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水利水电工程水工隧洞渗水问题研究

所属栏目:建筑设计论文 发布日期:2020-12-31 09:36 热度:

   在我国,出于环境及经济效益考量,较为重视水利水电工程建设,但为了满足工程内建筑过水需求,通常会设计水工隧洞,而且其功能多样,分别具有泄洪、导流、引流发电等功能。但笔者经调研发现,渗水现象在许多水工隧洞质量问题中较为多见,并威胁到其隧洞结构安全。为保证水工隧洞结构安全,基本会采用衬砌技术,但渗漏问题也多发生在衬砌混凝土结构中,并且还表现出季节性特点,多雨季节衬砌结构更易渗水。渗水的发生,对于水工隧洞会带来较大危害性,甚至引发水利工程安全事故。为此,水工隧洞施工应对渗水危害及常见原因进行深入分析,以预防为主,并对衬砌后渗水采取必要处理措施,以维护水利工程结构稳定性。

水利水电工程水工隧洞渗水问题研究

  1水工隧洞渗水问题危害

  通常而言,以地下水为主的隧洞外部水源会经由内衬混凝土缝隙而产生渗漏,对水利工程结构的危害性显著,具体表现为:一是隧洞渗水问题会对渗水路径范围内的混凝土结构带来持续伤害,随着水泥砂浆被冲走,其渗水程度会愈加严重,甚至构成永久性渗水通道,逐渐从多点少量的渗水,发展成为较大范围的渗水,这无疑会降低隧洞混凝土强度,冷缝问题的产生也不可避免,进而威胁到隧洞整体结构安全。二是若在实际投运前,隧洞衬砌即已发生渗漏,将会加速混凝土的钙化过程,而且随着隧洞的使用,在水流冲击下,钙化、锈蚀问题将会加剧,使得衬砌混凝土出现破损,危及隧洞结构稳定。三是渗水,其会使衬砌混凝土中防水材料脱落,主要是胶凝材料会被冲走,加剧隧洞渗水问题。四是内水外渗问题,由于在水利工程中,许多隧洞还承担着输配水的任务,如若存在严重外渗问题,将较大程度地损害隧洞附近的结构稳定,产生边坡失稳等问题。

  2水工隧洞常见渗漏原因

  2.1水工隧洞渗涌水问题

  通常来说,地质作用对岩体影响很大,比较常见的作用有地应力和表层风化等,岩体结构的稳定性很容易遭到破坏,出现断层、裂缝和破碎等情况,与此同时,岩体遭到破坏的部位容易出现大量水源或者便于水源进出。在进行隧洞开挖时,通常需要进行爆破工作,在此过程中部分岩体会遭到破坏,产生排水通道,然后会有大量的地下水向外排放,在此基础上很容易产生渗涌水。由此可知,在进行隧洞开挖时,经常会出现渗水现象(主要为洞壁)。地下水的分布位置、含量和供给程度等有着明显不同,裂缝程度也各有不同,洞壁渗水涉及的区域有单点型和片状型,渗水量不大时主要表现为点状,水量供给充足时会产生较大的渗水量,此时主要为涌水或者淋水状态,某些特殊地层还会产生岩溶管道水;渗水量还会受到季节变化的影响,变化幅度明显。

  2.2衬砌混凝土设计问题

  不同工况对应的衬砌混凝土也是各有不同,比如说水工隧洞对应混凝土强度一般超过C20,因此在实际施工时,相关人员一定要结合实际工况,选择合适的混凝土防渗等级。变形缝主要应用于地质变化位置,施工缝则应用于其他施工位置。当涉及变形缝时,通常会用到铜片止水板;而涉及变形缝时,一般会用到膨胀止水条。在完成隧道开挖工作以后,为了保证后续工作的顺利进行,通常需要处理洞壁渗水问题,防排水结构是比较常见的应对措施,主要将其设置在衬砌混凝土外,防渗水效果显著。然而当涉及水利水电工程时,考虑到成本因素,很多施工人员没有对渗水情况引起重视,很多位置没有采取防渗水措施,通常利用导水管来进行引排处理,完成混凝土衬砌以后,还需要进行堵水处理,130UrbanismandArchitecture比较常见的方法有固结灌浆和回填灌浆,为了保证施工质量,一定要做好监管工作,避免洞内渗水过多,影响隧道的正常使用。

  2.3衬砌后混凝土渗水原因

  在水工隧洞工程中,渗水问题也常见于衬砌混凝土施工中,主要内容有以下几点。第一,埋管引排处理不当,首先,在对一些渗涌水(条带状等)进行处理时,很容易受浇筑及钢筋安装作业的影响,导致定位不精确;其次,施工单位没有对排水工作引起重视;最后,很多监管人员在施工过程中没有尽到自己的责任和义务,综合素质有待提高。第二,新浇混凝土防水性能不佳。如果衬砌混凝土强度不达标,则很难保证其防渗水性,同时在实际工程中防水措施落实不到位,引排水管安放位置不当,浇筑混凝土会影响正常的排泄工作,导致压力增加,相当一部分水泥砂浆会流失,如果不及时处理就会导致施工缝面处产生排水通道,增加渗水量,影响混凝土结构的稳定性。第三,衬砌结构施工缝、变形缝渗漏。为确保水工隧洞质量安全,对其施工与设计有着严格规范要求,尤其是在隧洞防水方面,而常用的施工缝止水方法,主要是利用止水条。通常在隧洞施工中,止水条的安装一般是在完成先浇块施工后,需通过人工方式形成切槽,利用止水条遇水膨胀的特性,可实现施工缝的有效封堵,之后还需进行后浇块施工。但该方法,在水工隧洞内施工效果往往低于预期,其原因在于切槽处混凝土需2~3d方可达到要求强度(10MPa),而受到隧洞实际施工条件限制,由于采用的是隧洞内后退浇筑的方式,很难为混凝土留出相应时长的凝固期,此时若继续安装止水条,其防渗止水效果必然受损。而且在无法有效固定止水条的情况下,受后浇块施工影响,还可使止水条产生位移。对隧洞衬砌混凝土施工缝中钢筋,通常会借助于木方拼装的方式予以处理,但很难保证止水条切槽处平整性。此外,作为混凝土结构,隧洞衬砌在施工后也必然存在较多缝隙,单凭止水条,无法做到完全预防隧洞渗漏问题。

