浅谈输水隧洞老化病害机理及防治技术

浅谈输水隧洞老化病害机理及防治技术

董训炳

云南省建设投资控股集团有限公司  云南省昆明市   650500

摘要：东山大沟是元谋县20余万亩基本农田灌溉的大动脉，为了更好地缓解灌区缺水矛盾，就需要东山大沟上段进行改扩建，但由于该工程的地理位置存在一定的复杂性，使得在输水隧道后期运用中将出现老化病害现象，因而就需要采用防治技术进行输水隧道病害防治，进而提高整体的工程耐用性和安全性。

关键词： 输水隧洞；老化病害；防治

1 工程概况

东山大沟工程的建设沿线不良地质现象不发育，以较软岩～软岩为主，工程地质条件一般。隧洞进、出口与渡槽衔接部位边坡均为横向坡，自然状态下处于较稳定状态，表层全强风化岩体厚8～15m，风化卸荷裂隙发育，存在局部稳定问题，对建筑物安全有一定影响。隧洞进、出口段岩体围岩类别为Ⅴ类，成洞条件差，存在洞脸人工开挖边坡稳定问题。隧洞支护参数如表1所示：

表1 隧洞支护参数表

隧洞洞身段围岩类别以Ⅳ类为主，成洞条件较差；局部浅埋隧洞段围岩类别为Ⅴ类，成洞条件差；白垩系江底河组第三段中部岩体内分布有石膏、芒硝及石盐等可溶岩体，隧洞长期运行，水流外渗及孔隙水入渗引起石膏溶蚀，造成洞身不均匀沉陷和对混凝土衬砌的腐蚀，轻者引起底板产生拱起，拱顶产生裂缝，严重情况造成岩体松动坍塌、渗水等工程问题，因而在施工建设时就需要提高老化病害防治的整体水平，以此更好地防止隧道出现病害的概率。

2 输水隧洞老化病害

在长期运行后，输水隧洞主要出现的老化病害主要体现在混凝土裂缝、混凝土渗漏侵蚀和工程空蚀这三种情况上。

2. 1 混凝土裂缝

混凝土裂缝是输水隧道中常见的病害之一，其产生的主要原因就在于荷载与变形的共同作用，使得洞身的稳固性受到威胁，经调查发现，输水隧道在运行多年之后将出现环向裂缝以及横向裂缝，而这些裂缝将使得隧道洞身出现漏水、射水现象，致使洞壁混凝土出现碳化和钢筋锈蚀现象是，使得输水隧道的老化程度不断加深。

2. 2 混凝土渗漏侵蚀

渗漏水对洞身混凝土内部产生的溶出性侵蚀，其也是输水隧道老化病害的重要类型之一。产生混凝土渗漏侵蚀的原因就在于建设中的水泥还有大量的水化产物，其中氢氧化钙以及水化铝酸钙等化学成分都将与混凝土形成凝聚作用，由此将使得输水隧道的稳定性难以得到保障。同时由于水化铝酸钙以及氢氧化钙有着遇水则溶解的性质，使得在溶解的过程中，水将混凝土中的成分带走，同时将实氢氧化钙裸露于表层，同时在与空气中的二氧化碳发生反应，由此在混凝土外壁形成白色结晶，而另一部分将被水带走。因混凝土中氢氧化钙的不停溶出，使得水化产物的平衡条件难以维持，进而导致混凝土的性能削弱。研究表明，当混凝土中总的氢氧化钙含量被溶出1/4时，混凝土的抗压强度下降1/2; 当溶出量超过1/3时，混凝土将失去强度而松散破坏。因此，渗漏侵蚀的危害是存在一定严重性的。

