劉希合,侯順梅

(濟(jì)南魯橋工程檢測有限公司,濟(jì)南 251400)

1 工程概況

某灌區(qū)始建于20世紀(jì)50～60年代,灌區(qū)灌溉面積近6.67萬hm2,干渠隧洞修建于1996年,共建有輸水隧洞10座總長6.684km,設(shè)計流量為1.0～44.4 m3/s,隧洞承擔(dān)輸水任務(wù)的同時,還承擔(dān)通航任務(wù)。10座隧洞所穿過的地層為紅砂巖、砂巖、頁巖紅砂巖,普氏堅固系數(shù)0.5～2,巖石軟弱,尤其是隧洞的進(jìn)出口大多數(shù)為覆蓋土層。隧洞在建設(shè)過程中,當(dāng)時的施工質(zhì)量較優(yōu),與省內(nèi)其它大型灌溉工程相比,隧洞的完好程度較高,但限于建設(shè)時期的物質(zhì)、經(jīng)濟(jì)條件,為節(jié)省材料,襯砌材料選擇和施工質(zhì)量都有一定的缺陷,回填不實,運行中出現(xiàn)襯砌裂縫、材料表層剝蝕等問題。本次灌區(qū)續(xù)建改造對隧洞中存在的問題進(jìn)行分類歸納,對隧洞存在共性與個性問題提出相應(yīng)的解決措施,方便后期施工中節(jié)省時間、節(jié)約成本。

2 存在的問題

2.1 隧洞基本情況

灌區(qū)內(nèi)干渠輸水隧洞斷面尺寸寬×高為2.5m×3.9m～6.2m×6.2m,有圓拱直墻式2座,馬蹄形1座,蛋形7座,襯砌型式有現(xiàn)澆鋼筋混凝土整體式襯砌3座、半裝配式鋼筋混凝土襯砌1座、裝配式混凝土襯砌6座。灌區(qū)干渠10座隧洞基本情況,見表1。

表1 灌區(qū)干渠10座隧洞基本情況

2.2 存在的問題

自灌區(qū)建成以來,輸水隧洞就出現(xiàn)洞身及進(jìn)口漸變段普遍出現(xiàn)裂縫,局部垮塌,洞身襯砌不規(guī)整,阻水現(xiàn)象嚴(yán)重等問題,在灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造中,針對10座隧洞中的8座進(jìn)行了充填灌漿及襯砌修補(bǔ)工作,一些問題暫時得到了解決?，F(xiàn)對灌區(qū)內(nèi)主干渠輸水隧洞進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)查,隧洞存在的主要問題有:①隧洞進(jìn)出口流態(tài)不穩(wěn)甚至紊亂,出現(xiàn)連續(xù)漩渦,部分地段淤積量大于設(shè)計過水?dāng)嗝婷娣e的25%;②進(jìn)出口漸變段,洞臉邊坡及洞線外側(cè)邊坡不穩(wěn)定,洞臉邊坡滑塌,洞身圍巖襯砌結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形甚至垮塌,洞身襯砌結(jié)構(gòu)裂縫遍布,沿裂縫有漏水,混凝土破損剝落,有大面積滑塌現(xiàn)象,洞身襯砌接縫止水及施工縫出現(xiàn)不同程度漏水;③非全斷面襯砌的隧洞,洞頂有滑塌、掉塊,洞內(nèi)有堆渣現(xiàn)象,危及工程安全;④混凝土碳化深度不一,有的達(dá)到甚至超過鋼筋保護(hù)層厚度;⑤洞身地質(zhì)方面,出現(xiàn)圍巖破碎不穩(wěn)定、變形和裂縫現(xiàn)象,沿洞線的地下水位不滿足設(shè)計要求,致排水不暢或失效,危及安全,隧洞外側(cè)邊坡有滑塌。

3 加固措施

3.1 典例分析

3.1.1 隧洞基本情況

文章選取干渠6#隧洞進(jìn)行典例分析,主要從隧洞結(jié)構(gòu)特征,存在的問題,加固措施等方面進(jìn)行分析,為其他輸水隧洞提供設(shè)計施工依據(jù)。6#輸水隧洞基本情況見表2。

