某水工隧洞缺陷分析及处理
时间：2023-04-17 18:00:04 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
李建明
（偏关县水利发展中心 山西忻州 036400）
在水工隧洞项目施工中，安全质量是参建各方关注的焦点。其中，混凝土工程问题占有更加突出的位置，表现在很多方面，如衬砌表面裂缝、衬砌背后脱空、蜂窝麻面等。特别是经过一些地质破碎带、湿陷性黄土、涌水突泥地带显现出来的问题更多。处理这些问题，要在调查研究的基础上，认真分析，找到问题的根源，然后利用技术、管理等手段，制定和实施处理方案，直至彻底消除隐患，为安全运营创造条件。
某水工隧洞位于晋北黄土高原丘陵沟壑区，系当地一个提引黄河水项目的主要单位工程。全长3 520 m，其中：Ⅲ类围岩段长2 100 m，采用三台阶法开挖，钢拱架加喷射C25 混凝土支护，C35 钢筋混凝土衬砌；
Ⅱ类围岩段长1 420 m，采用全断面法开挖，C30 素混凝土衬砌。
水工隧洞施工质量控制，就是在落实三检制的基础上，抓好事前、事中、事后控制。本次隧洞缺陷检查整改就是事后控制的典型措施。该隧洞衬砌工程施工完成后，组织进行了混凝土的缺陷排查，采用目视+敲击+地质雷达无损监测+强度回弹仪相结合的方法，从进口到出口分项同时开展检测，现场按缺陷的桩号位置详细记录，最后按照缺陷类型整理，分类汇总得出以下结果：1）衬砌拱顶背后脱空总计达127 m。2）衬砌表面＜0.5 mm 宽裂纹5 道；
宽度1～2 mm 之间裂纹1道；
宽度分别为1.5 mm 和2.5 mm，深度分别为140 mm和185 mm 裂纹2 道。3）隧洞进口顶部浆砌石排水渠有勾缝脱落、石块松动和断裂3 处；
进口边仰坡喷射混凝土面开裂下沉3 处。
2.1 缺陷成因分析
1）衬砌背后脱空成因分析：（1）利用输送泵浇筑衬砌混凝土时，台车拱顶部位很小的空间没有灌满。（2）拱顶衬砌注浆时，有漏注的部位。（3）拱顶衬砌注浆时，没有补注浆或补注浆不符合要求，仍然有空隙。
2）裂纹成因分析：隧洞检查发现的多条裂纹，宽度深度不尽一样，经过破检和无损检测相结合的方式，分析得出裂纹类型有：干缩裂纹、温差裂纹、施工缝裂纹、地质变形裂纹。
（1）干缩裂纹成因分析：混凝土在凝固过程中水分逐渐蒸发消耗，水泥、粉煤灰等越来越硬化收缩，由此产生变形。另外，混凝土入仓后受到围岩和模板的约束，硬化过程会产生应力，如超过混凝土的抗拉强度时，也会出现干缩裂纹。经过凿除检查，本隧洞干缩裂纹都是表面发生，非常细小，走向不规则。经查相关施工资料，这里干缩裂纹是浇筑后养护措施达不到规范要求所致。
（2）温差裂纹成因分析：本隧洞设计衬砌厚度＜40cm，属于薄壁结构，混凝土硬化过程中内部和表面温度不会变化太大，所以不会产生内部温差裂纹，都是表面裂纹。这一判断，在凿除检查中得到了印证。造成表面裂纹这一现象的原因是由于环境温差较大引起的，在气温较低的冬天施工时，混凝土入仓后，表面温度渐渐降低，内部温度逐步升高，随着温差越来越大，低缩高胀，遂出现裂纹。这种裂纹离开表面就很快减弱。因此，裂纹只在接近表面较浅的范围内出现，表层以里的混凝土仍保持完整。
（3）施工缝裂纹成因分析：隧洞中部有一处明显裂纹，是施工缝裂纹。经过调查，是在施工过程中由于机械故障不得不暂停浇筑，中断时间超过混凝土的初凝时间，排除故障后继续浇筑混凝土时，接茬面没有凿毛，也没有湿润铺水泥砂浆过渡层，就在旧混凝土上浇筑剩余部分，致使新旧混凝土接茬部位出现裂纹。
（4）地质变形裂纹成因分析：该隧洞的两处地质变形裂纹位于拱顶至拱肩部位，属于Ⅱ类围岩段，设计全断面开挖。据查施工日记，当初施工时发现经过地质破碎带，而且含水量较大，浇筑后，顶部围岩发生小范围重力滑溜，而后过早拆模，导致衬砌混凝土受压产生裂纹。
3）砌体开裂下沉成因分析：（1）砌体施工后，砂浆在凝固过程中受自然蒸发失水严重，而现场养护不到位。（2）喷射混凝土施工前，洞口边仰坡表面凹凸不平，虚土清理不干净；
