沖沙隧洞底板破壞涌水原因分析及處理

周 政

(遵義市水務(wù)投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563002)

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沖沙隧洞底板破壞涌水原因分析及處理

周 政

(遵義市水務(wù)投資(集團(tuán))有限責(zé)任公司，貴州 遵義 563002)

文章闡述了遵義中橋水庫工程沖沙隧洞底板破壞涌水原因分析，論述了處理措施方案，總結(jié)了處理效果。在涌水處理過程中，參建各方都了解水庫的整體布置和建筑物結(jié)構(gòu)情況，深刻認(rèn)識涌水的原因，最后提出具有針對性的處理方案，處理效果很好。

水庫沖沙隧洞；底板破壞；涌水處理；原因分析；處理效果

0 前 言

在水利工程規(guī)劃建設(shè) “十二五”期末，新建、改建、擴(kuò)建了一大批中小型水庫工程，在水庫下閘蓄水試運行中，沖沙隧洞的施工圖設(shè)計、施工管理和運行管理等對工程的運行安全具有重要意義。在工程實際運用中，由于各種單一或組合因素，水庫試運行時造成隧洞底板破壞、底板破裂、洞身出現(xiàn)涌水現(xiàn)象比較常見。根據(jù)這種情況，設(shè)計、施工、監(jiān)理、質(zhì)監(jiān)及建設(shè)單位需對涌水原因進(jìn)行分析總結(jié)，方能提出合理有效的處理方案。

本文主要以遵義市某水庫工程項目為實例，對相關(guān)問題進(jìn)行闡述。該水庫項目的最大壩高達(dá)到56m，樞紐型建筑物都是混凝土面板堆石壩、左岸放水隧洞等構(gòu)成。其中水庫功能，主要的給城市供水以及農(nóng)田灌溉等提供條件，項目是一種人畜共用的飲水功能型水庫。水庫正常蓄水位812.0m，正常蓄水位庫容為5570.0萬m3，水庫總庫容7380.0萬m3。沖沙隧洞工程于2014年5月下閘蓄水后試運行，但沖沙隧洞龍?zhí)ь^段溢流面鋼筋混凝土未及時施工完成，因7月上旬水庫上游持續(xù)降雨，移民交通便民設(shè)施未完善，造成長時間、高頻率、多次數(shù)的日常放水運行模式。在7月下旬時間段內(nèi)，項目不論是施工、監(jiān)理，都必須要對隧道洞進(jìn)行檢查，但是在檢查的過程中發(fā)現(xiàn)，部分隧洞出現(xiàn)了底板破壞等問題，而且還涌水。

1 沖沙洞底板破壞涌水原因分析

1.1 沖沙洞的布置模式以及沖沙洞的結(jié)構(gòu)設(shè)計

從工程項目的建設(shè)情況來看，中橋水庫的沖沙隧洞布置到大壩又岸邊位置，這種布置模式可以更好的實現(xiàn)導(dǎo)流，讓隧洞更在短時間內(nèi)實現(xiàn)改建。在進(jìn)水口方面，項目所用的進(jìn)水口采用了塔式的建筑結(jié)構(gòu)，控制了進(jìn)口底板位置的高程。

1.2 設(shè)計階段水力學(xué)試驗情況

水力學(xué)試驗情況見表1。

表1 水力學(xué)模型試驗成果表

水力學(xué)模型試驗成果，在水庫不同運行工況下，放空兼沖沙隧洞泄流能力與理論計算流量基本一致，進(jìn)口無吸氣漩渦等不良流態(tài)出現(xiàn)，各部位的水流流態(tài)平順。

1.3 水庫運行

2014年6月15日，按中橋水庫下閘蓄水計劃，水庫下閘蓄水并對導(dǎo)流隧洞實施封堵。7月16日，受上游持續(xù)強(qiáng)降雨影響，水庫水位短時間內(nèi)迅速上漲，10h左右?guī)焖粡?97.0m上升至803.5m高程，形成庫容2390萬m3，受庫區(qū)移民交通便民設(shè)施遺留問題的影響，為滿足群眾需求，水庫沖沙隧洞被迫開閘放水，導(dǎo)流洞(兼沖沙隧洞)內(nèi)一直處于放水狀態(tài)。截至水庫水位796.9m時，即7月23日關(guān)閉沖沙孔恢復(fù)蓄水，7月 24日上午對隧洞進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)隧洞底板樁號(0+92-0+95.2大壩帷幕線庫內(nèi))出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，進(jìn)而損壞混凝土，影響整體施工質(zhì)量。從實際情況分析，其底板出現(xiàn)破裂，長度約在2m×3m?，F(xiàn)場勘查分析，其鋼筋混凝土保護(hù)層已經(jīng)被沖壞，下部出現(xiàn)掏空。這種情況說明側(cè)墻與底板受到腐蝕，不同程度的氣蝕現(xiàn)象，在隧洞的其他區(qū)域，無明顯病害。

