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摘要:水工隧洞多見于水利水電工程中,主要用于泄洪、引水發(fā)電等,具有較大的使用價值,但由于較多存在隧洞滲水問題,以至于威脅水利工程質(zhì)量及安全。本文首先就水工隧洞滲水問題危害予以概述,分析了水工隧洞常見滲漏原因,其次對常見隧洞滲漏處理方法進行了探討,并提出相關(guān)建議。
關(guān)鍵詞:水利水電工程;水工隧洞;滲水問題
在我國,出于環(huán)境及經(jīng)濟效益考量,較為重視水利水電工程建設(shè),但為了滿足工程內(nèi)建筑過水需求,通常會設(shè)計水工隧洞,而且其功能多樣,分別具有泄洪、導流、引流發(fā)電等功能。但筆者經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn),滲水現(xiàn)象在許多水工隧洞質(zhì)量問題中較為多見,并威脅到其隧洞結(jié)構(gòu)安全。為保證水工隧洞結(jié)構(gòu)安全,基本會采用襯砌技術(shù),但滲漏問題也多發(fā)生在襯砌混凝土結(jié)構(gòu)中,并且還表現(xiàn)出季節(jié)性特點,多雨季節(jié)襯砌結(jié)構(gòu)更易滲水。滲水的發(fā)生,對于水工隧洞會帶來較大危害性,甚至引發(fā)水利工程安全事故。為此,水工隧洞施工應對滲水危害及常見原因進行深入分析,以預防為主,并對襯砌后滲水采取必要處理措施,以維護水利工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
1水工隧洞滲水問題危害
通常而言,以地下水為主的隧洞外部水源會經(jīng)由內(nèi)襯混凝土縫隙而產(chǎn)生滲漏,對水利工程結(jié)構(gòu)的危害性顯著,具體表現(xiàn)為:一是隧洞滲水問題會對滲水路徑范圍內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)帶來持續(xù)傷害,隨著水泥砂漿被沖走,其滲水程度會愈加嚴重,甚至構(gòu)成永久性滲水通道,逐漸從多點少量的滲水,發(fā)展成為較大范圍的滲水,這無疑會降低隧洞混凝土強度,冷縫問題的產(chǎn)生也不可避免,進而威脅到隧洞整體結(jié)構(gòu)安全。二是若在實際投運前,隧洞襯砌即已發(fā)生滲漏,將會加速混凝土的鈣化過程,而且隨著隧洞的使用,在水流沖擊下,鈣化、銹蝕問題將會加劇,使得襯砌混凝土出現(xiàn)破損,危及隧洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。三是滲水,其會使襯砌混凝土中防水材料脫落,主要是膠凝材料會被沖走,加劇隧洞滲水問題。四是內(nèi)水外滲問題,由于在水利工程中,許多隧洞還承擔著輸配水的任務,如若存在嚴重外滲問題,將較大程度地損害隧洞附近的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)等問題。
2水工隧洞常見滲漏原因
2.1水工隧洞滲涌水問題
通常來說,地質(zhì)作用對巖體影響很大,比較常見的作用有地應力和表層風化等,巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很容易遭到破壞,出現(xiàn)斷層、裂縫和破碎等情況,與此同時,巖體遭到破壞的部位容易出現(xiàn)大量水源或者便于水源進出。在進行隧洞開挖時,通常需要進行爆破工作,在此過程中部分巖體會遭到破壞,產(chǎn)生排水通道,然后會有大量的地下水向外排放,在此基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生滲涌水。由此可知,在進行隧洞開挖時,經(jīng)常會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象(主要為洞壁)。地下水的分布位置、含量和供給程度等有著明顯不同,裂縫程度也各有不同,洞壁滲水涉及的區(qū)域有單點型和片狀型,滲水量不大時主要表現(xiàn)為點狀,水量供給充足時會產(chǎn)生較大的滲水量,此時主要為涌水或者淋水狀態(tài),某些特殊地層還會產(chǎn)生巖溶管道水;滲水量還會受到季節(jié)變化的影響,變化幅度明顯。