喷射混凝土施工后，养护不到位。
3.1 衬砌拱顶背后脱空处理方案
脱空处理就是在脱空区段打注浆孔，把水泥砂浆通过专用注浆机注入，充满缺陷空间，与原衬砌混凝土形成结构整体，发挥设计预期的目的。其布设见图1。
图1 衬砌拱顶背后脱空注浆示意图
1）钻注浆孔：首先现场应将每个孔位都标注到衬砌表面，尽量做到醒目，同时将钻孔方法及注意事项等以技术交底的方式交待给作业人员。用Ф30 mm 钻头的钻机，方向向下倾斜四十五度角钻注浆孔，然后在注浆孔旁钻排气孔，两孔间距1m。此外，如钻孔出现以下情形，应分别对待：（1）如钻孔深度已达到缺陷处理的技术交底要求的深度时，仍未有突进感觉，应停止钻孔，现场再次核对位置信息，并上报项目部，沟通研究应对措施。（2）如钻孔深度未达到要求深度时发生钻机突进现象，应停钻，已经钻穿成孔。
2）预埋注浆管及排气管：预埋Φ20 mm 的注浆管和排气管，注浆管插入深度为超出混凝土内侧2 cm 为宜，排气管插入碰到拱顶时，回拔2 cm，作为排气空间。用工程棉包裹钢管插入部分或套橡胶圈，紧塞到孔口，然后用胶密封，将这两个管子固定。注浆前，把配套连接的橡胶管套入钢管，再用伸缩管箍拧紧固定，检查所有管路是否牢靠，如有松动现象，重新固定。
3）注浆：为达到规定的强度、稠度，必须通过试验确定注浆液的配合比，并且在拌制前，测出原材料的含水量等数据，计算得出施工配合比，以纸面通知到施工班组。
4）补注：第一次注浆后2 h 内，必须进行补注浆。施工中，发现附近孔口有浆液挤出后马上用木塞堵口，然后加压到终压力值（0.2 MPa）5 min 后停泵，让灰浆慢慢渗入，当压力显示下降到0.1 MPa 时，再次加压，升到终压力值（0.2 MPa）5 min 后停泵，这样反复加压，直到压力表显示稳定在终压力值不再下降为止，停泵，完成该孔注浆。
5）封口：待注入的浆液凝固后，将注浆管和排气管沿孔口位置用专用切割机割除，在管口周围表面干燥的前提下，用胶粘贴碳纤维材料封口。
3.2 裂纹处理方案
1）干缩裂纹和温差裂纹处理方法：宽度＜0.5 mm的不规则裂纹，细且浅，分布在表面，不漏水，不影响结构稳定，采用表面涂强力稳定剂的处理方法。
2）施工缝裂纹处理：施工缝裂纹分为两部分，下面的一段不规则裂纹宽度<1 mm，上面的另一段宽度1～2 mm 且呈蜂窝状。下面<1 mm 宽的施工缝裂纹，采用沿着既有施工裂纹切割成两边坡口状，涂强力稳定剂；
上面宽度1～2 mm 且呈蜂窝状的裂纹，先切割并凿除蜂窝状和不牢固的混凝土块，接着植筋挂网，再支模浇筑细石混凝土。具体施工流程如下：（1）标注植筋点位。通过计算，设置合理数量的点位，并在现场标注植筋的每一个点位。（2）钻孔。为保证锚固效果，钻孔应与点位微平面保持垂直，成孔后的孔径与孔深应符合要求。如果钻头碰到衬砌钢筋，可移位钻，移位不要太大。（3）清孔。宜先用钢丝刷后用棉丝刷清理孔内渣土，清孔后要求孔内无渣土无积水。（4）注植筋胶。采用结构胶或建筑专用环氧植筋胶，注射设备采用配套的专用手动注射枪，注射过程不要太用力，须慢慢注入。（5）植筋。所用的钢筋采用Φ16 的螺纹钢且无锈蚀。注植筋胶结束后要很快利用手工将钢筋段缓缓螺旋推进至孔底，同时有少量胶外挤。（6）挂网。将钢筋网片挂在植筋上，搭接须符合要求，并绑扎合格。（7）立模浇筑。支立模具，用细石混凝土灌满。
3）地质变形裂纹处理：宽度分别为1.5 mm 和2.5 mm，深度分别为140 mm 和185 mm 的2 道裂缝，采用新型智能压浆机灌注，注入高渗透改性环氧树脂及聚氨酯混合料。
（1）作法简介：利用压浆机所产生的高压力，将高渗透改性环氧树脂送至混凝土裂缝内，在压力作用下向缝隙扩散。环氧树脂为混凝土专用型，硬化后放热低，收缩性小，对混凝土裂缝有很强的接着作用，形成整体结构。
