水电站运行引水隧洞裂缝发育处理及对策分析

水电站运行引水隧洞裂缝发育处理及对策分析

李爱国

李爱国

（西双版纳天生桥水电开发有限公司云南西双版纳666100）

摘要：通常情况下，由于隧洞工程通风设备的缺陷造成通风条件较差，因此有很多潜伏的危险因素，为了保障探测过程的检测人员的安全，并且能使得安全隐患探测工作的顺利进行，制定一套相关的探测实施方案迫在眉睫。以引水工程的引水隧洞为例，结合其特点，提出比较具有操作性的方案，作为引水隧洞裂缝发育处理工程的顺利开展提供意见以及技术支持。

关键词：引水隧洞；裂缝发育；对策

1工程概况

西双版纳天生桥水电站有压引水隧洞长总长2712.4m，进水口底板高程为998m，引水洞进口底板高程为994m，终点高程972.5m，底部纵坡8‰。开挖断面尺寸为直径4.4m、底宽3.4m的马蹄型，采用钢筋砼结构形式。工程于2004年7月12日开工建设，2006年3月31日完工完工并投入使用。钢筋混凝土衬砌段厚度在40～60cm之间；隧洞建设期共有3施工支洞，运行后只留有2号施工支洞作为运行检查维护通道。隧洞衬砌后使用回填灌浆和固结灌浆对其进行结构处理。结构伸缩缝使用断面橡胶止水带来做防水带。隧洞沿线洞向90°～132°，埋深15～722m，隧洞沿线有二叠系上、中统各岩组地层，其岩石结构以花岗岩为主，围岩类别基本上是Ⅲ类，有些部分为Ⅱ类，少部分为Ⅳ～Ⅴ类，其稳定性较差。

2出现的问题

2015年上旬对天生桥电站进行总停维护，维护过程中对引水隧洞放空排查，洞内出现的问题有K1+954-K1+957衬砌混凝土有较多裂缝，并且析出了黄（白）色的浆液；很多结构分缝处也出现了明显渗水伴析出物；一半的回填灌浆孔都出现了从围岩向洞内渗漏水，并呈线状流水；局部混凝土存在孔洞，很多地方的滴水都是呈线状。

由于放空后时间比较紧张，对裂缝仅对位置以及形状的做了统计，具体宽度与深度并没有详细的调查报告，又由于对隧洞裂缝处理的工期紧、任务比较重，所以仅提出了对缺陷处理的一个初步方案，并要求对漏水点进行仔细排查。

为了得到更准确的裂缝规模的调查报告以及对初步处理方案进行检查其效果，2017年4月份，对引水隧洞又再次进行了检查，结果是：只存在少数部位有滴水和渗水；Y1+650～Y1+750段还有这较多裂缝，并且宽度基本在0．1mm以上，部分宽度还大于0．3mm；通过钻孔取芯得到部分裂缝为贯穿性裂缝；在Y5+700洞段附近隧洞右下侧有一条宽为1．3mm的贯穿水平裂缝；其他衬砌裂缝、结构缝以及回填或固结灌浆孔基本没有了，并且不再渗水；锚喷支护段及40cm厚的钢筋混凝土衬砌段的裂缝和渗水较少。由于电站隧洞属于有压引水洞，电站在运行过程中是全封闭的，不把这些问题处理好有可能加快岩石节理发育，从而造成洞内发生塌方或者掉落的石块随水而下从而损坏厂房机组转轮等过流部件，不管哪种情况，都会使得公司安全生产出现严重的经济损失。

3问题分析

3.1裂缝

衬砌混凝土裂缝，特别是贯穿性裂缝是产生渗漏的首要原因。因为此引水隧洞内的裂缝很多都是出现在衬砌各段混凝土中，所以应该先对引水隧洞衬砌段做一个结构设计复核，从而对衬砌结构的安全性进一步进行确定。引水隧洞混凝土衬砌段以C25混凝土来对此进行设计，再对隧洞开挖确定地质素描及隧洞衬砌最后完成状态，选择桩Y0+309（衬砌厚60cm）、Y1+622.00两个典型断面来对其结构进行复核。从复核结果（见表1）可得到以下信息，在不同的工况下衬砌结构承载力极限状态钢筋配置符合要求，一般来说在极限状态下其裂缝宽度最大是0.245毫米，在允许裂缝宽度要求范围内。但实际裂缝部分超过0．3毫米（超过了设计值），因此可以得到，衬砌裂缝的出现并不是因为设计缺陷因素。