7月25日，建設(shè)單位組織參建各方對隧洞現(xiàn)場再查看，分析隧洞底板樁號(0+92-0+95.2)出現(xiàn)混凝土損壞及涌水產(chǎn)生原因和制定搶修方案，通過現(xiàn)場查看，對施工圖紙、地質(zhì)剖面圖，工程驗收資料，施工照片等資料分析后認(rèn)為，原工程施工質(zhì)量符合設(shè)計圖紙要求。

1.4 破壞段地質(zhì)

項目的破壞段，對項目整體施工質(zhì)量產(chǎn)生了巨大的影響。經(jīng)過檢查發(fā)現(xiàn)，項目前期的施工勘察資源和項目前期所掌握的各種施工地質(zhì)資料都不夠完善。最終導(dǎo)致出現(xiàn)地段破壞的根本原因，就是因為隧洞底板施工條件、地質(zhì)條件不夠理想，導(dǎo)致項目建設(shè)過程中不斷的會粗線裂縫等地質(zhì)問題。這些地質(zhì)問題如果不能在最短的時間內(nèi)加以解決，導(dǎo)致產(chǎn)生了底標(biāo)沖溝地形。項目工程大壩右段位置的河床在開挖時，裂隙強(qiáng)發(fā)育，而且還存在一些溶蝕裂隙相連的問題，所以從該角度來看，隧洞巖體不論是溶隙發(fā)育還是巖石破碎，都是比較嚴(yán)重的誘因[1]。

1.5 破壞原因分析

通過涌水處情況與洞身內(nèi)部的氣蝕情況，分析隧洞主要的破壞原因：隧洞底板破壞段地質(zhì)條件構(gòu)造特殊、有沖溝、斷層交匯，溶槽、裂隙發(fā)育并存在巖溶通道。由于地質(zhì)條件復(fù)雜，在導(dǎo)流洞混凝土襯砌完成后，原設(shè)計方案中未考慮對隧洞底板作固結(jié)灌漿處理，擬在運行過程中視情況再作處理，由于水位短時間內(nèi)漲幅較大，隧洞在放水運行時流速較大，當(dāng)遇到了隧洞底板局部地質(zhì)缺陷部位時，致使底板不能承受較大的壓力而導(dǎo)致底板破壞。沖砂隧洞屬于導(dǎo)流洞，并以此進(jìn)行進(jìn)行改建。如果下閘遭到封堵后，那么未完成施工可能會形成梯坎狀，并在高速水流的作用下下泄。這種情況導(dǎo)致，底部得不到氣體補(bǔ)充，能夠形成負(fù)壓空腔，高速水流后會出現(xiàn)較大的負(fù)壓。

在上述雙重作用下引發(fā)底板混凝土破壞并涌水帶走斷層巖溶通道內(nèi)充填物，形成漏水通道，在底板上部表層混凝土形成的凹坑，與局部地質(zhì)缺陷部位形成疊加效應(yīng)，致使底板不能承受外水壓力而加重了破壞程度。

2 方案的研究及實施過程

由于中橋水庫地理位置靠近遵義市中心城區(qū)，針對水庫中存在的問題，在產(chǎn)生問題前，應(yīng)具體舉例分析，并羅列問題，避免事件真正發(fā)生時引發(fā)恐慌，導(dǎo)致不良影響。針對這些問題的處理，為了有效避免隧洞底板的破壞情況繼續(xù)加重，需要參建方能夠聯(lián)合各個單位，召集緊急方案。例如使用常規(guī)的編織物進(jìn)行堵塞，但是這種方法無法針對涌水量大的情況。施工人員還可以采用疏排、預(yù)留排水通道的方式，對周圍進(jìn)行有效加固，封堵滲水區(qū)。最后從地表通過坐標(biāo)定位法鉆孔，用流態(tài)混凝土和水泥漿進(jìn)行灌注等綜合處理方案。

