和平水電站引水隧洞襯砌裂縫原因分析及修復(fù)設(shè)計(jì)

地下輸水隧洞特別是有壓隧洞是我國(guó)水利水電工程建設(shè)中常有的施工項(xiàng)目,但隧洞襯砌混凝土產(chǎn)生的裂縫不僅會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu),影響隧洞的使用壽命,而且處理時(shí)費(fèi)工費(fèi)時(shí),增加成本和工期,所以準(zhǔn)確判斷裂縫產(chǎn)生的原因并采取適當(dāng)?shù)奶幚矸椒▽?duì)于此類項(xiàng)目有重要意義。本文重點(diǎn)分析水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫問(wèn)題及處理措施。

水電站引水隧洞襯砌混凝土裂縫原因及預(yù)防處理 摘要水電站引水隧洞襯砌混凝土產(chǎn)生的裂縫不僅會(huì)破壞混凝土結(jié)構(gòu)，影響隧洞 的使用壽命，而且處理時(shí)費(fèi)工費(fèi)時(shí)增加成本，增加工期，所以如何判斷裂縫產(chǎn)生 的原因并采取適當(dāng)?shù)念A(yù)防及處理方法對(duì)于此類項(xiàng)目有重要意義。本文從隧洞襯砌 混凝土裂縫的分類、產(chǎn)生原因及預(yù)防處理措施方面作了簡(jiǎn)要探討。 關(guān)鍵詞水電站隧洞襯砌混凝土裂縫干縮溫度化學(xué)反應(yīng)荷載表面修補(bǔ) 灌漿 1引言 引水隧洞是在山體內(nèi)開(kāi)挖成的引水道。按洞內(nèi)水流有無(wú)自由水面，引水隧洞 分無(wú)壓和有壓兩種。隧洞襯砌是引水隧洞重要的組成部分。其作用是承擔(dān)內(nèi)、外 水壓力和山巖壓力、減小滲水、防止巖體崩塌和降低糙率。除巖體堅(jiān)硬、致密和 完整的地段外，一般都要做襯砌，主要有混凝土、鋼筋混凝土和噴錨三種襯砌類 型，此外還有預(yù)應(yīng)力混凝土襯砌。當(dāng)圍巖較完整，內(nèi)水壓力不大時(shí)，可采用混凝 土襯

色爾古水電站引水隧洞在施工過(guò)程中出現(xiàn)多次塌方,部分洞段臨時(shí)支護(hù)變形后侵占襯砌斷面,嚴(yán)重威脅施工安全,影響工程進(jìn)度。經(jīng)研究,在基本不拆除臨時(shí)支護(hù)、滿足調(diào)壓井涌浪要求的前提下,調(diào)整了引水隧洞的襯砌,最大限度地保障了施工期安全,促進(jìn)了工程進(jìn)展。

湖南潤(rùn)海水電站引水隧洞長(zhǎng)553.5m,地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜,對(duì)隧洞不同部位的襯砌結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行了優(yōu)選,并付諸實(shí)施,經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行后,檢查表明效果較好。

高層水電站引水隧洞全長(zhǎng)2411m,隧洞為圓形有壓式,洞徑2.2m～2.6m。隧洞圍巖為三迭系上統(tǒng)文賓山組砂巖、泥質(zhì)粉砂巖和泥巖。隧洞開(kāi)挖施工中遇到6處較大塌方,其中以0+860m處最嚴(yán)重,洞線被迫改線。1996年5月,隧洞貫通并襯砌完工,支洞封堵完成。

采用鋼筋混凝土非線性有限元方法，對(duì)湖南柘溪水電站引水隧洞襯砌在溫度變化和使用荷載作用下的受力情況進(jìn)行了計(jì)算分析，得出了溫度變化是引起襯砌開(kāi)裂的原因和襯砌結(jié)構(gòu)仍具有較高承載力的結(jié)論．