（2）压浆流程：①用吹风机把缝内灰尘杂物吹出来，然后用钢丝刷和毛巾把缝两侧30 cm 宽范围内的潮湿水汽、灰尘污垢刷擦干净。②将灌浆底座用专用结构胶骑缝粘贴在缝口，底座压浆口按照每50 cm 设一个，同时每3 m 设一个排气口。③按环氧树脂及聚氨酯使用说明书，拌制混合料。先拌制拟注2.5 mm 宽185 mm 深的裂缝的较稠浆液。④安装压浆机设备及管路，然后把管路连接到拌制好的浆液容器里，接着把压浆嘴旋入底座压浆口，调试加压，看是否有非正常漏气的部位和不牢靠的地方，视情况彻底处理。⑤按孔序开始压入宽2.5 mm范围内的裂缝，随时观察机器压力，监测渗漏。⑥注射自动停止后，检查针筒内浆液是否还有存量，有存量表面已灌满。⑦按环氧树脂及聚氨酯使用说明书，再拌制拟注1.5 mm 宽140 mm 深的裂缝的较稀的混合料。⑧换接压浆进口管到较稀混合料容器，调整压浆出口嘴接入1.5 宽裂缝压浆口，利用智能自动调压，开始压浆。⑨第一轮压浆结束后，紧接着开始第二轮的补压浆，仍然按照先宽后窄次序进行。最终以压不动内部密实为止。⑩待超过凝结要求时间后，看环氧树脂混合料硬化情况，如已硬化，拆除底座，清理现场。
3.3 洞口防护工程处理方案
进口洞门顶部排水渠的勾缝脱落、松动石块、断裂和边仰坡的开裂、下沉等损毁部分必须拆除。拆除损毁部分后，要先处理排水渠和边仰坡基础下沉和雨水冲刷形成的坑洞，即首先必须清理坑洞内浮土杂物到原状土层，再利用三七灰土分层回填夯实，然后按设计参数要求整理坡面，最后施做浆砌石或喷射混凝土，最终形成有效的防护体系。
4.1 处理效果
通过实施上述处理措施，表面细微的干缩和温度裂纹得到抹封，外观无缺陷；
衬砌脱空部分处理后，经地质雷达无损检测为全部密实；
地质变形裂纹挂网浇筑后与原结构形成良好的结合，整体结构稳定；
进口砌体和喷射混凝土防护工程按设计要求得到了恢复，发挥了防护作用。同时，处理前排查方案审批、施工过程记录、监测验收文件等资料（包括影像资料）齐全，为追溯提供了证据。整体来看，缺陷处理后的实体外观质量符合要求，结构内在质量检测参数合格，隧洞混凝土缺陷得到有效的处理，顺利通过了竣工验收，目前运行正常。这一切充分证明方案合理，措施得当，是一次成功的缺陷处理案例。
4.2 经验
从本项目缺陷处理过程中，总结得出以下经验，值得借鉴：1）只有在充分调查研究的基础上，才能发现问题的实质所在。2）处理缺陷时，需要将问题细化，区别分析，相应采取不同的处理措施，才能达到对症下药的目的。3）在研究制定处理方案的同时，参考已有成功经验，能得出最优方案。4）通过对缺陷发生过程的调查，暴露出施工时赶工、违反施工规范、管理不严谨等问题，给工程实体带来负面影响，采取补救措施的同时也增加了施工成本。5）利用先进设备进行无损检测，不仅能准确便捷地发现问题，还能了解处理效果，为质量控制提供了一种新的渠道。6）一些先进材料的应用，发挥了强度高、耐用、防水密封性好等优点，为处理缺陷提供了帮助。
猜你喜欢压浆拱顶隧洞隧洞止水带安装质量控制探讨建材发展导向(2021年12期)2021-07-22方斗山隧道拱顶FLAC沉降模拟及修正科技研究·理论版(2021年20期)2021-04-20滇中引水工程大理段首条隧洞顺利贯通水泵技术(2021年2期)2021-01-24帕德玛大桥引桥粉细砂地层钻孔桩化学浆护壁成孔及桩端桩侧压浆技术中外公路(2020年5期)2020-12-11立式圆筒拱顶储罐排版技术及控制方法石油化工建设(2017年5期)2018-01-26大型拱顶储罐三角形板式节点网壳正装施工工艺石油化工建设(2017年6期)2017-04-12箱梁预制压浆封锚施工技术在桥梁中的应用工程建设与设计(2016年2期)2016-08-22地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测研究现代工业经济和信息化(2016年6期)2016-05-17水平冻结法在疏松砂岩地层隧洞TBM掘进超限处理中的应用中国水利(2015年16期)2015-02-28后压浆桩基施工技术分析地球(2015年11期)2015-02-22