2.2襯砌混凝土設(shè)計問題
不同工況對應的襯砌混凝土也是各有不同,比如說水工隧洞對應混凝土強度一般超過C20,因此在實際施工時,相關(guān)人員一定要結(jié)合實際工況,選擇合適的混凝土防滲等級。變形縫主要應用于地質(zhì)變化位置,施工縫則應用于其他施工位置。當涉及變形縫時,通常會用到銅片止水板;而涉及變形縫時,一般會用到膨脹止水條。在完成隧道開挖工作以后,為了保證后續(xù)工作的順利進行,通常需要處理洞壁滲水問題,防排水結(jié)構(gòu)是比較常見的應對措施,主要將其設(shè)置在襯砌混凝土外,防滲水效果顯著。然而當涉及水利水電工程時,考慮到成本因素,很多施工人員沒有對滲水情況引起重視,很多位置沒有采取防滲水措施,通常利用導水管來進行引排處理,完成混凝土襯砌以后,還需要進行堵水處理,130UrbanismandArchitecture比較常見的方法有固結(jié)灌漿和回填灌漿,為了保證施工質(zhì)量,一定要做好監(jiān)管工作,避免洞內(nèi)滲水過多,影響隧道的正常使用。
2.3襯砌后混凝土滲水原因
在水工隧洞工程中,滲水問題也常見于襯砌混凝土施工中,主要內(nèi)容有以下幾點。第一,埋管引排處理不當,首先,在對一些滲涌水(條帶狀等)進行處理時,很容易受澆筑及鋼筋安裝作業(yè)的影響,導致定位不精確;其次,施工單位沒有對排水工作引起重視;最后,很多監(jiān)管人員在施工過程中沒有盡到自己的責任和義務,綜合素質(zhì)有待提高。第二,新澆混凝土防水性能不佳。如果襯砌混凝土強度不達標,則很難保證其防滲水性,同時在實際工程中防水措施落實不到位,引排水管安放位置不當,澆筑混凝土會影響正常的排泄工作,導致壓力增加,相當一部分水泥砂漿會流失,如果不及時處理就會導致施工縫面處產(chǎn)生排水通道,增加滲水量,影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第三,襯砌結(jié)構(gòu)施工縫、變形縫滲漏。為確保水工隧洞質(zhì)量安全,對其施工與設(shè)計有著嚴格規(guī)范要求,尤其是在隧洞防水方面,而常用的施工縫止水方法,主要是利用止水條。通常在隧洞施工中,止水條的安裝一般是在完成先澆塊施工后,需通過人工方式形成切槽,利用止水條遇水膨脹的特性,可實現(xiàn)施工縫的有效封堵,之后還需進行后澆塊施工。但該方法,在水工隧洞內(nèi)施工效果往往低于預期,其原因在于切槽處混凝土需2~3d方可達到要求強度(10MPa),而受到隧洞實際施工條件限制,由于采用的是隧洞內(nèi)后退澆筑的方式,很難為混凝土留出相應時長的凝固期,此時若繼續(xù)安裝止水條,其防滲止水效果必然受損。而且在無法有效固定止水條的情況下,受后澆塊施工影響,還可使止水條產(chǎn)生位移。對隧洞襯砌混凝土施工縫中鋼筋,通常會借助于木方拼裝的方式予以處理,但很難保證止水條切槽處平整性。此外,作為混凝土結(jié)構(gòu),隧洞襯砌在施工后也必然存在較多縫隙,單憑止水條,無法做到完全預防隧洞滲漏問題。
3水工隧洞滲漏處理措施及建議
3.1回填及固結(jié)灌漿處理效果分析
對于襯砌結(jié)構(gòu)滲水問題的處理,較為理想的狀況,便是可通過回填及固結(jié)灌漿加以處理,而同時這也是隧洞襯砌施工后的必備環(huán)節(jié)。通常是在已發(fā)現(xiàn)滲漏的位置,利用灌漿孔來實現(xiàn)隧洞滲漏的封堵,如果仍未達到防水效果,還可借助化學灌漿的方式,然而經(jīng)許多水利工程調(diào)研表明,回填及固結(jié)灌漿處理往往達不到預期。其技術(shù)要求為:合理布置灌漿孔,環(huán)距應平均分布,間排距通常為3m,而且在各環(huán)內(nèi)灌漿孔應為梅花形,還要控制好孔位的偏差,同時,漿液的選擇應僅選用水泥材料,而且在灌漿時,壓力也不宜過大,一般要控制在0.3~0.5MPa,但受灌漿壓力限制,很難達到較好的堵水效果。同時,水工隧洞內(nèi)回填灌漿的耗費成本較高,而且對于灌漿施工技術(shù)要求頗高,該項施工內(nèi)容具有隱蔽性,許多灌漿施工缺乏有效監(jiān)管,有的施工未掌握隧洞灌漿施工技術(shù),容易造成灌漿質(zhì)量不達標。此外,若存在片狀滲水的情況,如若仍選用上述灌漿方法,將會因打孔范圍過大,而危害隧洞內(nèi)襯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