對(duì)于引水隧洞的襯砌設(shè)計(jì),采用不同的設(shè)計(jì)理論會(huì)得出不同的結(jié)果;對(duì)于長(zhǎng)引水隧洞,若隧洞中不良地質(zhì)段長(zhǎng),在保證隧洞安全運(yùn)行條件下,盡可能減少襯砌工程量和造價(jià)是設(shè)計(jì)和業(yè)主必須考慮的問(wèn)題。通過(guò)金康水電站高壓長(zhǎng)引水隧洞襯砌設(shè)計(jì)、優(yōu)化及實(shí)測(cè)鋼筋應(yīng)力分析表明,即使在地質(zhì)條件差的隧洞,圍巖仍然是承擔(dān)內(nèi)水壓力的主體。

水利水電技術(shù)　第38卷　2007年第12期 waterresourcesandhydropowerengineeringvol138no112 水電站長(zhǎng)有壓引水隧洞襯砌型式的探討 張　磊,鄭鼎雄 (云南省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,云南昆明　650021) 　水電站;長(zhǎng)有壓引水隧洞;襯砌型式;錨噴 中圖分類號(hào):tv73213　　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:b　　　　文章編號(hào):100020860(2007)1220078203 　　　　　　　　　　 收稿日期:2007210211 作者簡(jiǎn)介:張　磊(1968—),男,高級(jí)工程師。 1　引　言 當(dāng)前隨著水電資源大規(guī)模開(kāi)發(fā),對(duì)于云南省以山 區(qū)河流為主的中小型水電站,其開(kāi)發(fā)形式多以徑流引 水式電站為主,引水發(fā)電站隧洞在工程布置上具有洞 線長(zhǎng)、投資大的特點(diǎn),

北疆某電站引水隧洞在開(kāi)挖過(guò)程中，地質(zhì)人員根據(jù)ⅲ類圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育的實(shí)際情況細(xì)化分為ⅲa、ⅲb，設(shè)計(jì)根據(jù)細(xì)化后的圍巖類別對(duì)隧洞斷面形式進(jìn)行優(yōu)化，調(diào)整為特征洞徑6．5m×6．5m的平底馬蹄形斷面，并對(duì)支護(hù)及襯砌形式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，優(yōu)化后節(jié)約了投資，還縮短了施工工期，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益，經(jīng)過(guò)了兩年多的運(yùn)用檢驗(yàn)和二次放空檢查，隧洞安全可靠，證明優(yōu)化方案可行，可供類似工程參考。

北疆某電站引水隧洞在開(kāi)挖過(guò)程中,地質(zhì)人員根據(jù)ⅲ類圍巖節(jié)理裂隙較發(fā)育的實(shí)際情況細(xì)化分為ⅲa、ⅲb,設(shè)計(jì)根據(jù)細(xì)化后的圍巖類別對(duì)隧洞斷面形式進(jìn)行優(yōu)化,調(diào)整為特征洞徑6.5m×6.5m的平底馬蹄形斷面,并對(duì)支護(hù)及襯砌形式進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì),優(yōu)化后節(jié)約了投資,還縮短了施工工期,取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和時(shí)間效益,經(jīng)過(guò)了兩年多的運(yùn)用檢驗(yàn)和二次放空檢查,隧洞安全可靠,證明優(yōu)化方案可行,可供類似工程參考。

立洲水電站引水隧洞長(zhǎng)16.7km,地質(zhì)條件復(fù)雜,圍巖較差,開(kāi)挖揭露芋類圍巖占總長(zhǎng)的16%、郁類圍巖洞段占總長(zhǎng)的65%、吁類圍巖洞段占總長(zhǎng)的19%,郁類、吁類圍巖所占比例約達(dá)84%,承擔(dān)水頭40140m,采用dl/t5195原2004《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》的公式法計(jì)算配筋較大.結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)固結(jié)灌漿試驗(yàn)及其檢測(cè)成果及類似工程經(jīng)驗(yàn),根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)調(diào)研,適當(dāng)提高圍巖固結(jié)圈物理力學(xué)參數(shù),并應(yīng)用于有限元分析計(jì)算.結(jié)合引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)法配筋成果、有限元法配筋成果,從計(jì)算原理及邊界條件、工程類比、工程效益、施工因素等方面綜合分析,選擇適合該工程隧洞的襯砌鋼筋型式,考慮-定的安全余度,是符合實(shí)際的、合理的.

