地下水影响隧洞衬砌混凝土质量成因分析及解决方案.pdf

地下水影响隧洞衬砌混凝土质量成因分析及解决方案 李桐 宇 陈业广 郎秀艳 ( 1 _ 辽宁水利土木工程咨询有限公司 辽宁沈阳1 1 0 1 6 6 2 辽阳县水务局辽 宁辽 阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要 通过对大伙房输水工程二段输水 隧洞地 下水影响衬砌混凝土质量 的成 因分析 ， 提 出有针对性的 解决方案， 以提高混凝土的耐久性， 保障工程安全运行。 关键词 地下水； 隧洞衬砌混凝土； 施工质量； 影响成因 中图分类号：T V 5 5 4 文献标识码： A 1工 程概 况 大 伙房输 水工 程二段 输水 隧洞全 长 1 3 0 8 8 k m，其 中钻爆法施工段长 1 0 0 9 5 k in， T B M施工段长 2 9 9 3 k in 。 隧洞需要进行全断面 混凝土衬砌的长度有 1 1 5 3 9 k m，其施工质量 的好坏直接关系到本工程的耐久性及运行安 全 。 目前 该 段 衬 砌 混 凝 土 已 累 计 完 成 约 1 6 k in， 从其外观质量效果看， 除了存在常见的 气泡、 局部麻面等质量通病外 ， 还出现了诸多 细微裂 缝 ， 且有地 下水从 裂缝 ( 包括施 工缝 ) 中渗出导致混凝土表面泛 白等现象，影响了 衬 砌混凝 土的施 工质量 。 2地下水成 因分析 二段输水隧洞地下水的赋存条件及分布 情况主要受气象、 地形地貌、 岩性及构造等因 素影响。大气降水是该段隧洞地下水的主要 补 给来源 ，对其 丰枯程度及 动态变化起 控制 作用； 同时 ， 地表水是另一重要补给源。浅部 岩体由于受构造作用切割 ， 促成构造裂隙与 风 化裂隙 的连通 ， 构成 了较 强的含水介 质 ， 是 地下水获得 渗水补给 和赋存 的场所 。而深部 岩体结构 面多微张 闭合 ， 透水性微 弱 ， 一般 含水贫乏。 按地下水赋存条件与含水层的空隙性 质 ，将二段工程 区 内地下水 划分为松散 岩类 孔隙潜水 、 裂隙水和岩溶水三类： ( 1 ) 松散岩类孔隙潜水 ： 主要分布于浑江 、 富尔 江 、 苏子河 、 浑河 、 清河河 谷及 支流谷地 。 河谷平 原的松散岩类 孔隙潜水含水层 具有 冲 积成因特点， 主侧流分相明显， 堆积颗粒粗 ， 其 厚度 向下游有递增之势 ； 竖直方向具有双层结 构特点 ， 即表层为粘性土 ， 向下为砂砾石层 ， 并 与地表水关系密切。 ( 2 ) 裂隙水 ： 包括风化裂隙水 、 基岩裂隙水 和构造裂隙水 。 风化裂隙水： 分布在风化裂隙中且多数 为层状裂隙水， 主要受大气降水补给， 有明显 的随季节变化 而循 环交替性 。由于风化裂 隙 彼此相连通 ， 在一定范 围内形成相互连通的地 下水体 ， 水平方 向透水性均匀 ， 竖直方 向随深 度 而减弱 ， 多属 潜水 ， 局部也 存在 上层滞 水 。 当风化壳上部的覆盖层透水性很差时， 其下部 的裂隙带有一定的承压性。 基岩裂隙水： 主要赋存于成岩裂隙及碎 屑岩类裂隙中。当成岩裂隙的岩层出露地表 时， 常赋存成岩裂隙潜水。本区岩浆岩分布较 广 ， 其裂隙水较为发育 ， 裂隙均匀密集 ， 张开性 好 ， 贯穿连通 ， 常形成贮水丰富 、 导水畅通的潜 水含水层 ， 且多呈层状 分布 ， 在一定 范围 内相 互连通 ， 广泛分布于洞线区的各岩层中。 含水层岩组包括侏罗系果松组、小东沟 组、白垩系小南沟组；岩层构成分为砂岩 、 页 岩、 安山岩、 凝灰岩等， 分布于中生代盆地内的 低山丘陵区 。 岩组 内多发 育 NE向和 N W 向两 组构造 裂隙 ，节理裂 隙风化带厚度 一般小 于 5 0 m， 接受降水补给 。 构造裂隙水 ： 赋存 于断裂带 中 ， 包括 断 层构造带及影响带、 岩体节理裂隙等。