3.2滲涌水問題處理措施
由上述分析可知,回填及固結(jié)灌漿方法并不能保證水工隧洞完全防滲效果,如果經(jīng)回填及固結(jié)灌漿處理,依然存在滲漏問題,那么可將其視為質(zhì)量問題,應由水工隧洞施工隊伍加以整改,但若合同中未明確施工變更要求,且業(yè)主方不出資,很容易造成隧洞滲漏問題糾紛。在實際水工隧洞工程中,應結(jié)合滲水問題特點,在較為嚴重的情況下應采取灌注漿液的方式,主要是利用純水泥材料,而對于較小的滲漏問題,使用化學灌漿方法便可取得較好效果。此外,對于襯砌結(jié)構(gòu)中縫面滲水問題,為達到堵水效果,通常也是采用鉆孔灌漿的方式,其鉆孔主要是分布在滲水裂縫的兩側(cè),最后還要處理好襯砌結(jié)構(gòu)裂縫表面,如環(huán)氧砂漿。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),化學灌漿的方法對于單點少量滲水點有較好的止水效果,但整體成本較高,尤其是在出現(xiàn)片狀、線狀滲水情況下,盡管耗費巨大,但滲水問題也得不到完全解決,所以通常要求在完成隧洞襯砌結(jié)構(gòu)澆筑前,便處理好洞壁滲水問題,這樣可以起到較好效果。
3.3相關(guān)建議
經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),只有切實保障隧洞襯砌混凝土施工質(zhì)量,才能從根本上控制隧洞滲水問題發(fā)生。具體要求如下:一是要將防排水設(shè)計放在水工隧洞施工設(shè)計的關(guān)鍵位置,從水工隧洞的開挖到襯砌施工,均應有效解決好滲水問題。在保證襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)上,制定可行性高的防排水措施,要結(jié)合隧洞實際情況,分析其滲水的可能性,并制定針對性的隧洞防水設(shè)計,減少灌漿堵水等成本消耗。二是要求防排結(jié)合,在實際水工隧洞工程中,通常要求設(shè)計排水系統(tǒng),主要設(shè)于隧洞的下方位置,同時還要采取防水以及滲水匯排設(shè)計,主要是借助排水板實現(xiàn)。但由于防水板會對襯砌混凝土施工效果產(chǎn)生一定影響,通常要求其設(shè)于滲水部位,這并不會對襯砌混凝土與基巖膠結(jié)牢固性帶來不利影響,主要是因為滲漏本身會對其有所影響。三是膨脹止水帶并不適用于所有水工隧洞,尤其是對于輸水型隧洞,往往達不到應有的止水效果,為此可替換為橡膠止水帶,但要注意予以有效固定。四是應當完善隧洞設(shè)計相關(guān)規(guī)范,尤其是對隧洞防排水的相關(guān)內(nèi)容,嚴格開展隧洞地質(zhì)及環(huán)境勘查,優(yōu)化襯砌施工方案,并著重做好防排水施工,確保水工隧洞免受滲水危害。
4結(jié)語
綜上所述,水工隧洞的特點決定了在隧洞開挖以及襯砌施工后,均會有較多滲水問題發(fā)生,進而危及隧洞結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。為此要重視水工隧洞防滲設(shè)計及施工,盡可能在襯砌前完成對洞壁滲水問題的處理,對于襯砌后滲水問題,應采取積極的治理措施,善用回填、固結(jié)灌漿、化學灌漿等方法,使隧洞達到基本驗收條件,提高水利工程整體質(zhì)量。
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作者:鄒海峰 單位:南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南分局