棋盤山水庫輸水洞滲漏處理方案研究

白洋

（撫順市水利勘測設(shè)計研究院有限公司，遼寧 撫順 113000）

水庫工程輸水洞滲漏對水庫效益發(fā)揮有重大影響，有較多的因素導(dǎo)致輸水洞產(chǎn)生滲漏[1-3]，在進(jìn)行滲漏治理時，需要充分考慮滲漏的原因、現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)等多方面要求，選取合適的治理方案，以保證輸水洞防滲治理效果[4-7]。棋盤山水庫具有重要的防洪、蓄水作用，根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，水庫輸水洞存在滲漏現(xiàn)象，需及時采取防滲措施。

1 輸水洞概況及滲漏現(xiàn)狀

棋盤山水庫輸水洞位于大壩右岸，是混凝土有壓圓斷面隧洞，混凝土襯砌厚度及分布情況見表1。水庫輸水洞全長283.4 m，洞徑3.5 m。輸水洞主要承擔(dān)生態(tài)、防洪作用。

表1 輸水洞襯砌特性表

根據(jù)輸水洞襯砌外觀質(zhì)量檢測結(jié)果得知，輸水洞發(fā)育多處滲水點，具體情況如下：

1）樁號0+042～0+050 m范圍內(nèi)，輸水洞混凝土襯砌查明多處滲水點，滲流痕跡較為明顯，滲流量相對較小。該段靠近閘門處排水管漏水嚴(yán)重。

2）樁號0+078 m處混凝土襯砌結(jié)構(gòu)頂部存在1處滲水點，滲流漏水嚴(yán)重。

3）樁號0+113，0+235 m處混凝土襯砌結(jié)構(gòu)右側(cè)各發(fā)現(xiàn)1處漏水點，水流流速快，滲漏嚴(yán)重。

4）樁號0+235 m處，輸水洞襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)育環(huán)形裂縫，裂縫寬度在0.1～10.0 mm之間，目前未發(fā)生滲水現(xiàn)象。

5）輸水洞其他區(qū)域暫未發(fā)現(xiàn)明顯的漏水點，但是混凝土襯砌結(jié)構(gòu)滲流痕跡較為明顯，大部分區(qū)域混凝土保護(hù)層破壞嚴(yán)重，存在漏石等現(xiàn)象，部分區(qū)域出現(xiàn)剝蝕淺坑，襯砌結(jié)構(gòu)完整性較差。

2 滲漏處理方案比選

輸水洞原襯砌結(jié)構(gòu)表面平整度較差，局部破損漏筋，存在較大裂縫和滲水點，且洞內(nèi)水在內(nèi)水壓力作用下，穿透襯砌薄弱點經(jīng)山體裂隙外滲，最終可能在壩腳排水溝出露。輸水洞前次除險加固采用局部灌漿修補(bǔ)的措施，從目前情況看效果并不理想。因此，此次處理考慮對全洞進(jìn)行防滲處理以解決滲漏問題。擬比選下列3種洞內(nèi)防滲方案：

2.1 方案一，不銹鋼板內(nèi)襯

該方案主要借鑒非開挖地下管道不銹鋼內(nèi)襯管道工藝，該工藝在城市市政管道治理工程中應(yīng)用較多，取得了良好的效果，結(jié)構(gòu)示意圖見圖1。該方案主要是在原有的輸水洞襯砌結(jié)構(gòu)中新加入不銹鋼管道，同時在兩者的層間縫隙加入填充劑。輸水洞原有襯砌結(jié)構(gòu)主要功能是承受管道內(nèi)、外壓；不銹鋼管主要功能是防腐蝕和防漏水；填充層使得新形成的結(jié)構(gòu)成為一個整體，保證新結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，提高耐久性。

圖1 不銹鋼板內(nèi)襯示意圖

2.2 方案二，鋼管內(nèi)襯

方案一中的薄壁鋼管無法承擔(dān)外水壓力，導(dǎo)致原襯砌結(jié)構(gòu)可能無法承擔(dān)外水壓力而出現(xiàn)破壞，為解決這一問題，使用內(nèi)襯鋼管承擔(dān)外、內(nèi)水壓力。經(jīng)復(fù)核計算，棋盤山水庫輸水洞內(nèi)徑φ 3 500 mm，為保證鋼管和原襯砌結(jié)構(gòu)的完整性，考慮鋼襯外回填混凝土，鋼管外徑取φ 3 220 mm。為了保證輸水洞的過水能力，在施工時，將原襯砌結(jié)構(gòu)鑿毛50.0 mm，保證鋼管外壁至原襯砌凈尺寸為140.0 mm，襯砌回填自密實混凝土厚190.0 mm。鋼襯結(jié)構(gòu)圖見圖2。

