觀景口水利樞紐頂管接口高水壓防滲技術(shù)

辛鳳茂，李 婭，王 欣

（1.中水北方勘測(cè)設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，300222，天津；2.楊凌新華水務(wù)有限公司，712100，楊凌）

一、工程概述

觀景口水利樞紐是重慶市重點(diǎn)水源工程之一，輸水工程線路總長(zhǎng)24.965 km，其中隧洞總長(zhǎng)19.41 km，包括3條有壓隧洞和8條無壓隧洞，設(shè)計(jì)輸水流量4.76 m3/s，加大輸水流量5.76 m3/s，隧洞均采用頂管機(jī)施工，1號(hào)和2號(hào)有壓頂管隧洞內(nèi)徑2.0 m，管材選用頂進(jìn)施工法用鋼筒混凝土管（JPCCP管），其余頂管隧洞內(nèi)徑2.65 m，采用頂管專用鋼筋混凝土管，混凝土管壁厚26 cm，單節(jié)管節(jié)長(zhǎng)度2.5 m，采用承插式柔性接口連接。

二、地質(zhì)與水文條件

輸水線路均位于四川盆地東部邊緣，先后穿越大致平行的4座山體以及鴨溪河、二圣河、魚溪河3條河流和多條大型沖溝，線路穿越地層以侏羅紀(jì)地層為主，巖性主要為泥巖、粉砂巖等，巖體透水性弱，鉆孔壓水試驗(yàn)成果顯示，巖體基本屬弱～微透水，個(gè)別段為中等透水，隧洞過沖溝、溪河和遇斷層段可能會(huì)出現(xiàn)較大漏水和涌水。隧洞沿線位于地下水水位以下，埋深局部大于200 m，經(jīng)折減計(jì)算，防外水要求大于80 m。

三、無壓隧洞管節(jié)止水措施

1.接口止水型式

本工程的特點(diǎn)可歸納為：隧洞洞徑小、工期要求緊、隧洞埋深大、地下水豐富，因此要求管節(jié)止水接頭要施工速度快、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，同時(shí)又具有較好的止水防滲性能以保證外水不進(jìn)入管道、內(nèi)水不能外滲，管身及管節(jié)接口需可靠有效防水。

無壓段采用頂管專用鋼筋混凝土管，管道接口采用鋼承口接口形式，鋼板套環(huán)材料為Q235B，采用環(huán)氧富鋅底漆二度，每度30 u，環(huán)氧瀝青面漆二度，每度80 u，鋼套環(huán)接頭內(nèi)側(cè)磨平，鋼承口接頭的鋼套管與混凝土的接縫采用彈性密封填料勾縫，接頭止水用橡膠密封圈，管節(jié)接觸平口面采用木墊板充填。為防止管節(jié)承口端外水內(nèi)滲，在鋼套管和混凝土面采用一道遇水膨脹橡膠止水圈，在混凝土管道端頭與鋼套管接觸處采用聚硫密封膏充填，管套管與混凝土采用預(yù)埋鋼筋固定。頂管管節(jié)接口及止水示意見圖1。

設(shè)計(jì)前期對(duì)長(zhǎng)距離、小洞徑巖石隧洞頂管掘進(jìn)機(jī)應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了專題研究，考慮到本工程主要建筑物級(jí)別為2級(jí)，要求隧洞的使用年限為100年，因此，對(duì)管節(jié)鋼承口除進(jìn)行重度防腐處理外，為保證止水長(zhǎng)久有效，參考TBM盾構(gòu)組合管片間止水結(jié)構(gòu)，管節(jié)的接觸平口面增設(shè)了一個(gè)5 mm×33 mm（深×寬）凹槽，粘嵌遇水膨脹橡膠止水條，其余接觸面采用橡膠墊片鋪墊，止水條在頂進(jìn)過程中被壓緊，當(dāng)遇外水經(jīng)鋼承口的橡膠密封圈滲漏入管節(jié)間時(shí)，則此道止水條可遇水膨脹有效發(fā)揮第二道止水作用。這樣兩道止水可有效保證管節(jié)間密封可靠。實(shí)施過程中，由于工期要求緊，后取消了平口面上遇水膨脹止水條，只采用承插口兩道橡膠止水的方案。