其赋存 规模直接受岩体破碎程度影响 ，流量差异很 大 ， 一般随季节 、 地形地貌 、 岩 性 ， 以及断裂 的 性 质 、 规模 、 组成 物质 、 形状 等的变化而变化 ， 主要靠大气降水补给。 少数断裂带存在深循环 或呈封闭状态 ， 具有 承压性 ； 多数 断裂带透水 性 与富水性微弱 。 由于穿越洞线区构造多为压 性或压扭性， 故不具备稍大型储存地下水的条 件， 多为小型地下水储存场所。 ( 3 ) 岩溶水 ： 林 家沟组硅质 条带大理岩 是 岩溶水赋存的主要区段。该洞段较短， 且所含 地下水 一般 为水量贫乏 的岩溶裂隙水。 另据调 查 ， 地面尚未发现岩溶现象 。 因此 ， 该洞段岩溶 裂隙水不发育 。 经 现场察看和分析 ，二段 隧洞开挖完 成 后 ， 洞内地下水主要表现为涌水、 淋渗水， 其中 淋渗水一般为线流状态、 滴水等状态。 3混凝土裂缝渗水成因分析及解决 方案 3 1裂缝渗水成 因分析 已完成混凝土衬砌的隧洞段 ， 除了因温度 应力 引起 的裂缝外 ， 因地下水作用引起的裂缝 也占有较大比例， 其主要成因分析如下： ( 1 ) 在 较大的地下水作 用下 ， 由于混凝 土 浇筑时地下水已掺入到其中， 导致水灰比 发生 投资费用 从 投资费用上对 比两种取水 形式 ，浮船 式 泵站取水建筑工程费用 为 6 3 8 6万元 ， 机电 设 备 安装 工 程为 1 7 2 9 4 3万元 ，合 计 约 2 3 6 8 0 3万元 。竖井式泵站取水建筑工程费用 为 2 5 9 0 6 6万 元 ，机 电 设 备 安 装 工 程 为 1 0 3 7 1 3万元 ， 合计约 3 6 2 7 7 9万元 。 综合 比较 浮船式比竖井式泵站直接费少 1 2 5 9 7 6 万元， 浮船式取水方案较为经济。 结合以上两方案技术经济比较结论 ， 虽 浮船式泵站方案主副厂房必须分区布置 、 但 泵站操控运行为 自动化设计，减小了运行管 理强度 ， 仅有船体维护这唯一缺点。相比竖井 方案 ， 浮船方案 在土建工程量 、 施工安装便利 性、 投资费用上优势明显， 因此推荐浮船式泵 站取水方案 。 4结语 综上所述， 南沟门水库取水口选在水库库 内距坝址 3 5 k m葫芦河左岸史家河村附近 ， 并 采用浮船式泵站 取水 ， 不仅投 资费用上经济 ， 而且管理运行方 便 ， 工程布 置相对简单 ， 施 工 便利， 施工工期短。陕西水利 ( 责 任 编 辑 ： 唐红云 ) 变化， 不但影响混凝土的强度， 且从其薄弱 处 渗出而造成裂缝 。 ( 2 )较高压力的地下水容易在混凝土 未初凝时对其产生劈裂直至裂缝，导致开 裂渗水。 ( 3 ) 由于承压水 的作 用 ， 如果混凝 土的 预埋排水孔失效 ， 在其压力超过混凝土承 载力时 ， 引起破坏产生裂缝 。 ( 4 ) 混凝土开裂后 ， 地下 水在裂缝处 与 其 中的 C a O反 应 ， 生 成 C a ( OH ) 被 随水带 出 ， C a( OH ) 与 空 气 中 的 CO 反 应 生 成 C a C 0 晶体，沉积在裂缝表面或者内部 ， 并 沿着衬 砌混凝 土的边 顶拱表 面 向下 流动 ， 影响其耐久性和外观质量。 3 2 解决方案 ( 1 ) 灌浆 隧洞混凝土衬砌前 ，根据 地下水 的成 因类型分别对地下水丰富洞段进行阻水灌 浆 和固结灌浆处理 ： 当为松散岩类孔隙潜水、风化裂隙 水时， 由于受地表水的直接补给， 一般对地 表 的环境 影响较大 ，开挖后应尽快进 行阻 水灌浆 。 当为构造裂隙水时， 由于水量较大， 影响施工， 也应及时进行阻水灌浆。 当为基岩裂隙水时，应经排放一定 时间， 水量减少时再进行固结水灌浆。 ( 2 ) 设置排水孔 一 般情况下 ，节理裂 隙较发育洞段在 经过阻水灌浆、 固结灌浆处理后， 隧洞滴渗 水将大幅度减少直 至基本 消除 ，在衬砌混 凝土施工时无需设置排水孔 。