#、2#、3#引水隧洞及4#引水隧洞自身施工的公共交通洞，導致底板襯砌混凝土無法及時進行澆筑。為了不影響總體襯砌工期，按期實現(xiàn)充水目標，對承擔公共交通的洞段采取先邊頂拱再底拱襯砌施工，在保證底板公共交通通行的同時，采用邊頂拱鋼模臺車進行邊頂拱混凝土澆筑，最后快速進行底板連續(xù)澆筑。這一措施保證了整個引水隧洞施工群施工的順利進行，但后期裂縫普查發(fā)現(xiàn)先期澆筑的邊頂拱先行洞段裂縫是普通洞段的四倍以上，且99%以上為環(huán)向貫穿裂縫。分析其原因包括:(1)邊頂拱先行段在澆筑完后3a左右才進行底板的施工，其受力結構不同于先底板后邊頂拱的澆筑洞段，主要是由于其下部缺少支撐及約束，未能及時形成封閉的整體受力結構，導致邊頂拱混凝土承受自重及圍巖壓力影響而產生裂縫;(2)4#引水隧洞末端邊頂拱先行段澆筑時間最早，在開挖完成1a左右即開始混凝土邊頂拱襯砌，此時圍巖變形收斂還沒有完全結束，也會增加襯砌結構的圍巖壓力而導致裂縫的產生和發(fā)展。

2．4．2 底板澆筑長度對底板裂縫的影響

邊頂拱澆筑臺車為12m和13．5m兩種，但鉆爆洞段底板為平底板，底板一般為兩倉同時澆筑，個別部位存在3倉連續(xù)澆筑。底板只在分倉部位鋼筋斷開，不設置分縫材料。這種過長的底板連續(xù)澆筑易導致底板橫向裂縫的發(fā)生。

2．5 外水壓力加大了初砌混凝土裂縫的發(fā)展

錦屏二級水電站引水隧洞總體埋深大、富水洞段多、外水壓力高，普遍達到1．5MPa以上，外水壓力不可避免地會加大裂縫的發(fā)展。

3 混凝土裂縫的處理

雖然錦屏二級水電站引水隧洞襯砌采用了限裂設計，但由于上述多方面的原因，襯砌混凝土裂縫的發(fā)生發(fā)展難以避免，在富水洞段，混凝土裂縫貫穿后普遍出現(xiàn)了滲水現(xiàn)象。為了保證混凝土襯砌結構的耐久性，防止運行期內水外滲，全洞段系統(tǒng)地對裂縫進行了普查和處理。

3．1 裂縫的分類及處理要求

針對錦屏二級水電站引水隧洞裂縫的實際情況，設計根據(jù)裂縫發(fā)展狀況對裂縫進行了分類，并對每類裂縫的處理提出了具體的處理技術要求。

(1)裂縫的分類。

Ⅰ類裂縫(淺層裂縫):表面縫寬 δ≤0．2 mm;

Ⅱ類裂縫:表面縫寬0．2＜δ≤0．35mm，且不滲水、不滲漿或潮濕;

Ⅲ類裂縫:表面縫寬δ＞0．35mm，且不滲水、不滲漿或潮濕;

Ⅳ類裂縫:表面有明顯滲水、滲漿，縫寬δ＞0．2mm;

(2)處理技術要求。

①Ⅰ類裂縫可不予處理，Ⅱ類裂縫只進行表面封閉，Ⅲ類和Ⅳ類裂縫需進行化灌處理。

②Ⅲ類和Ⅳ類裂縫修補完成后，按照裂縫總條數(shù)的5%～10%抽檢進行壓水和取芯檢查。壓水試驗壓力在0．5MPa下平均透水率小于0．3Lu為合格;裂縫取芯檢查，芯樣劈拉試驗平均抗拉強度不小于1．5MPa為合格。

3．2 裂縫處理專業(yè)隊伍

混凝土裂縫化學灌漿尤其是淺層縫灌漿工藝相對比較成熟，但現(xiàn)場操作精細化程度要求較高，因此必須引進具有類似水電工程混凝土裂縫化灌處理經(jīng)驗的專業(yè)隊伍。錦屏二級水電站東端引水隧洞裂縫化學灌漿處理引進了3支作業(yè)隊伍，都具有在三峽、小灣等大型水電工程裂縫化學灌漿處理的實際施工經(jīng)驗。