根據(jù)某水電站引水系統(tǒng)實(shí)際情況,采用ansys三維非線性有限元法,建立其引水系統(tǒng)中新建引水隧洞的三維有限元模型;并對(duì)引水隧洞的襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。驗(yàn)證襯砌方案和支護(hù)參數(shù)的合理性;同時(shí)提供襯砌配筋計(jì)算結(jié)果及優(yōu)化建議,論證現(xiàn)有襯砌和支護(hù)方案合理性,補(bǔ)充和完善加固處理措施。結(jié)果表明,引水隧洞各段襯砌在各個(gè)工況下,水平位移最大值為0.41mm,出現(xiàn)在側(cè)面;垂直向最大位移為-6.53mm,出現(xiàn)在頂拱處。襯砌最大第一主應(yīng)力為拉應(yīng)力,其值為2.33mpa,發(fā)生于工況四,出現(xiàn)在頂拱處;襯砌最大第三主應(yīng)力為壓應(yīng)力,其值為-8.19mpa,發(fā)生于工況二,出現(xiàn)在襯砌側(cè)面。由于襯砌c25混凝土的抗壓強(qiáng)度為17mpa,故襯砌結(jié)構(gòu)安全。襯砌采取單層筋布置,各段環(huán)向配筋φ20@200mm,縱向鋼筋φ12@300mm,考慮到方圓漸變段的應(yīng)力狀態(tài)較為復(fù)雜,優(yōu)化設(shè)計(jì)后建議采用50cm厚的襯砌方案。

立洲水電站引水隧洞長(zhǎng)16.7km,地質(zhì)條件復(fù)雜,圍巖較差,開(kāi)挖揭露芋類圍巖占總長(zhǎng)的16%、郁類圍巖洞段占總長(zhǎng)的65%、吁類圍巖洞段占總長(zhǎng)的19%,郁類、吁類圍巖所占比例約達(dá)84%,承擔(dān)水頭40140m,采用dl/t5195原2004《水工隧洞設(shè)計(jì)規(guī)范》的公式法計(jì)算配筋較大.結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)固結(jié)灌漿試驗(yàn)及其檢測(cè)成果及類似工程經(jīng)驗(yàn),根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)調(diào)研,適當(dāng)提高圍巖固結(jié)圈物理力學(xué)參數(shù),并應(yīng)用于有限元分析計(jì)算.結(jié)合引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)法配筋成果、有限元法配筋成果,從計(jì)算原理及邊界條件、工程類比、工程效益、施工因素等方面綜合分析,選擇適合該工程隧洞的襯砌鋼筋型式,考慮-定的安全余度,是符合實(shí)際的、合理的.

引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和配筋與圍巖彈性抗力(模量)關(guān)系密切,傳統(tǒng)設(shè)計(jì)所采用圍巖參數(shù)是通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況以及相似工程類比得到的,這種方法由于巖體參數(shù)的不準(zhǔn)確導(dǎo)致配筋結(jié)果與實(shí)際工程之間出現(xiàn)很大的偏差。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)位移監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行反分析得到的巖體參數(shù),采用三維有限元法,開(kāi)展引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)受力特性研究,利用應(yīng)力場(chǎng)成果進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算,并與規(guī)范配筋成果進(jìn)行對(duì)比分析,從而提出合理的配筋方案。

柬埔寨額勒賽水電站引水隧洞在施工過(guò)程中根據(jù)開(kāi)挖揭露的地質(zhì)情況，在充分利用洞室圍巖自穩(wěn)、承載和抗?jié)B的基礎(chǔ)上，結(jié)合水頭及電量損失進(jìn)行綜合研究，確定了橫斷面襯砌結(jié)構(gòu)優(yōu)化方案并實(shí)施，達(dá)到節(jié)約工程投資，加快工程進(jìn)度的目的，取得了良好效果。

結(jié)合阿壩州理縣米亞羅水電站有壓引水隧洞的襯砌設(shè)計(jì)、優(yōu)化及各種觀測(cè)分析結(jié)果,闡述了對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行科學(xué)分類、分別采用適合的襯砌方法,在保證洞室安全穩(wěn)定的情況下,不僅能縮短施工工期,而且能有效降低工程造價(jià),取得安全、經(jīng)濟(jì)的綜合效益.