但下列情况 需要设置 ： 育， 可灌性较差； 在类、 a 类围岩洞段 ， 因局部存在单点 渗漏水 情况。这两种 情况 的洞段 ，即使经过灌浆 处理也很难 消除滴 渗水， 仍会存在一定范围内的滴水状态。 对此， 应采用防水板和 n型管联合排 水方式，将其集中引排至一模衬砌混凝土 的侧面， 拆除模板后立即施作排水孔， 并做 好反滤处理 。 当基岩裂隙水在衬砌前减少至停止 流出时， 无需进行灌浆处理， 但也应在该段 混凝 土衬砌后 打设排水孔 。 4施工缝渗漏水成 因分析及解决 方案 4 1 施工缝渗水对混凝土的影响 主要表现 为在其施 工缝及周边 出现水 印， 或者出现泛白现象， 引起隧洞洞壁后方 的冲填物随渗漏水流出，引起施工缝被冲 刷破坏 。 4 2 施工缝渗漏水成因分析 设计施工 图图示在前 一模混凝土 浇筑 时 ， 在端部设 置 一条 宽 3 0 m m、 深 1 0 mm的 止水条预留槽，待浇筑下一模混凝土前安 装橡胶止水条，橡胶止水条遇水膨胀起到 止水效果。预留槽构造见图 1 示。 实际施工过程中，部分安装止水条的 施工缝仍存在渗漏水 ， 其成因分析如下： 在b 类围岩洞段， 因节理相对不发 图 1 止水条预留槽示意图 表 1 橡胶止水条膨胀率试 验统计表 ( 1 ) 膨胀率分布不均匀 或膨胀 时间长 为了验证橡胶止水条膨胀的均匀程度 和膨胀时间 ，在 1 5 #支洞取 3段各 1 0 m长 采用完全泡水法试验， 其结果见表 1 示。 通过试验 ， 止水条( 端部除外) 1 2 h 膨胀 1 1 0 左右 ， 2 4 h膨 胀 1 2 0 左 右 ， 4 9 h膨 胀 1 3 0 左右 ， 6 0 h膨胀 1 4 0 左右。经过一周 后 的橡 胶止水条基本达到 了预计 的膨胀效 果 ， 膨胀率达到 2 2 0 左 右。 由于是室 内试验 ，止水条完全 浸泡在 水里 ， 经过一周左右达到了预计膨胀率。现 场施工缝中的水量未达到室内试验的边界 条件 ， 完全膨胀需要更长的时间 ， 这 与混 凝 土 的强度上升不 相适应 ，造成混凝土一定 的强度损失，在施工后短期 内施工缝存在 渗水现象 ， 影响耐久性。 另外 ，其端部遇水 不膨 胀或膨胀率较 低 ， 在安装 时未除掉 ， 从 而导致了该部位 止 水条不能完全填充施工缝处 预留的止水条 槽而形成渗漏通 道。 ( 2 ) 现场安装时机不规范 实际施工 中发现 ，有 的在安装止水条 后间隔 了几天 、甚至更长 时间才浇筑下一 模 混凝 土 ， 期间止水条 已经膨胀 ， 达不到预 期 的膨胀止水效果 。 4 3 解决方案 ( 1 ) 止水条表面涂抹缓胀剂 在止水条外表面涂抹 S R缓胀剂并密 封保存，其延时膨胀时间 8 h 1 0 h ，且 7 天 的膨胀率不 大于最终膨胀率 的 6 0 。在 新一模混凝 土浇筑前严防被水浸泡并 予以 安装， 混凝土浇筑完成且达到 7 天强度后 ， 止水条 开始延 时膨胀 ， 大约 2 O天 3 0天后 起到止水效果。具体形式见图2 示。 O h l h 2 h 3 h 1 2 h 2 4 h 4 9 h 6 0 h 项 目 断面 高 m m 宽 m m 膨胀率 膨胀率 膨胀率 膨胀率 膨胀率 膨胀率 膨胀率 断面 1 3 0 8 4 2 0 - 3 3 1 0 4 2 3 1 0 3 1 7 1 0 3 7 0 l 1 4 9 3 1 2 4 8 9 l 3 6 5 0 1 4 7 9 l 试件 1 断面 2 3 0 9 6 2 0 6 6 1 0 1 0 4 1 0 1 1 3 1 O 0 4 7 l 1 2 5 5 1 2 0 5 5 1 3 7 4 9 1 4 6 9 9 断面 2 3 0 4 9 2 0 3 8 1 0 3 4 7 1 0 3 