第九水廠引水隧洞停水檢修情況分析及處理

周上梯，綦中躍，黃 楠，安 翼，左豐收

（北京市密云水庫管理處，北京 101512）

1 隧洞概況

第九水廠引水隧洞位于密云水庫九松山副壩以東約1 km處，是北京第九水廠二期取水工程，于1992年10月開工建設(shè)，1995年5月1日正式運(yùn)用，設(shè)計(jì)最大日供水能力100萬m3，設(shè)計(jì)供水保證率為97%。該隧洞為圓形壓力隧洞，洞徑3.5 m，洞長3 078 m，進(jìn)口高程117.0 m，采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度25～60cm，局部加強(qiáng)段襯砌厚70～100 cm。在樁號(hào)2+695處設(shè)檢修支洞，長 87 m，洞徑2.5 m，襯砌厚度0.4 m，為圓形壓力洞，出口高程106 m。

2 檢修情況

密云水庫是目前北京市唯一地表飲用水源地，該隧洞作為主要取水口，承擔(dān)著極其重要的供水任務(wù)。根據(jù)《水庫大壩安全管理?xiàng)l例》、《水庫大壩安全鑒定辦法》的要求，水庫大壩（包括附屬輸泄水建筑物）每6～10年需進(jìn)行安全檢查，繼2001年后，該隧洞于2009年6月18日再次進(jìn)行停水檢修，工期一個(gè)月。此次檢修工作主要包括洞身混凝土襯砌檢查檢測、水工金屬結(jié)構(gòu)安全檢測、進(jìn)出口水工建筑物安全復(fù)核、進(jìn)口巖塞段潛水檢查及清淤、閘門防腐及水封更換等項(xiàng)目。以下重點(diǎn)對(duì)隧洞洞身情況進(jìn)行分析和論述。

3 洞身檢查檢測情況分析

洞身檢查檢測工作于隧洞停水后開展，主要項(xiàng)目見表1。

3.1 裂縫

裂縫檢查以普查為主，共發(fā)現(xiàn)混凝土裂縫345條。裂縫以環(huán)形或半環(huán)形為主，縱向裂縫相對(duì)較少，主要為施工冷縫，大部分裂縫部位有白色析出物和附著物。部分伸縮縫有滲水現(xiàn)象，接縫處有白色析出物和附著物，少部分伸縮縫沖蝕較重，需進(jìn)行修補(bǔ)。結(jié)合普查結(jié)果對(duì)重點(diǎn)裂縫進(jìn)行了寬度檢測，檢測結(jié)果表明，大部分裂縫寬度較小，對(duì)隧洞襯砌結(jié)構(gòu)安全無影響。裂縫分布情況見表2。

表1 隧洞洞身檢查檢測項(xiàng)目分布表Table 1 :Items of the tunnel inspection

表2 隧洞裂縫檢查情況統(tǒng)計(jì)Table 2 :Statistics of cracks on the tunnel

3.2 滲水點(diǎn)

主洞共發(fā)現(xiàn)滲水點(diǎn)130個(gè)，閘門區(qū)及漸變段存在少量滲水點(diǎn)，主洞拱頂位置的灌漿孔均有不同程度的漏水現(xiàn)象，其中個(gè)別漏水點(diǎn)呈噴射狀，滲水點(diǎn)區(qū)域分布見圖1。從圖1可以看出，主要集中在樁號(hào) 0＋000～0＋500、0＋500～1＋000 及 1＋500～2＋000 三個(gè)區(qū)域，靠近出口段的滲水點(diǎn)很少。結(jié)合隧洞布置情況和工程地質(zhì)條件，分析原因主要有以下兩點(diǎn)：一是進(jìn)口段離水庫較近，受庫水位壓力作用影響明顯；二是樁號(hào) 1＋500～2＋000段存在 F1 斷層，巖層裂隙發(fā)育，地下水存在滲漏通道。

圖1 引水隧洞滲水點(diǎn)分布圖Fig.1 Distribution of the seepage points on the tunnel

3.3 析出物成分分析

洞身析出物較多，主要分布在洞頂和洞壁上，其中洞頂析出物呈塊狀分布，洞壁析出物則呈帶狀，沿洞壁順直向下直至洞底。析出物顏色有三種，白色為主，黑色其次，另有少量呈紅色。分別取以上三種顏色試樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，檢測結(jié)果表明，析出物主要成分為碳酸鈣，其次為鋁酸三鈣，另有少量的氧化鐵。根據(jù)地質(zhì)資料，隧洞所在山體無碳酸巖，因此析出物主要來自襯砌混凝土，析出物顏色不同是因?yàn)?，白色為新鮮析出物，黑色為老舊析出物受水流沖刷所致，紅色則為析出物夾雜洞底底泥造成。