3.2结构缝止水失效

由于结构分缝处出现了大量析出物，故在止水问题上存在设计缺陷，因此止水作用失效。止水设计缺陷及在止水带施工过程中其工艺失误都必然会发生结构缝的渗漏。从竣工资料来看，结构伸缩缝分缝及止水材料设计，都是符合规定的设计。结构缝渗漏的出现是在充水时，止水材料并未老化，因此其渗漏原因应该是在止水带两侧混凝土出现了孔洞或不密实，并且在止水带周围还有人为的渗漏通道，使得不符合止水设计，也因此而失去了止水作用。

3.3灌浆的不确定性

观测到隧洞衬砌段两侧下方的多数裂缝渗出了溶蚀（白、黄）浆液，洞顶却出现较少，原因大概是因为回填或固结灌浆不符合要求，衬砌与围岩间的空隙，造成了衬砌与围岩分为了两个部分，从而使得衬砌受力条件［5－6］发生改变，使得岩石抗力并没有更好的发生作用而被拉裂成裂缝，从而渗漏水。衬砌开裂后，压力水流给了衬砌外的空隙一定的作用力而挤压裂缝，裂缝宽度随之加大，因此局部超过0．3mm裂缝就出现了。排水后，由于山体渗水不能积存，因此渗水就从灌浆孔、结构缝漏出，并且沿着衬砌和围岩间轴向流形成的通道流而从裂缝处渗出，这些现象说明灌浆孔未封堵好。

3.4混凝土浇筑缺陷

局部混凝土内的孔洞的滴水呈线状，可以看出混凝土浇筑也有问题。混凝土表面蜂窝麻面、内部孔洞等都是混凝土渗漏的渗漏通道。

4处理措施

由于电站运行多年，所以现在处理问题较大。有以下原因：一是由于洞内节理发育处离最近的支洞出口差不多有650米，而洞内及其附近并没有可用电源；二是唯一进出的支洞口尺寸较小，导致较大设备不能进入；三是洞内渗水过多，空气湿润且气温较低；四是时间紧，处理时间过长会使公司经济效益受到损失。设计了以下两种方案，一是采用钢筋砼衬砌支护，该方案相对牢固可靠，但是工序较繁，需要清理、绑钢筋、立模、清理等，花费时间较多，而且材料过多，费时费力。二是采用钻孔灌浆支护处理，（1）裂缝处理。对于小于0．1毫米的裂缝，对其表面封闭处理，缝面使用水泥基渗透结晶材料来做防渗涂刷；大于0．1毫米的裂缝，则用化学灌浆，材料选择LPL高渗透改性环氧浆材。（2）渗水缝处理。在结构缝处凿槽，填入亲水性环氧胶泥，而且使用非硫化丁基橡胶嵌贴密封，涂亲水性环氧基液然后再回填砂浆，立模加压，使得覆盖结构缝能产生止水效果。（3）渗水混凝土孔洞处理。用清水冲洗凿开的渗水孔后将快硬水玻璃水泥砂浆进行回填。（4）灌浆处理。对混凝土衬砌顶拱120°范围内重新扫孔，再做回填灌浆。二次检查及混凝土开裂进行分析，桩号Y1+650～Y1+750衬砌段裂缝较多，又由于该段围岩岩溶发育，长期运行使得衬砌混凝土受到损坏，使得隧洞运行安全受到威胁。因此提出补充处理方案：此衬砌段，使用固结灌浆全部处理，固结灌浆孔深5米，分三段进行压力灌浆，分别为0．5MPa、0．8MPa和1．5MPa进行灌注。这样材料相对较少，并且缩短了养护时间，经济快捷。通过比较，方案二为最佳方案。

5结论

成功封闭处理了电站引水隧洞节理裂隙发育的岩面，使得引水洞的运行相对稳定，排除了一系列可能造成电站引水洞塌方、建筑物损坏及机组过流部件损坏等较大安全隐患。

参考文献：

[1]浅谈混凝土检测的常见问题及应对措施[J].祁小冬.山东工业技术.2015（07）

[2]隧洞施工安全管理[J].申选龙.科技资讯.2014（12）