7 0 1 0 6 4 2 l l 5 8 9 1 2 8 2 2 1 4 5 7 1 1 5 1 2 0 平 均 3 0 7 6 2 0 4 6 1 0 2 9 0 1 0 2 6 6 1 O 3 5 0 1 1 4 4 5 1 2 4 5 1 1 3 9 8 7 1 4 8 7 0 断面 1 3 1 -3 6 1 9 7 2 l 0 2 9 0 l 0 5 3 2 1 0 3 9 1 1 1 5 04 l 1 5 8 8 1 2 0 5 7 1 3 2 5 8 试件 2 断面 2 3 1 6 6 1 9 9 5 1 O 3 7 9 1 0 4 9 5 1 O 5 3 5 1 O 9 5 8 】 1 2 4 3 】 1 7 6 6 1 2 1 1 7 断面 2 3 2 6 2 2 0 5 7 1 O 2 6 9 1 O 2 1 7 9 8 5 5 1 0 1 1 0 1 0 4 6 2 1 l 1 3 7 1 1 8 1 2 平均 3 1 8 8 2 0 0 8 1 0 3 1 2 1 0 4 1 3 1 0 2 5 5 1 0 8 4 0 1 1 0 8 5 1 1 6 4 4 1 2 3 8 0 断面 1 3 0 - 3 1 2 0 5 1 1 0 0 9 2 1 0 2 5 1 1 0 5 O 6 l 1 5 - 3 3 1 2 5 7 8 1 4 4 1 7 l 5 4 7 9 试件 3 断面 2 3 0 1 4 2 0 4 2 1 0 2 - 3 2 1 O 3 7 8 1 04 6 6 l 1 5 5 0 l 2 4 9 O 1 4 3 6 3 l 5 3 8 4 断面 2 3 0 5 7 2 0 39 1 0 7 7 1 1 0 3 2 3 1 0 4 8 4 l l 6 4 2 1 2 8 9 l 1 4 2 6 8 1 4 8 6 6 平均 3 0 3 4 2 0 4 4 1 0 3 6 4 1 0 3 1 7 1 0 4 - 8 5 l 1 5 7 5 l 2 6 5 3 1 4 3 4 9 1 5 2 4 l 总平均 3 0 9 9 2 0 3 3 1 0 3 _ 2 2 1 0 3 3 1 1 0 3 6 l 1 1 2 8 2 l 2 0 4 9 1 3 2 9 3 1 4 1 2 9 注 ： 以上数据未计算长度 对膨胀 率的影 响。 o C ) - 、 o 1引言 引汉济渭工程秦岭隧洞0 - 1 号洞工程 滞后原因分析及对策研究 秦涛 ( 陕西省引汉济渭工程建设有限公司 陕西 西安7 1 0 0 1 0 ) 摘要本文针对秦岭山区岩体地质条件以及引汉济渭工程秦岭隧洞 0 1号主洞勘测设计成果，从正 常的施工角度出发， 探讨影响 0 一l号主洞正常开挖的主要因素， 研究制定保证施工安全和进度 的措施。最后从实施效果来看， 提高了施工安全和进度， 说明采取的措施是切实可行的， 也为同 类工程建设提供 了一定 的参考价 值。 关键词 秦岭隧洞： 工程： 围岩： 涌水： 排水 中图分类号 ： T U 7 2 文献标识码 ： B 目前，世界单项长度第一的隧洞为芬兰 赫尔辛 基凋水工 程隧洞 ， 总长 1 2 0 k m， 其最 大 埋深仅 1 0 0 m；世界单项埋深最大 的隧洞 是锦 屏二级 引水隧洞 ， 最大埋 深 2 5 2 5 m， 但其长 度 仅 l 6 7 k m 。 经论证， 引汉济渭工程的秦岭输水 隧洞以长度和埋深的施工难度综合排名世界 第一 。 根据设计勘测成果，秦岭隧洞区位于秦 岭 褶皱系 ， 地 质条件极其 复杂 ， 断裂构造 极其 发 育 。 隧洞 共 通过 3条 区域性 断 裂 ，宽 度 l 7 0 m 1 9 0 m不等 ，通过 4条次一级断层和 3 3 条区域性一般断层， 其设计及施工难度极大。 秦岭隧? 