浅谈斗晏水电站水工泄洪隧洞加固处理措施

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1、工程概况

　　斗晏水电站位于江西省寻乌县龙廷乡斗晏村附近，是一座具有发电、防洪、养殖等综合效益的中型水库工程。工程枢纽建筑物包括：混凝土面板堆石坝、溢洪道、水工泄洪放空隧洞、发电引水隧洞、厂房等。坝址以上控制流域面积1714km²，水库总库容0.982×108m³，电站总装机容量为3×12.5Mw，多年平均发电量1.312×108Kw/h.

　　水工泄洪隧洞布置在左岸溢洪道左侧，主要起泄洪、放空和冲砂作用，当枢纽建筑物需要检修时可利用该洞放空库内蓄水，施工期兼做施工导流隧洞。水工泄洪隧洞由进水口、洞身及出水口三部分组成，洞身段全长309.18m，洞径8.0m，其中桩号0+015.00～0+093.87为斜井段，其它部分均为平管段，平管段底坡为4.688‰；洞身沿线均为粗粒似斑状黑云母花岗岩，岩性单一，洞身绝大部分置于弱风化下部～微新岩体之中，整个洞身地质条件较好。原设计隧洞洞身采用250#钢筋混凝土衬砌，除桩号0+102.87～0+142.87洞段衬砌厚度为0.8m厚，双层配筋外。其余洞段衬砌厚度均为0.4m厚，单层配筋。泄洪放空洞出口采用消力戽消能。水工泄洪隧洞从1993年10月开始施工，到1995年元月基本结束。由于水工泄洪隧洞施工工期较紧，管理工作跟不上，加之当时混凝土拌和楼未投入使用，水工泄洪隧洞混凝土施工采用小型的拌和机拌和，导致隧洞洞身衬砌混凝土浇筑质量极不稳定。

　　2、水工泄洪隧洞破坏情况

　　1994年9月1日（工程截流）至1998年9月24日（工程下闸蓄水），水工泄洪隧洞在施工导流期运行了四年整，在此期间通过最大流量为500～600m³/s（泄洪洞设计泄洪量为780m³/s）。下闸蓄水后，进隧洞检查，发现泄洪洞洞身表面冲刷严重，洞身混凝土破坏基本情况如下：

　　在洞身下平洞段（桩号0+142.87～0+279.87）处，因在导流泄洪过流时间长，洞身混凝土及钢筋出现了严重冲刷破坏。洞身拱底部受力钢筋和分布钢筋被拉出，大部分钢筋已变形甚至断裂，拱底部混凝土冲蚀现象特别严重，最大深度达200mm左右。由于钢筋被拉出，洞身左、右两侧腰线以下混凝土保护层大部分被剥落，混凝土保护层已成片缺失。少数环向受力钢筋全部被拉掉，钢筋外混凝土保护层呈环状剥落。

　　3、水工泄洪隧洞施工导流期间冲坑形成原因分析

　　根据施工导流结束后，对水工泄洪隧洞洞身检查及分析，在施工导流期间水工泄洪洞内冲坑形成的原因有以下几点：

　　a检查时采用回弹仪对水工泄洪隧洞冲坑区底板等部位原混凝土进行检测，洞身混凝土的强度指标极不稳定，而且强度偏低。

　　b隧洞进口底板无淤积物，冲坑内充填有块石、卵石等推移质，裸露的底板混凝土面上块石、卵石等似回旋状，冲坑显然受到夹石水流的冲磨。

　　c水工泄洪洞隧在施工导流期间，夹砂（块石、卵石等）水流通过隧洞底板磨损区，水流发生紊乱，推移质撞击磨损面，加速冲坑的形成和发展。

　　d当水工泄洪隧洞混凝土保护层被冲蚀后钢筋出露，高速水流中的树枝、杂草挂在钢筋上，在高速水流的作用下，对钢筋形成很大的拉力，使钢筋变形，并剥落两侧的混凝土保护层，导致水工泄洪隧洞内衬混凝土中布置的钢筋被拉变形、拉断、甚至被拉出。

　　4、水工泄洪隧洞冲坑处理加固设计及专业公司施工

　　考虑泄洪隧洞洞身围岩整体稳定性较好，整条洞身的混凝土损坏程度不同，且绝大多数段损坏深度大于100mm，因地制宜的采用比原设计强度等级高的混凝土并配置钢筋网进行洞身加固较合适，而且混凝土具有较易浇筑与振捣，价格较便宜等优点。

　　4.1水工泄洪隧洞冲坑处理设计

　　加固处理均采用300#细石混凝土，所有浇筑混凝土范围内，设置2000mm×2000mm梅花形布置的Φ20锚杆，锚孔深400mm，锚杆顶端距新混凝土面30mm净距。凡腰线以下部位的加固，重新布置钢筋网。钢筋网架设平整，相邻钢筋高度不相差5mm，钢筋间距误差不大于10mm，所采用钢筋型号与原设计相同。新的环向受力钢筋与原环向受力钢筋焊接，焊接长度大于规范要求。混凝土保护层净距50mm.浇筑时混凝土应振捣密实。拱顶混凝土浇筑应填实，根据需要增加回填灌浆。因泄洪放空洞通过四年时间的导流运行，所以剥蚀破坏区域新老混凝土结合面都要将老混凝土表面凿毛。