3.4 混凝土表面剝蝕

主要檢測混凝土表面剝蝕深度、剝蝕面積，確定剝蝕等級(jí)?，F(xiàn)場檢測結(jié)果表明：閘門井、支洞段混凝土基本沒有剝蝕破壞發(fā)生；主洞混凝土總體外觀和整體質(zhì)量較好，只有少數(shù)部分存在剝蝕現(xiàn)象，其中進(jìn)口漸變段混凝土存在多處露筋部位（非受力主筋）；此外，主洞樁號(hào) 0＋370～0＋460 和 0＋580～0＋590段有多處露筋現(xiàn)象，所露鋼筋均為環(huán)向分布。

3.5 混凝土碳化和鋼筋銹蝕

主要檢測引水隧洞主洞、支洞、閘門井等部位混凝土的碳化深度、鋼筋銹蝕狀況，從檢測結(jié)果分析，主洞及支洞混凝土襯砌碳化程度較小，為2.0～4.0 mm，泄槽段及閘室段碳化值為 3.5～4.5 mm。引水隧洞混凝土標(biāo)號(hào)為200號(hào)，抗?jié)B要求為S6，混凝土較致密，襯砌結(jié)構(gòu)長期浸于水中，使其碳化深度較小，低于鋼筋保護(hù)層厚度，不會(huì)引起鋼筋銹蝕。與2001年檢測結(jié)果進(jìn)行比較，混凝土碳化深度沒有明顯的增加，2009年與2001年碳化情況對(duì)比見表3。

表3 混凝土碳化深度情況統(tǒng)計(jì)Table 3 :Statistics of concrete carbonization depth

鋼筋銹蝕檢測發(fā)現(xiàn)進(jìn)口漸變段有部分露筋區(qū)域 （非受力主筋）， 同時(shí)主洞樁號(hào)0＋370～0＋460和0＋580～0＋590存在多處環(huán)向鋼筋外露，除以上露筋部位外，未見明顯銹蝕。結(jié)合碳化檢測結(jié)果和隧洞混凝土外觀檢查，判斷洞身鋼筋總體較好。

3.6 混凝土強(qiáng)度

主洞襯砌抽檢頻率為每300 m抽取一段進(jìn)行回彈檢測，同時(shí)對(duì)閘門井、漸變段、支洞襯砌進(jìn)行回彈檢測。檢測結(jié)果如表4所示。

檢測結(jié)果表明，隧洞襯砌、閘門井胸墻、漸變段混凝土的回彈平均強(qiáng)度及推定值均達(dá)到或高于設(shè)計(jì)強(qiáng)度指標(biāo)（混凝土標(biāo)號(hào)200號(hào)），引水隧洞各混凝土建筑結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量較好。

表4 混凝土強(qiáng)度回彈檢測統(tǒng)計(jì)表Table 4 :Result of the rebound strength testing of the concrete

4 工程處理措施

根據(jù)隧洞洞身檢查檢測結(jié)果，采取了相應(yīng)的工程處理措施。對(duì)洞身襯砌用高壓水槍進(jìn)行全面清理，鑿除表層析出物，并對(duì)滲水點(diǎn)及有析出物部位做好詳細(xì)記錄。對(duì)滲漏集中部位，先采用臨時(shí)堵漏，再高壓灌注水溶性聚氨酯，然后抹10 mm厚的SPC聚合物水泥砂漿。對(duì)滲漏嚴(yán)重的伸縮縫，首先進(jìn)行灌漿止水，然后對(duì)伸縮縫兩側(cè)混凝土進(jìn)行修補(bǔ)處理，再嵌填BW橡膠膨脹止水條，表層用聚合物水泥砂漿填平。整個(gè)工程共計(jì)完成洞身沖洗清理2 939 m，滲水點(diǎn)堵漏70處，伸縮縫修補(bǔ)100 m。堵漏情況見表5。

表5 隧洞洞身主要滲漏點(diǎn)處理分布表Table5 :Distributionoftheseepagepointsonthetunnelandtreatment