結(jié)合阿壩州理縣米亞羅水電站有壓引水隧洞的襯砌設(shè)計(jì)、優(yōu)化及各種觀測(cè)分析結(jié)果,闡述了對(duì)隧洞圍巖進(jìn)行科學(xué)分類、分別采用適合的襯砌方法,在保證洞室安全穩(wěn)定的情況下,不僅能縮短施工工期,而且能有效降低工程造價(jià),取得安全、經(jīng)濟(jì)的綜合效益。

本文結(jié)合某二級(jí)電站的施工實(shí)踐,對(duì)電站引水隧洞砼襯砌及灌漿施工作簡(jiǎn)要探討。

新塘房水電站引水隧洞設(shè)計(jì)為圓形有壓隧洞,開(kāi)挖斷面直徑為5m,底坡為3.36‰,總長(zhǎng)為3876.22m。根據(jù)設(shè)計(jì)地質(zhì)資料,引水隧洞襯砌分為a、b、c三種型式,襯砌厚度分別為0.4、0.3、0.1m(掛網(wǎng)噴護(hù)),襯砌后洞徑分別為4.2、4.4、4.8m。通過(guò)對(duì)引水隧洞不同襯砌方案的水力計(jì)算結(jié)果對(duì)比,為襯砌方案可行性提供了較為科學(xué)的依據(jù)。同時(shí)結(jié)合施工方法和施工進(jìn)度綜合考慮,從工程經(jīng)濟(jì)角度和推進(jìn)襯砌施工進(jìn)度方面選擇了更適合工程實(shí)際的襯砌方案,保證了節(jié)點(diǎn)目標(biāo)的順利完成。

"5.12"汶川地震發(fā)生后,漁子溪水電站道路、通訊一度中斷,首部樞紐、引水隧洞、廠房(生活區(qū))、尾水渠、尾水出口、gis樓等均遭受嚴(yán)重?fù)p壞。2009年4月27~28日引水隧洞放空檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)襯砌段混凝土出現(xiàn)大量裂縫,底板出現(xiàn)管涌等現(xiàn)象;未襯砌段出現(xiàn)巖體下落、危巖體增多等情況。對(duì)震后引水隧洞的震損分析及如何快速修復(fù)等作了全面闡述,為類似工程的實(shí)施提供了可供借鑒的經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)廣西下橋水電站引水隧洞工程實(shí)際條件,論述在保障工程安全的前提下,對(duì)工程特點(diǎn)做具體分析,從抗?jié)B安全性,綜合經(jīng)濟(jì)效益考慮,選擇經(jīng)濟(jì)、可靠、效益指標(biāo)優(yōu)越的中低水頭大流量有壓引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)方案為鋼筋混凝土襯砌及局部?jī)?nèi)套鋼管結(jié)構(gòu)。電站投入運(yùn)行5年未發(fā)現(xiàn)隱患。

依爾甘南水電站弓l水隧洞 襯砌布筋的研究與優(yōu)化 依爾甘南水電橄計(jì)過(guò)程中，對(duì)其弓j水隧洞巖石堅(jiān)硬系數(shù)夫干 4的洞線段(約占806洞長(zhǎng))的襯砌結(jié)構(gòu)計(jì)算表明，在遵守裂 縫張開(kāi)寬度限制絳件下，合鎦率可低予建筑法規(guī)chun 2．o8·09?84的規(guī)定．為論證減少布筋的可能性．需對(duì)巖石抗 力系數(shù)較高(k0=80一loompa／cm)的滑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究． 隧洞的開(kāi)挖考慮采用《robbins)掘進(jìn)機(jī)，村砌澆啊采用高工藝 和無(wú)焊按的鋼筋． 與鉆爆法不同，掘進(jìn)機(jī)開(kāi)挖可保證形成設(shè)甘斷面，減少固巖的 破壞，從而為洞室周邊形成均勻的巖石抗力創(chuàng)造了有利條件． 依爾甘南水電站曲二條引水洞長(zhǎng)各為5000m，座落在堅(jiān)硬 的自云石、砂巖和泥板巖互層的沉積巖中，其極限軸向抗壓強(qiáng)度在 60一il0mp嫂問(wèn)。 沿洞線的外部靜水頭達(dá)2