2.止水型式選擇

橡膠密封圈按其橫斷面形狀可分為實(shí)心、空心、圓形、橢圓形、齒形、楔形等，其中圓形和楔形較為常見，圓形圈結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、裝卸方便、密封性能較好；楔形橡膠密封條是新的止水產(chǎn)品，安裝比較簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，價(jià)格適中，具有較好的抗老化、耐腐蝕性，止水效果好。本工程承插口采用鋼套管承口與混凝土插口的連接方式，承插口位置是防水處理的重點(diǎn)，因?yàn)殇摴艿臏囟扰蛎浵禂?shù)與混凝土的溫度膨脹系數(shù)不同，在兩者銜接處會(huì)產(chǎn)生溫度變形不一致，容易形成漏水通道。楔形橡膠密封條遇水后會(huì)逐漸膨脹，一方面堵塞可能存在的毛細(xì)孔隙達(dá)到止水目的，另一方面可使混凝土界面的接觸更加緊密，從而產(chǎn)生較大的抗水壓力，形成不透水的可塑性膠體，因此本工程采用了楔形橡膠密封條作為止水型式。

楔形橡膠圈具有擠壓變形導(dǎo)向功能，能長(zhǎng)期有效防止接口滲漏，從而提高管道安全運(yùn)行質(zhì)量，楔形橡膠圈尺寸形式見圖2。

圖2 楔形橡膠密封圈示意（單位：mm）

四、有壓隧洞管節(jié)止水措施

該工程有壓隧洞頂管管材選用JPCCP管，JPCCP管是在預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）的基礎(chǔ)上研制、開發(fā)的一種大口徑新型管材（見圖3）。管材間采用承插連接，止水措施不當(dāng)就會(huì)造成滲漏，施工期和檢修期高地下水水位時(shí)，地下水會(huì)進(jìn)入管道，造成管道內(nèi)潮濕、滴水影響電氣設(shè)備運(yùn)行和頂管施工，嚴(yán)重的還會(huì)造成工程停工。運(yùn)行期地下水水位較低段會(huì)造成有壓管道外水內(nèi)滲，不僅造成輸水損失加大，對(duì)不良地質(zhì)洞段還會(huì)造成圍巖惡化，威脅隧洞結(jié)構(gòu)安全，因此管材接口的止水防滲性能至關(guān)重要。

圖3 JPCCP管節(jié)結(jié)構(gòu)示意

JPCCP管接口采用鋼承口接口形式，設(shè)計(jì)采用內(nèi)外兩道止水方案，外層止水采用一道楔形橡膠圈，管壁間采用木墊板充填，主要防止外水內(nèi)滲。內(nèi)層止水與外層止水錯(cuò)開約15 cm，采用兩道橡膠圈止水，管壁間采用砂漿充填，主要防止內(nèi)水外滲。JPCCP接頭止水示意見圖4。

圖1頂管管節(jié)接口及止水示意（單位：mm）

圖4 JPCCP接頭止水示意（單位：mm）

五、結(jié) 語

該工程隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水水位較高，既有無壓洞段又有有壓洞段，隧洞采用頂管掘進(jìn)機(jī)施工，管節(jié)接頭是本工程的薄弱部位，是內(nèi)外水滲漏的通道，因此需采取有效的防滲漏措施。

針對(duì)隧洞外水頭較高的工程特點(diǎn)，選擇了楔形止水橡膠圈的止水型式，有效防止了隧洞外水內(nèi)滲的現(xiàn)象發(fā)生，保證了施工質(zhì)量。針對(duì)內(nèi)外水壓并存的隧洞，采取內(nèi)外雙側(cè)的止水、防滲技術(shù)措施，確保了工程的順利實(shí)施和運(yùn)行安全。