同 区水文地质条件复杂，共通过贫水 区、 弱富水区、 中等富水区和强富水区四个水 文地质单 元。 其中中等富水区长度 3 0 6 8 0 m， 强 富水区长度 8 2 2 5 m， 0 一 l 号勘探试 验洞均位 于 强富水区。 此外 ，预测 秦岭隧洞施 工中可 能会 出现 高地应力条件下的岩爆、 高地温及热害、 局部 高地应力 条件下 的软岩塑性 ( 主要是断层破碎 带 、 炭 质千枚 岩及 炭质片岩 等 ) 变形 、 围岩 失 稳、 突涌( 泥) 水 、 有害气体等各种地质灾害。 2秦岭隧洞 0 1号洞概况 秦岭 隧 洞 0 - l号 洞 包 括 O 一 1号施 工 支 洞 ， 斜 长 1 5 2 1 m， 秦岭隧洞 ( 越岭段 ) 主洞设计 里程 K1 2 + 9 0 0K1 6 + 9 3 4 2 2 6段 ，长 4 0 3 4 m， 其中由 O 一 1 号施工支洞洞底向上 、下游方向 的施工长度分别为 1 0 5 0 m和 2 9 8 4 m。 0 - 1号施 工 支洞 口位于佛坪 县石墩河 乡小 郭家坝 蒲河 右岸 山坡 ， 与主洞交 汇里程 为 K 1 3 + 9 5 0 ， 此段 属于秦岭岭南中低山区， 地形起伏较大。主洞 设 计 里 程 为 K1 3 + 9 0 0 0 0 0KI 6 + 9 3 4 2 2 6 ， 工 程长度为 3 0 3 4 2 2 6 m ，纵坡比降为 1 2 5 2 7 ， 马 蹄 形断面 ，断 面尺 寸为 6 7 6 mx 6 7 6 m ( 宽 高 ) 。 支洞 采 用 圆拱 直 墙 断 面 ，成 洞 尺 寸 5 2 m6 0 m，按单 车道加错 车道设 计 ，每隔 2 0 0 m设 2 0 m长错车道 ，支洞洞口底板高程 6 9 4 9 6 6 m， 综合纵坡 1 0 4 4 。 3进度滞后原 因分析 3 1围岩情况复杂 ， 影响进度 上半年共完成隧洞开挖 3 9 7 m，原设计为 类类围岩。在施工过程中， 局部段落围岩破 碎、 稳定性差， 为确保施工安全， 对该段落支护 参数进行 了调整 。其 中类变类围岩 7次 ， 类变 类加强 2次 ， 支护调整长度 占原设计 长度 的 3 2 。由于 围岩的变化 ， 局部破碎段在 爆破过程中， 爆破产生的能量释放不均匀， 造 成掌子面局部位置存在欠挖， 从而增加了补炮 次数 ， 增加了机械、 人工排险的难度。由于、 类围岩开挖轮廓存在较大差异， 调整支护参 数后， 需要对原开挖轮廓进行二次测量、 扩挖、 出碴、 排险， 工序的增加， 使得每个循环施工时 间也随之大大增加。在喷护过程中， 需要将二 次扩挖超挖部位喷平 ， 极大延长了喷护时间。 I l l=三 三 I 图 2 止 水条涂抹 缓胀剂构造示意 图 ( 2 ) 规范化安装止水条 拆除第一模混凝土后立即对预留槽进行 打磨、 清理处理， 在第二模混凝土浇筑前安装 止水条 ， 采 用高强混凝 土射钉 固定 ， 使 其与预 留槽内混凝土紧密粘 贴。 ( 3 ) 部分洞段 进行注浆 对经预先处理仍有渗漏水的施工缝 ( 包 括其他渗水裂缝)采用双组分聚硫橡胶密封 膏 、 S H外掺剂 、环 氧砂浆 等防水材料 ，按剔 缝一埋管封 缝一注浆一封 孔的施工程 序来实 施。具体布置详见图 3 示。 一； 中 1 环鬟浆 卫囊麓糍封臂 3 爨较 强疆土村硝 5 l 州f 1 铺 拄臀 图 3 渗水缝注浆布置示意图 5结论 地下水 对隧洞衬砌混 凝土 的施工 质量影 响很 大 ， 也影响混凝 土的耐久性和外 观质量 。 当在开挖过程 中洞 室出现涌水 、 线 流 、 大面 积 淋渗水时， 应在衬砌前及时进行阻水灌浆和固 结灌浆处理。 在规范使用橡胶止水条及采取渗漏水缝 注浆处理后 ， 达到了预期的止水效果， 提高了 混凝土 的耐 久性 ，工程 运行安全得 到进一步 保障。陕西 水利 ( 责 任 编 辑 ： 唐红云 )