施工過程如下：

1)根據(jù)洞內(nèi)漏水的實際情況，先沿破壞處向上游澆筑5m長0.5m厚的C35早強(qiáng)混凝土，便于引水管安裝。

2)待混凝土早期強(qiáng)度達(dá)到75%后，要優(yōu)先利用隧洞寬度與長度，針對破壞較大的區(qū)域，選擇有效的方法進(jìn)行壓堵。例如在鋼板上需要有效利用鋼管，作為封堵前的排水通道，并將出口設(shè)置在閘閥處。一般情況下，涌水量與水壓力都比較大，鋼板很難壓住涌水區(qū)域，需要及時施加壓力，可以接入8個千斤頂，最后確保鋼板與隧洞底板緊貼，最后實現(xiàn)涌水有鋼管集中排出。

3)經(jīng)試算復(fù)核，在漏水段鋼板上澆筑厚度為1m的C35膨脹鋼筋混凝土，主要用于灌漿壓重；混凝土澆筑完成后，再用φ100加厚鍍鋅鋼管加固壓重，設(shè)置3排鋼管支撐，每排3根鋼管；灌漿完成后，再人工拆除鋼管支撐架和上部分1.0m厚的混凝土。

4)待澆筑的C35膨脹鋼筋混凝土強(qiáng)度達(dá)到75%后，在隧洞兩側(cè)地表通過坐標(biāo)定位法進(jìn)行鉆孔，用流態(tài)混凝土和加壓灌漿進(jìn)行處理。針對水庫中上游方向的漏水情況，要及時選用充填灌漿堵塞，有效處理滲水通路，以及掏空底部部位。這種情況下鉆孔的深度，和隧洞的底板相比，必須要保證始終超過隧洞的底板，只有這樣才能保證工程項目的建設(shè)質(zhì)量。而且在灌漿待預(yù)設(shè)環(huán)節(jié)中，排水鋼管的出水口如果出現(xiàn)各種形式的泥漿，必須要在最短時間內(nèi)關(guān)閉掉閘閥。在對項目進(jìn)行填充灌漿處理的時候，工作人員要使用比較濃的水泥漿，并將這些水泥漿和速凝劑、粉煤灰等相互融合，通過這種方式來提升項目施工處理效果。

5)待灌漿結(jié)束7d后，對鋼板上1.0m厚的混凝土及上游澆筑的混凝土和臨時安裝的排水設(shè)施進(jìn)行清理拆除，對隧洞底板混凝土進(jìn)行打磨處理。

3 實施效果

通過上述措施方案的處理，該隧洞涌水部位和破壞影響部位已完全修復(fù)，至2014年12月，水庫已蓄水至812m正常蓄水高程，并經(jīng)過2015年度，2016年度兩個主汛期洪水的考驗，沖沙隧洞運行正常，處理效果非常明顯。

4 總 結(jié)

水利工程項目施工，屬于政府的惠民工程，可以有效提升當(dāng)?shù)厝藗兊纳钯|(zhì)量以及生活安全性，對維護(hù)社會穩(wěn)定具有十分重要的意義。雖然隨著近年來我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，各種新水庫設(shè)計、施工技術(shù)被提出，優(yōu)化了傳統(tǒng)工作模式，提升了項目施工質(zhì)量，但是依然會經(jīng)常出現(xiàn)各種影響項目施工質(zhì)量的問題。上文提出的所有項目施工經(jīng)驗以及項目施工方法，都是以實際工程項目建設(shè)為基礎(chǔ)的。通過分析當(dāng)前遵義中橋水庫施工中出現(xiàn)的問題，結(jié)合了近年來比較先進(jìn)的工作經(jīng)驗以及各種先進(jìn)的文獻(xiàn)的，制定可行的處理方法?？偨Y(jié)制定的設(shè)計方案，綜合考慮不同情況下的方法選擇。從而有效降低施工的工程量與施工成本，得到較好的封堵效果。

[1]揣連成，杜士斌，卜麗華.隧洞工程涌水處理的對策和措施[J].水利水電技術(shù)，2005(05)：20-22.

1007-7596(2017)04-0087-02

2017-03-06

周政(1976-)，男，貴州威寧人，高級工程師，從事水利建設(shè)管理方面的工作。

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