3．3 灌漿材料的選定和采購

為了保證裂縫化灌后與混凝土的粘接強度和耐久性，要求封縫材料選用環(huán)氧類涂料和環(huán)氧膠泥;化灌材料必須是環(huán)氧類漿材，要求同混凝土的粘接強度不小于2MPa，不允許使用聚氨酯類漿材。

環(huán)氧膠泥、化灌漿材均由承包人初選性能符合質量標準要求的材料，然后提出采購申請，監(jiān)理工程師審查合格后由承包人進行采購。材料到貨后承包人和監(jiān)理工程師分別按批次取樣，送業(yè)主指定的實驗室進行各項性能指標的檢測，合格后準許使用。

3．4 裂縫處理臺車的布置

引水隧洞裂縫修補工作采用腳手架管搭設有軌和無軌修補臺車進行施工，對因施工干擾、引水隧洞固結灌漿制漿站及各個橫通道交通干擾影響而導致部分修補臺車無法行走至工作面的部位，采用吊車懸掛吊籃輔助施工。

3．5 裂縫普查及現(xiàn)場記錄

在混凝土裂縫修復前，利用修補臺車首先按澆筑倉進行裂縫普查。普查項目包括裂縫部位、走向、縫寬、縫長以及是否滲水等參數(shù)和狀態(tài)，繪制《混凝土裂縫性狀描述表》。描述表包含兩部分:第一部分為裂縫分布圖，為按澆筑倉繪制的襯砌展開圖，在其上面描繪出裂縫的具體部位并標注裂縫編號;第二部分為參數(shù)表，除縫寬、縫長、是否滲水等參數(shù)外，還包括裂縫分類?！痘炷亮芽p性狀描述表》一個澆筑倉一份，含電子版和紙質版，所有裂縫都進編號并保證編號的唯一性?！痘炷亮芽p性狀描述表》由監(jiān)理工程師現(xiàn)場核對無誤后簽字確認。

3．6 裂縫化學灌漿的施工方法

裂縫普查完成后，根據(jù)確認的裂縫分類，按裂縫處理技術要求進行處理。

Ⅰ類裂縫不處理;Ⅱ類裂縫對裂縫表面進行打磨，打磨寬度為20cm，去除縫面的鈣質、析出物及其他雜物并沖洗干凈，然后采用環(huán)氧膠泥進行封閉即可。

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Ⅲ類和Ⅳ類裂縫對縫面進行打磨處理及清理后，對裂縫進行騎縫刻“V”型槽，槽深3～5cm，槽表面寬3～5cm;刻槽完成后采用清水、風槍對裂縫進行清洗，以保證槽內縫口張開、內無粉塵，然后進行化灌孔布置。

化灌孔采用電錘開孔，鉆頭一般選用φ27或φ30、長度為35cm的規(guī)格。根據(jù)裂縫情況采用騎縫鉆孔和斜穿鉆孔方式，鉆孔孔距為0．3～0．5 m。騎縫孔是對準裂縫直接鉆孔，適用于寬度較細、深度較淺的裂縫;斜穿孔的鉆孔角度一般為45°，在裂縫兩側交錯布置，鉆孔必須穿過裂縫，確保與裂縫相交。

化灌孔開孔完成后進行壓力水沖洗并吹干孔內的積水，然后安裝注漿嘴并用PSI-130(帕斯卡環(huán)氧類材料)快速堵漏劑封孔并固定好，安裝過程中應注意防止注漿嘴被堵塞。注漿嘴安裝完成后，用PSI-130快速堵漏劑對V型槽進行填充，填充至與混凝土面持平，并對其表面進行打磨、沖洗干凈，之后采用環(huán)氧膠泥封縫，封縫膠泥厚度控制在3mm，寬度為左右各100mm并保持均勻、平整、防止灌漿時漏漿。封縫完成后，按照灌漿的順序給每個孔口編號，在裂縫封閉環(huán)氧膠泥強度達到灌漿要求后進行通風檢測，現(xiàn)場填寫《混凝土裂縫灌漿孔通風檢測表》。對于不通風的灌漿孔，在距原孔5cm的地方補鉆灌漿孔，以保證其通風性能。