圖2 鋼管內(nèi)襯示意圖

2.3 方案三，內(nèi)襯聚脲涂層

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)查，棋盤山水庫輸水洞表面平整度較差，蜂窩麻面分布較廣，長期水力沖蝕作用下，襯砌結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，部分區(qū)域存在環(huán)向裂縫。針對環(huán)形裂縫，需采用開槽、灌注環(huán)氧砂漿處理。為了保證對輸水洞的輸水效率，需要對襯砌表面進(jìn)行打磨，襯砌結(jié)構(gòu)混凝土缺損區(qū)域抹涂彈性環(huán)氧砂漿，有滲水的區(qū)域需進(jìn)行堵漏處理。伸縮縫是襯砌結(jié)構(gòu)不可缺少的構(gòu)造措施，伸縮縫質(zhì)量對輸水洞的質(zhì)量影響較大。因此，為了保證伸縮縫質(zhì)量，采用內(nèi)填塞聚氨酯類嵌縫密封料方法，保證結(jié)構(gòu)表面平整；上述工序完成，在輸水洞襯砌表面抹涂聚脲涂層，厚度不小于3.0 mm。

2.4 方案比選

從投資、工期、防滲效果、運(yùn)行影響等因素比較，結(jié)果見表2。

表2 防滲處理方案比選

考慮修復(fù)工程規(guī)模小，安全性要求高，該工程推薦投資小、工期短且不影響運(yùn)行的方案三。

3 防滲維修方案設(shè)計

輸水洞防滲處理應(yīng)按環(huán)向帷幕灌漿、伸縮縫密封處理和聚脲涂層處理的工序進(jìn)行，每道工序完成并經(jīng)檢查合格后，方可進(jìn)行下道工序施工。

3.1 帷幕灌漿

為防止庫水沿洞周山體向下游滲透，在輸水洞樁號0+102 m附近設(shè)置3排環(huán)向灌漿帷幕，形成截水環(huán)。帷幕灌漿孔深12.00 m，孔徑φ 56 mm，交錯布置。灌漿孔排距1.00 m，每排布設(shè)15孔，帷幕灌漿壓力應(yīng)考慮埋深、外水壓力和巖石完整性，初選壓力不超過1 MPa（2～3倍外水壓）進(jìn)行試驗，并通過現(xiàn)場試驗最終確定灌漿壓力。根據(jù)施工中具體情況進(jìn)行調(diào)整，以保證施工質(zhì)量。

單孔擴(kuò)散半徑為1.50 m時，帷幕灌漿環(huán)底各孔搭接情況見圖3，此時環(huán)向孔距為5.72 m，相鄰排灌漿孔環(huán)向間距2.20 m，可保證12.00 m孔深均能形成封閉體系。

圖3 灌漿孔擴(kuò)散范圍圖

3.2 伸縮縫密封處理

輸水洞為鋼筋混凝土襯砌結(jié)構(gòu)，每10.00 m左右設(shè)一道伸縮縫，縫寬約20.0 mm，縫內(nèi)設(shè)止水帶并填塞瀝青木板。經(jīng)過40余年的運(yùn)行，在水流沖刷作用下，縫內(nèi)填充物出現(xiàn)破損。為防止伸縮縫破損影響表面涂層平整度和一體性，須對破損的伸縮縫進(jìn)行修補(bǔ)，填充物缺失的重新填充聚乙烯泡沫塑料板，表面設(shè)聚氨酯類嵌縫密封料，密封料厚度不小于20.0 mm，填充后保持與縫兩側(cè)平整。嵌縫密封料與混凝土面的粘結(jié)力不應(yīng)小于0.2 MPa，最大拉伸強(qiáng)度不應(yīng)小于0.2 MPa，最大伸長率應(yīng)大于200%。

3.3 聚脲涂層處理

工程雙組分聚脲可采用刮涂、涂刷或輥涂的方法施工?？p寬不大于0.2 mm的混凝土裂縫，可在其表面直接涂刷雙組分聚脲進(jìn)行封閉；縫寬大于0.2 mm的混凝上裂縫表面及結(jié)構(gòu)突變處和陰角部位的聚脲涂層，涂層平均厚度宜大于3.0 mm，且應(yīng)在涂層中增設(shè)胎基布。伸縮縫表面的聚脲涂層平均厚度宜大于4.0 mm，且應(yīng)在涂層中增設(shè)胎基布。涂層結(jié)構(gòu)見圖4。

圖4 聚脲涂層結(jié)構(gòu)圖

4 結(jié)語

棋盤山水庫輸水洞存在嚴(yán)重的滲漏現(xiàn)象，影響到水庫效益發(fā)揮，為改善這一現(xiàn)象，需采取防滲治理措施。結(jié)合水庫輸水洞的實際情況，選取3種方案比選分析，采用內(nèi)襯聚脲涂層防滲方案作為推薦方案，該方案在保證防滲效果的同時具備一定的耐久性。在工程設(shè)計中應(yīng)結(jié)合帷幕灌漿工程，保證輸水洞防滲效果，施工過程中需要嚴(yán)格按照施工工藝要求進(jìn)行，保證施工質(zhì)量。