表2 6#輸水隧洞基本情況

3.1.2 存在的問題

根據(jù)本次實施方案現(xiàn)場調(diào)查,6#隧洞存在的主要問題有:①隧洞內(nèi)泥沙淤積超過設(shè)計過水?dāng)嗝娴?5%,進(jìn)出口水位降>設(shè)計值10%,流態(tài)紊亂;②進(jìn)出口漸變段,洞臉邊坡及洞線外側(cè)邊坡不穩(wěn)定,洞臉邊坡滑塌,襯砌結(jié)構(gòu)有變形;③洞身襯砌結(jié)構(gòu)裂縫遍布,沿著裂縫漏水,混凝土破損剝落,有大面積滑塌現(xiàn)象,洞身襯砌接縫止水及施工縫漏水嚴(yán)重;④洞身圍巖破碎不穩(wěn)定,有變形和裂縫,沿洞線地下水位不滿足設(shè)計要求,隧洞外側(cè)邊坡有滑動跡象。

3.1.3 加固處理方案

根據(jù)6#隧洞存在的問題,采取以下加固方案:①洞內(nèi)全線清淤,消除淤積導(dǎo)致過水?dāng)嗝鏈p小所產(chǎn)生的亂流、漩渦;②表面裂縫段采用丙乳砂漿抹面處理,貫穿性斷裂裂縫洞段和垮塌洞段采用超前小導(dǎo)管注漿支護(hù)重新襯砌;③表面止水封閉處理,在施工縫經(jīng)化學(xué)灌漿處理后,進(jìn)行聚脲材料表面涂覆封閉處理。具體工藝流程:基層混凝土表面處理→聚脲混凝土表面防護(hù)材料系統(tǒng)底層材料配置及涂覆→聚脲呼你凝土表面防護(hù)材料系統(tǒng)面層材料配置→表面防護(hù)材料系統(tǒng)面層材料涂覆→自然養(yǎng)護(hù)[1]。

當(dāng)采用重新襯砌的方案仍不能達(dá)到目的時,采取拆除重建的措施,具體改為現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓拱直墻型斷面襯砌,上部填土壓實的方案。

3.1.4 結(jié)構(gòu)復(fù)核。

根據(jù)《灌溉與排水工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》(GB50288-2018),隧洞的水力計算、灌漿、防滲應(yīng)按照《水工隧洞設(shè)計規(guī)范》(SL279-2016)的規(guī)定執(zhí)行[2]。隧洞的輸水能力按照明渠均勻流公式進(jìn)行復(fù)核,隧洞襯砌結(jié)構(gòu)截面承載力分別進(jìn)行偏心受壓或偏心受拉構(gòu)件進(jìn)行承載力和配筋計算,對配筋及裂縫寬度進(jìn)行復(fù)核,經(jīng)復(fù)核6#隧洞過流能力能滿足過流要求。對于洞身,具體的改造方案為“洞內(nèi)全線清淤,長650m的表面裂縫段采用丙乳砂漿抹面處理的方案,長120m的貫穿性斷裂裂縫洞段和垮塌洞段拆除重建成現(xiàn)澆鋼筋混凝土圓拱直墻型斷面襯砌,上部填土壓實。”對該方案的隧洞結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算,進(jìn)行改造后,襯砌截面偏心受壓、偏心受拉、截面抗剪、素混凝土受壓和受拉、裂縫抗裂均可以滿足強(qiáng)度需求[2]。

3.2 其余隧洞加固措施

干渠7處需進(jìn)行加固改造的隧洞存在的主要問題、處理措施見表3、表4,另有3條支渠隧洞,長1.5km,主要開展隧洞清淤、襯砌與圍巖加固及進(jìn)出口加固等措施。

表3 灌區(qū)干渠隧洞存在的主要問題

表4 灌區(qū)干渠7座隧洞加固處理方案

4 結(jié)論及建議

灌區(qū)續(xù)建改造輸水隧洞加固處理后,可大大提高干渠的輸水能力,減少水量損失,提高灌溉利用系數(shù),保障了灌區(qū)灌溉的用水需求,具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和生態(tài)效益。建議在本次灌區(qū)改造中,輸水隧洞加固結(jié)合管區(qū)信息化建設(shè)要求,在控制閘門、險工險段等部位安裝遠(yuǎn)程控制、視頻監(jiān)測等,從而滿足灌區(qū)工程管理、配水調(diào)度以及應(yīng)急管理的需要。