針對錦屏二級水電站引水隧洞貫穿裂縫有滲水的現(xiàn)狀，現(xiàn)場選定的灌漿材料為PSI-500環(huán)氧樹脂。PSI-500環(huán)氧樹脂具有粘度小、可灌性好、凝固時間可調、操作方便等優(yōu)點，可以對混凝土結構中的細微裂縫、溫度裂縫、施工縫、冷接縫、基礎工程等作灌漿處理，以恢復結構的整體性和密實性，而且在有水、潮濕和干燥的基面上均可進行施工。該工程混凝土裂縫處理施工所采用的PSI-500環(huán)氧漿材經(jīng)檢驗各項性能指標均滿足設計要求，具體檢測結果見表2。

表2 化灌漿材性能檢測成果表

化學灌漿漿材由主液和固化劑調配而成，固化劑摻量主要控制漿材凝固時間。灌漿過程中，一般提前根據(jù)吸漿需求量和需灌注時間確定漿材固化時間，從而確定漿材主液和固化劑比例。引水隧洞裂縫灌漿施工中漿材主液和固化劑溶液普遍使用的比例為5∶1和6∶1。在主液和固化劑溶液混合過程中，固化劑溶液應緩慢注入主液中，邊注入邊攪拌，保持漿液在溫度30℃以下，防止發(fā)生暴聚現(xiàn)象?，F(xiàn)場化灌過程中采取少稱勤配、分批配制漿液的原則，以避免灌漿材料浪費，且在隨用隨配情況下以利保持漿液低粘度，進而提高灌漿質量。

裂縫化灌采用電動注漿泵進行。裂縫化灌時，從裂縫低端往高端逐步灌注。注漿起始壓力為 0．4MPa，最大壓力不超過 0．6MPa，屏漿壓力均為0．6MPa。一整條裂縫灌滿漿液并穩(wěn)壓5～10min且屏漿壓力不下降，即結束整條裂縫的灌漿。

4 混凝土裂縫灌漿后的質量檢查

裂縫修補完成后，按照裂縫總條數(shù)的5% ～10%進行抽檢，包括壓水試驗檢查和裂縫取芯檢查。壓水試驗壓力在0．5MPa下平均透水率小于0．3Lu為合格;裂縫取芯檢查，芯樣劈拉試驗平均抗拉強度不小于1．5MPa為合格。

錦屏二級水電站東端4條引水隧洞襯砌洞段長度約為44．9km，共發(fā)現(xiàn)Ⅲ類和Ⅳ類裂縫12797條，監(jiān)理工程師壓水檢查裂縫679條，基本不吸水，全部合格;騎縫取芯檢查裂縫660條，裂縫漿液充填基本飽滿，劈拉試驗中芯樣最大強度為 2．27MPa，最小劈拉強度為 1．35MPa，芯樣劈拉強度平均在1．65MPa左右，裂縫化灌后總體力學指標良好，滿足設計要求。

5 結語

錦屏二級水電站引水隧洞襯砌混凝土因各種因素綜合作用產生了一些裂縫，但裂縫總體發(fā)展程度不高，所有裂縫均按照不同的處理要求分別進行了處理，保證了結構的完整性和耐久性。在2014年12月，錦屏二級水電站1#引水隧洞在運行兩年后進行了第一次放空檢修，從檢查結果看，引水隧洞在運行期基本沒有新裂縫產生，原修補裂縫沒有出現(xiàn)重新張開滲水的情況，說明原處理方案和措施科學、合理，處理質量良好。由此可以確定，水工特大斷面有壓隧洞裂縫經(jīng)過系統(tǒng)嚴格地化學灌漿處理，完全可以消除裂縫對永久運行的不利影響。

錦屏二級水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫高強度大規(guī)模處理，在施工工藝、施工組織及施工保障措施方面建立起了一套完整的方法和規(guī)章制度，可為其他類似工程提供借鑒。