察尔森泄洪发电洞漏水分析及加固措施

2015-11-01徐少国宋玉波徐庭馨

东北水利水电 2015年12期

关键词：洞身泄洪洞台车

徐少国，宋玉波，徐庭馨

（1.松辽委察尔森水库管理局，内蒙古乌兰浩特137400；2.浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310000）

察尔森泄洪发电洞漏水分析及加固措施

徐少国1，宋玉波1，徐庭馨2

（1.松辽委察尔森水库管理局，内蒙古乌兰浩特137400；2.浙江省水利水电勘测设计院，浙江杭州 310000）

察尔森水库泄洪洞是泄洪与发电两洞合一的隧道，经历年的洞身检查发现有多处漏水，这种透水现象对于隧洞的运行安全极其不利，需要进行加固。加固方法是采用拆除喷锚加固段及其钢筋混凝土底拱，全部进行钢筋混凝土衬砌加固，对围岩进行固结灌浆，使围岩的透水通道得以封闭，确保泄洪洞安全运行，保证水库工程综合能力的发挥不受影响。

漏水分析；加固设计；察尔森水库泄洪洞

1　概况

察尔森水库泄洪洞采用二洞合一的隧洞，主洞的作用是灌溉输水，辅助泄洪、放空水库和施工导流；支洞的作用是发电输水。

进水口由引渠、洞脸、喇叭口、闸前方洞段、竖井、检修平台和启闭平台组成，进水口引渠轴线距坝上游坡脚约65m，洞身的起止桩号为0+ 038.00～0+430.0m。

主洞洞长430m，采用两种衬砌型式：混凝土衬砌段直径6m，衬砌厚度55cm；喷锚段直径6.7 m，喷混凝土厚15cm。洞进口设竖井式闸门井，底部高程336.0m，井内设平板事故门一道。出口闸室底部高程335.0m，内设弧形工作门一道，闸下游用挑流消能，最大泄流量为326m3/s。泄洪隧洞桩号0+268.11m处为发电引水支洞起点，该点支洞中心高程338.394m，支洞长51.5m，圆形断面，直径5m，洞身为钢筋混凝土衬砌。

泄洪洞出口段的起止桩号为0+430.00～0+ 464.50m，其中，桩号0+430.00～0+446.00m为出口高压闸室，孔口为5m×4m，设弧形钢闸门一道，闸室底高程335.0m，上设启闭机室。泄洪洞出口采用挑流消能，0+446.00～0+464.50m为扩散挑流段，U型槽结构，底宽由5m渐变到9m，0+446.0～0+ 452.417m段底坡为1∶7.95，挑坎顶高程为335.60m，反弧半径为24m，反弧中心角为28°08′，挑射角为21°。桩号0+464.50m以后为预挖冲刷坑，与尾水渠相连。泄洪洞洞身的衬砌形式见表1。

表1　泄洪洞洞身的衬砌形式

泄洪洞布置在右岸山坡上，右岸山顶高程为500m，泄洪洞所经岩层主要有碎屑凝灰岩、凝灰集块岩及凝灰岩。岩石全风化厚度2～3.5m，局部地段半风化厚度2.5～6m，最厚为9.6m，有四条与洞线斜交的破碎带，由断层泥及角砾岩块组成，宽度0.2～1.5m，影响带宽度一般1～4m，最宽为6～8m。节理由泥和岩屑充填。

2　洞身存在的问题

根据察尔森水库管理局对洞身历次检查情况，泄洪洞存在如下问题：钢筋混凝土衬砌段存在内壁混凝土老化、碳化、剥蚀、露筋，并存在严重的漏水现象，漏水部位主要有4处，均为钢筋混凝土衬砌与喷锚衬砌段结合处。

洞身原喷混凝土段多处存在剥落、破损现象，钢筋混凝土衬砌段破损现象较喷混凝土段少，说明采用喷混凝土衬砌的结构耐久性不如钢筋混凝土衬砌。另外泄洪洞为1级建筑物，洞内过水流速又较大，设计工况泄洪洞泄流量为318.8m3/s，校核工况泄洪洞泄量为325.6m3/s。相应设计工况泄洪洞过水流速为9.05m/s，校核工况泄洪洞过水流速为9.24m/s，根据《水工隧洞设计规范》，喷混凝土支护隧洞的过水流速不宜大于8m/s，因此，现状泄洪洞洞身衬砌不满足规范要求。为了使泄洪洞具有很好的耐久性和抗冲刷能力，保证汛期泄洪安全和灌溉供水，需对水库泄洪洞洞身进行加固处理。