2. 3 工程空蚀

空蚀破坏主要是由于洞壁不平整所引起的问题，在输水隧道运行的过程中，当水流流经不平整的洞身轮廓，将使得不同区域的压力产生差异，由此在不平整区域形成负压区。而当大气压力得以提升的过程中，小气泡也将随着输水隧道形成是正压区，气泡中的水汽通过凝结和破裂，使得混凝土的边界受到气泡破裂而带来的机械冲击，进而出现空蚀破坏现象。

3 老化病害防治技术措施

3.1 裂缝处理措施

对东山大沟隧道工程进行老化病害的研究可以发现，其中存在较多的为横向以及纵向裂缝维为多，其中病害出现的机理就在于荷载扩展，荷载与变形共同作用使得裂缝出现的概率提升。其中不同程度的裂缝也将对输水隧道的危害程度有所不同，其中裂缝出现的原因就在于在进行混凝土浇筑的过程中存在不合规范的现象，在灌浆前需要先进行压水试验，通过压水试验确定相关参数，而后回填灌浆的压力和浆液水灰比按施工图纸的要求或监理人的指示确定。Ⅰ序孔可灌注水灰比0.6（或0.5）：l的水泥浆，Ⅱ序孔可灌注1：1和0.6（或0.5）：1两个比级的水泥浆。空隙大的部位应灌注水泥砂浆或高流态混凝土，水泥砂浆的掺砂量不大于水泥重量的200%。通过将施工环节按照规范标准进行建设，将降低混凝土裂缝出现的概率，进而降低输水隧道在后续的运行过程中出现老化病害的概率。

3.2 灌浆法处理

渗漏水对洞身混凝土将产生侵蚀现象，这也属于输水隧道老化病害的类型之一，由于在水泥中含有大量的氢氧化钙成分，使其在遇水时将出现一定的溶解性，导致输水隧道出现洞身被侵蚀的现象，因而在进行混凝土的选用上就需要对其中的氢氧化钙成分进行控制，以此降低其对洞身的渗漏侵蚀的概率。例如在进行混凝土浇注过程中就需要做好止水保护，在混凝土下料时应远离止水带，防止下料碰撞。采用振捣器或铲、锹等平仓；对竖向止水两侧同时进行，防止两侧高差过大；对水平止水平仓时先保证止水下面混凝土密实，再浇止水片上面的混凝土，防止止水片下部脱空现象的出现，由此提高通过止水的措施，使得混凝土时渗漏侵蚀的老化概率得以降低。在隧洞连接段的补强施工中可以通过回填灌浆的方式对各洞身顶拱120°范围衬砌砼与基岩面之间空隙进行填充灌浆，以此对灌浆压力和浆材进行综合控制。如图1所示：

图1排水孔平面布置图

3.3 控制空蚀的措施

为了更好地避免空蚀现象，就需要在建设是对边轮廓进行合理控制，以此更好地提高边轮廓的平整性，避免输水隧道出现突缩、突扩以及骤弯的现象。同时对已不能发生变化的边界也需要进行椭圆化以及流线化设置，使得空蚀现象能够得以避免。而在需要对其进行该改建门槽的过程中，就需要对其中的宽深比、错距比等进行控制模式，同时采用硬度较大的混凝土对空蚀部位进行优化处理，使得老化病害出现的概率得以降低。

4 结 语

总而言之，输水隧道的老化病害出现的影响因素是多种多样的，在整个建设施工的过程中就需要对混凝土材料性能以及止水措施进行优化，以此更好地降低输水隧道出现裂缝以及侵蚀的概率，使得老化病害能够得到有效地防治，为输水工程的可持续性发展奠定良好的基础保障，进而提高其整体的社会经济效益。

参考文献

［1］程素珍．输水洞老化病害机理分析及治理技术研究［J］．水利工程，2017( 7) ．

［2］魏辰．地下洞室群施工通风网络实时仿真计算与可视化研究［D］．天津: 天津大学，2017．

［3］李道田．青峰岭水库土石坝加固技术及加筋砾石料的应力应变特性研究［D］．南京: 河海大学，2017．

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