4.1 灌漿處理工藝

選用LW水溶性聚氨酯進(jìn)行灌漿處理。該材料具有較強(qiáng)的防滲堵漏能力，親水性好，遇水反應(yīng)，具有二次擴(kuò)散能力，特別適合于動(dòng)水情況。材料毒性和刺激性都非常小，對(duì)人體和環(huán)境不會(huì)產(chǎn)生不良影響。

具體施工工藝如下。

（1）鉆孔：根據(jù)裂縫走向、滲漏狀況布設(shè)鉆孔，鉆孔間距控制在30～40 cm左右，采用電錘打斜孔，鉆孔直徑14 mm，深度30～40 cm，鉆孔應(yīng)穿越縫面，采用壓力水(0.3～0.4 MPa)清理干凈鉆孔內(nèi)的塵土。

（2）安裝灌漿嘴：將灌漿嘴安裝在鉆孔內(nèi)擰緊，使灌漿嘴與鉆孔之間無空隙，防止漏水漏漿。

（3）洗縫：用高壓水（6 MPa）向灌漿嘴內(nèi)注入一定量的清潔水，使縫內(nèi)保持濕潤，裂縫內(nèi)部通暢。

（4）灌漿：灌漿從下至上或從一端向另一端逐孔依次進(jìn)行。為了保證漿液在裂縫內(nèi)充分?jǐn)U散和充填，灌漿壓力控制在10～11 MPa范圍內(nèi)，由低向高逐漸上升，直至灌漿結(jié)束。記錄有關(guān)技術(shù)參數(shù)，主要包括灌漿壓力、灌漿量等。

（5）灌漿結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：當(dāng)相鄰灌漿嘴出漿或裂縫表面出漿時(shí)，保持壓力3～5 min即可結(jié)束本孔灌漿。

（6）表面處理：灌漿結(jié)束7 d后，去除灌漿嘴，將混凝土表面清理干凈。

4.2 SPC聚合物砂漿封堵

對(duì)上述滲漏較嚴(yán)重的部位，在灌漿止水后，采用SPC聚合物水泥砂漿進(jìn)行防滲抹面處理，砂漿厚度10 mm左右。對(duì)滲漏較嚴(yán)重的伸縮縫，將原縫兩側(cè)混凝土鑿除約20～30 mm，深50 mm，采用SPC聚合物砂漿進(jìn)行修補(bǔ)處理，再嵌填20×30 mmBW橡膠膨脹止水條，表層采用20～30 mm聚合物砂漿封堵。

主要施工工藝如下。

（1）基礎(chǔ)處理：采用人工鑿毛或打磨工藝對(duì)滲漏較嚴(yán)重的部位、伸縮縫兩側(cè)混凝土進(jìn)行處理，將表面的疏松、風(fēng)化、剝蝕層清理至堅(jiān)硬、牢固、新鮮的混凝土基面。用高壓水將混凝土表面沖洗干凈。

（2）抹面施工：充分濕潤混凝土表面，均勻涂刷一道SPC界面劑，抹SPC聚合物砂漿，抹面厚度10 mm左右。

（3）養(yǎng)護(hù)：抹面后潮濕養(yǎng)護(hù) 3 d。

（4）刮涂SPC聚合物涂層：潮濕養(yǎng)護(hù)結(jié)束后，刮涂一道SPC聚合物涂層。

（5）嵌填BW止水條：對(duì)修整后的伸縮縫嵌填BW止水條，表層再用20～30 mm聚合物砂漿封堵。

5 結(jié)論與建議

結(jié)合洞身檢查情況及對(duì)比分析結(jié)果，對(duì)存在問題部位采取了工程處理措施，滲水點(diǎn)堵漏效果良好。對(duì)伸縮縫進(jìn)行了修補(bǔ)處理，其它附屬設(shè)施檢查、檢測、復(fù)核結(jié)果均正常，表明隧洞總體安全，可以正常供水?？紤]到隧洞的重要性，在今后的運(yùn)行維護(hù)中，應(yīng)建立更加完備的工程技術(shù)檔案，形成系統(tǒng)的檢修資料，以便下次檢修時(shí)參照和對(duì)比。

[1]北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院.2009年密云水庫第九水廠引水隧洞停水檢修技術(shù)方案[R].2009.

[2]北京市水利科學(xué)研究所.北京市第九水廠引水隧洞2009年停水檢修混凝土及鋼管段檢測報(bào)告[R].2009.

[3]北京市密云水庫管理處.密云水庫工程技術(shù)手冊(cè)[S].2009.

[4]水利部.水庫大壩安全鑒定辦法[S].2003.