3　洞身漏水情况分析

在历次泄洪洞检查时均发现，在桩号0+226 m，0+278m，0+326m，和发电支洞0+030m处，存在严重的漏水现象，漏水量随着上游检修门关闭持续的时间而减少，一般在检修门关闭的当天漏水量可达0.2m3/s左右，10d后漏水量逐渐下降，但并没有停止。根据洞身的漏水情况，说明洞与围岩有透水通道，在洞内充满压力水的情况下，受上游库水位的作用，洞水沿透水通道充满岩石裂隙，待上游检修门关闭时，裂隙中的水在重力作用又由透水通道回流到洞里来，因此洞室工程安全存在严重的隐患。由于围岩与洞室有4条斜交的破碎带，如果填充物被渗透压力击穿，就要形成对外的透水通道，目前还不能判断与外界是否连通，如果与外界存在透水通道，就不仅仅是对泄洪洞的破坏问题，还存在漏水损失问题，对水库的经济效益造成影响。

4　泄洪洞的加固措施

根据目前察尔森水库泄洪洞破坏情况，泄洪洞过水流速不满足规范要求，泄洪洞洞身需要进行加固处理。

现状泄洪洞喷混凝土衬砌段桩号：0+064.59～0+226m，0+278～0+326m，0+340～0+384m，共253.41m长。喷锚衬砌断面为圆形，喷锚衬砌厚度为15cm，喷锚衬砌后的内径为6.7m，底拱采用浇筑混凝土，曲率半径为6.5m，水库洞身出现多次变径，喷锚衬砌和钢筋混凝土衬砌交替出现，对泄洪洞的整体性受到影响。因此对泄洪洞的加固设计是：挖除原喷混凝土衬砌段剥蚀破坏部位及底拱浇筑混凝土，新建钢筋混凝土衬砌，断面型式为圆形，底拱局部最小衬砌厚度为30cm，最大局部衬砌厚度为50cm，衬砌后内径为6.0m，保持内径与原钢筋混凝土衬砌一致，平顺连接。混凝土衬砌段顶拱135°范围内进行回填灌浆，对漏水洞段应进行围岩的固结灌浆，对非漏水洞段的围岩进行适当的固结灌浆。

根据察尔森水库管理局泄洪洞巡视检查报告，现状钢筋混凝土衬砌段存在剥蚀、碳化、局部钢筋裸露等现象。加固设计对破损部位采取凿除混凝土，喷涂混凝土粘结剂，然后回填混凝土的方式进行处理，凿除深度为30cm，问题比较严重部位集中在桩号0+225.00～0+250.00m段。

5　泄洪洞加固的施工方案

1）水流控制，由于洞身和检修闸门严重漏水，因此水流控制是泄洪洞加固的首要工作，对于洞身漏水待其降至较小时进行施工，对于进口检修闸门的漏水，采取集流引流的方式，将水流引至洞外。

2）进洞道路，进洞只能从出口弧形闸门作为施工通道，施工机械和设备由弧门处吊入，钢筋混凝土衬砌所用建筑材料均由弧门口吊入。

3）混凝土的入仓方式，在泄洪洞出口上方建立。

6　施工方法

首先拆除喷锚段钢筋混凝土底拱，底拱的拆除宜采用静态破碎剂爆破，然后用风镐逐层逐段拆除。按设计分段进行钢筋和侧向模板的安装，同时在底拱架设台车轨道螺栓，为保证底拱的曲率，沿圆弧方向每隔1m架设一道8cm高、1cm厚的钢刮轨，刮轨的表面与混凝土设计表面一致，混凝土浇筑采用翻模技术，即采用整体底模。由于底拱是反弧，混凝土中的气泡不容易排出，如采用压模技术很难保证混凝土的外观质量，为确保混凝土的质量，特别是外观质量，混凝土的浇筑采用翻模技术。混凝土采用混凝土泵送入仓，人工振捣。当混凝土振捣完后，混凝土初凝前，将模板拆掉，人工利用刮杆在刮轨上将混凝土反复刮平，混凝土刮平后拆除刮轨，再用钢抹将混凝土擀平、擀光。

在原钢筋混凝土衬砌段的底拱采用钻孔灌浆方式埋设台车螺栓，待新浇筑底拱的强度达到一定强度时铺设台车轨道。台车轨道安装完成后，安装喷锚混凝土段拆除台车，喷混凝土的拆除采用风镐进行，拆除时应注意施工安全，并防止因拆除振动而诱发大面积掉块冒顶现象，使拆除的混凝土落块尽量落到台车上，对新浇和原有的底拱起保护作用。待所有需要拆除的喷锚混凝土拆除完成后，分段进行边顶拱钢筋安装以及各种埋件安装，预埋固结灌浆导向管，同时进行钢模台车的安装，待一段边顶拱的钢筋安装完成后，进行钢模台车的放样支撑，安装侧模，分段进行混凝土的浇筑。

待混凝土衬砌达到设计龄期后，沿固结灌浆导向管进行钻孔灌浆，灌浆结束后进行压水试验，以达到设计透水率指标为准。对于混凝土衬砌段顶拱135°范围内进行回填灌浆。