　　洞身下平洞段（桩号0+142.87～0+279.87）以腰线为界，上、下半拱分别处理。

　　上半拱受力钢筋被拉出和拉断的地方，将钢筋周围混凝土凿去50mm，形成倒坡型条状凹槽和局部片状凹块，并保证原有钢筋露出足够长的焊接接头，焊接钢筋使其复位后，再浇筑混凝土。

　　下半拱因大部分受力钢筋和分布钢筋被拉出、变形、甚至断裂，混凝土已遭到严重破坏，凿去损坏的混凝土，凿深距混凝土表面150mm.然后再布设钢筋网，焊接钢筋接头，浇筑混凝土。

　　4.2水工泄洪隧洞加固处理施工

　　4.2.1工艺流程

　　清理隧洞内泥砂等杂物→凿毛加固面表层混凝土→布设钢筋网→立模→高压冲洗→加固面表面抹水泥浆→浇筑混凝土→养护→质量检查。

　　4.2.1重要工艺技术要求

　　清理隧洞内泥砂等杂物：水工泄洪隧洞因施工导流已运行四年，洞内沉积有泥砂、块石、卵石等杂物，必须在隧洞加固处理前全部清理干净。

　　凿毛加固面表层混凝土：为确保隧洞新老混凝土结合，老混凝土结合面表层均应进行凿毛处理，隧洞冲坑加固面需凿成深度大于100mm的漏斗状槽，以便布置钢筋网。

　　布设钢筋网：首先根据设计要求布设锚固钢筋，然后用钢丝刷和砂布打磨干净隧洞冲蚀的原混凝土配置钢筋上的锈蚀，并将其复原同新布设的钢筋网接头及锚固钢筋焊接。以便钢筋网片与锚筋和原混凝土内埋筋连成整体。钢筋网铺设在预制的混凝土垫块上，以保证有满足设计要求的保护层厚度。

　　立模：立模采用钢管支架和钢模板，支撑钢管支架并以分级升高方法沿拱底到拱顶逐级布置钢模板。模板上部的开口要保证混凝土可以入仓和振捣。

　　高压冲洗：对隧洞冲坑加固面凿毛打磨后，用高压水冲洗，可避免微细粉粒对新浇筑混凝土的影响，同时可确保浇筑面无杂物。冲洗完毕后，要及时排出基坑内的积水。

　　加固面表面抹水泥浆：隧洞修补加固面表面抹水泥浆可提高新浇筑混凝土的胶结力，同时也可避免因老混凝土表面与新浇筑混凝土因温差而产生裂缝。

　　浇筑混凝土：隧洞加固处理混凝土浇筑全部采用人工入仓和振捣。为保证混凝土浇筑密实，混凝土入仓后内部用振捣棒振捣，同时外部用木锤不停敲击钢模板。局部的小块混凝土不便使用振捣棒，则同时采用钢筋插捣和木锤敲击方法振捣浇筑浇筑混凝土。

　　养护：浇筑完成后采取对钢模板表面洒水降温的方法养护，拆模后要挂草帘或铺塑料薄膜浇水养护保湿，以确保混凝土内外温差小于25℃。

　　质量检查：在隧洞冲坑加固施工过程中按规定严格控制所采用混凝土的强度指标，隧洞冲坑修补加固工程施工共抽取混凝土试样15组，混凝土平均强度为31.7Mpa，离差系数为0.434，满足设计要求。拆模后，检查洞身混凝土面光滑无缺损及蜂窝麻面现象，新老混凝土接口平整。

　　5、水工泄洪隧洞冲坑加固处理效果

　　泄洪隧洞加固处理的施工，由具有国家一级施工资质的水利专业公司承担，1999年6月泄洪隧洞修补加固施工完成后，为检验加固处理效果，泄洪隧洞闸门全开泄洪10分钟，流量达750m3/s，关闸后进洞检查，未发现有混凝土结构被冲坏现象。

　　目前泄洪隧洞经历了六年（1999年～2005年）的运行，每年汛期都开闸泄洪，泄洪流量在542m³/s～745m³/s之间，没发现任何异常现象。2004年4月23日相关技术人员再次进入泄洪洞检查，各加固段洞身混凝土都没有出现冲蚀、剥落和掉块现象，洞身混凝土表面也没有裂缝，洞身平整完好。实践证明，采用较高强度等级的混凝土并配置钢筋网加固修补隧洞冲坑，能够取得象丙乳砂浆等高强度水泥砂浆同样的加固效果，同时还具有方法简单适用等优点。

　　6、结语

　　采取较高强度等级的混凝土无筋浇筑冲坑，起不到修补加固效果。冲坑修补加固应采用有筋修补，专业公司施工。冲坑修补要确定合适浇筑面、基坑直立面切边深度宜大于100mm，基坑宜修凿成深度大于100mm的漏斗状，坑内应布设锚筋、满铺钢筋网片与锚筋和原混凝土埋筋焊接成整体。浇筑基面必须清洗干净彻底。冲坑修补面应严格做到与周边老混凝土面相接平整，尽可能使新老过流面平顺连接，避免产生新的水流阻力。

　　综上所述，笔者认为直接采用较高强度等级的混凝土并配置钢筋网加固处理冲坑不仅仅是可行，而且具有广阔的实用前景，可以加快施工进度、节约投资、也能有效的保证工程质量、不污染环境，具有很大优势。