  3水工隧洞渗漏处理措施及建议

  3.1回填及固结灌浆处理效果分析

  对于衬砌结构渗水问题的处理,较为理想的状况,便是可通过回填及固结灌浆加以处理,而同时这也是隧洞衬砌施工后的必备环节。通常是在已发现渗漏的位置,利用灌浆孔来实现隧洞渗漏的封堵,如果仍未达到防水效果,还可借助化学灌浆的方式,然而经许多水利工程调研表明,回填及固结灌浆处理往往达不到预期。其技术要求为:合理布置灌浆孔,环距应平均分布,间排距通常为3m,而且在各环内灌浆孔应为梅花形,还要控制好孔位的偏差,同时,浆液的选择应仅选用水泥材料,而且在灌浆时,压力也不宜过大,一般要控制在0.3~0.5MPa,但受灌浆压力限制,很难达到较好的堵水效果。同时,水工隧洞内回填灌浆的耗费成本较高,而且对于灌浆施工技术要求颇高,该项施工内容具有隐蔽性,许多灌浆施工缺乏有效监管,有的施工未掌握隧洞灌浆施工技术,容易造成灌浆质量不达标。此外,若存在片状渗水的情况,如若仍选用上述灌浆方法,将会因打孔范围过大,而危害隧洞内衬结构稳定。

  3.2渗涌水问题处理措施

  由上述分析可知,回填及固结灌浆方法并不能保证水工隧洞完全防渗效果,如果经回填及固结灌浆处理,依然存在渗漏问题,那么可将其视为质量问题,应由水工隧洞施工队伍加以整改,但若合同中未明确施工变更要求,且业主方不出资,很容易造成隧洞渗漏问题纠纷。在实际水工隧洞工程中,应结合渗水问题特点,在较为严重的情况下应采取灌注浆液的方式,主要是利用纯水泥材料,而对于较小的渗漏问题,使用化学灌浆方法便可取得较好效果。此外,对于衬砌结构中缝面渗水问题,为达到堵水效果,通常也是采用钻孔灌浆的方式,其钻孔主要是分布在渗水裂缝的两侧,最后还要处理好衬砌结构裂缝表面,如环氧砂浆。经研究发现,化学灌浆的方法对于单点少量渗水点有较好的止水效果,但整体成本较高,尤其是在出现片状、线状渗水情况下,尽管耗费巨大,但渗水问题也得不到完全解决,所以通常要求在完成隧洞衬砌结构浇筑前,便处理好洞壁渗水问题,这样可以起到较好效果。

  3.3相关建议

  经研究发现,只有切实保障隧洞衬砌混凝土施工质量,才能从根本上控制隧洞渗水问题发生。具体要求如下:一是要将防排水设计放在水工隧洞施工设计的关键位置,从水工隧洞的开挖到衬砌施工,均应有效解决好渗水问题。在保证衬砌结构质量的基础上,制定可行性高的防排水措施,要结合隧洞实际情况,分析其渗水的可能性,并制定针对性的隧洞防水设计,减少灌浆堵水等成本消耗。二是要求防排结合,在实际水工隧洞工程中,通常要求设计排水系统,主要设于隧洞的下方位置,同时还要采取防水以及渗水汇排设计,主要是借助排水板实现。但由于防水板会对衬砌混凝土施工效果产生一定影响,通常要求其设于渗水部位,这并不会对衬砌混凝土与基岩胶结牢固性带来不利影响,主要是因为渗漏本身会对其有所影响。三是膨胀止水带并不适用于所有水工隧洞,尤其是对于输水型隧洞,往往达不到应有的止水效果,为此可替换为橡胶止水带,但要注意予以有效固定。四是应当完善隧洞设计相关规范,尤其是对隧洞防排水的相关内容,严格开展隧洞地质及环境勘查,优化衬砌施工方案,并着重做好防排水施工,确保水工隧洞免受渗水危害。

  4结语

  综上所述,水工隧洞的特点决定了在隧洞开挖以及衬砌施工后,均会有较多渗水问题发生,进而危及隧洞结构质量安全。为此要重视水工隧洞防渗设计及施工,尽可能在衬砌前完成对洞壁渗水问题的处理,对于衬砌后渗水问题,应采取积极的治理措施,善用回填、固结灌浆、化学灌浆等方法,使隧洞达到基本验收条件,提高水利工程整体质量。

  参考文献

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  《水利水电工程水工隧洞渗水问题研究》来源:《城市建筑》,作者:邹海峰

文章标题:水利水电工程水工隧洞渗水问题研究

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