引大入秦工程盤道嶺隧洞病害特征分析

引大入秦工程盤道嶺隧洞病害特征分析

胡普年

(甘肅省引大入秦工程管理局， 甘肅 永登730300)

【摘要】盤道嶺隧洞是“引大入秦”灌溉工程總干渠上第37號隧洞，隨著第五個國家級新區——蘭州新區的成立，引大入秦工程將承擔為新區生產生活供水的任務。但是由于工程地質條件復雜，隧洞在建期間和運營后出現了襯砌裂縫、滲漏水、地下水的侵蝕等病害問題，多次維修仍不能控制。通過對維修期間襯砌裂縫監測和地下水化學組成的分析，表明地下水對襯砌的侵蝕和裂縫的發展有促進作用，是隧洞病害的重要因素。

【關鍵詞】盤道嶺； 襯砌裂縫； 滲漏水； 地下水侵蝕

中圖分類號：TV554文獻標志碼： B

Analysis of Datong River Diversion to Qinwangchuan Project

Pandaoling Tunnel Disease Characteristics

HU Pu-nian

(GansuDatongRiverDiversiontoQinwangchuanProjectAdministration,Yongdeng730300,China)

Abstract：Pandaoling Tunnel is No. 37 tunnel on total main canal of Datong River Diversion to Qinwangchuan Irrigation Project. Datong River Diversion to Qinwangchuan Project will assume the task of supplying water for production and life in new district with the establishment of the fifth National New District—Lanzhou New District. The tunnel suffers from various disease problems during construction and after operation such as lining crack, seepage water, groundwater corrosion, etc. due to the complex engineering geological conditions. The problems still cannot be controlled after maintenance for many times. It is indicated that groundwater can promote lining corrosion and crack development through monitoring lining cracks during maintenance and analyzing groundwater chemical composition. It is an important factor of tunnel disease.

Keywords：Pandaoling; lining crack; seepage water; groundwater erosion

1引言

甘肅省“引大入秦”工程將大通河水跨流域調至蘭州市以北60km秦王川地區。該工程始于1976年，歷時近20年，1994年總干渠全線貫通。盤道嶺隧洞是“引大入秦”灌溉工程總干渠上第37號隧洞，隧洞進口位于大沙溝雙牛村，里程樁為76+235，出口位于毛家溝的許家場子附近，樁號91+958.154，隧洞全長15723m，線路總的走向近于正東，最大埋深約400m，隧洞進出口洞門及斜井口均位于溝谷一側階地上。施工場地開闊，便于施工布置和連接對外交通?！耙笕肭亍惫こ炭偢汕炌ê螅嗬^發生多起滲漏事故，滲漏問題以及由此引發的隱患至今尚未徹底解除。隧洞運營期間在進口段和出口段都產生縱向和環向裂縫，且開展寬度較大，并有發展的趨勢。近年來，隨著“引大入秦”灌區社會經濟的快速發展，特別是隨著第五個國家級新區—蘭州新區的成立，引大入秦工程將承擔為新區生產生活供水的任務。因此，引大入秦工程的作用越發顯得重要，而盤道嶺隧洞作為重點控制工程，迫切要求對其病害進行全面調研和綜合整治。

2隧洞工程地質概況

2.1施工揭露的地層巖性

2.2地下水分布及化學性質

盤道嶺隧洞地處大氣降水稀少的干旱區，地層巖性多為弱透水和相對不透水，地下水較貧乏，且分布不均。據勘探：地下水多沿裂隙、斷層面交界處及以層間水形式滴、滲、涌出，第三系與白堊系地層中均有地下水出露，地下水的補給受區域地形、地貌、地層巖性、構造斷裂的控制，補給量差異較大，主要由大氣降水和第四系孔隙潛水、構造裂隙水補給。洞身部位遇到的地下水對施工造成的影響段總長度約5800m，除洞口段300m長的地下水對普通混凝土無侵蝕性外，其余洞段地下水對普通混凝土均有不同程度的結晶性硫酸鹽型侵蝕，且越向進口方向侵蝕性越強。白堊系地層中地下水分布有顯著的不均一性，往往呈帶狀分布，由于地下水的存在，使斷層泥沙質黏土巖泥化，不利于巖體穩定，并容易造成偏壓。對盤道嶺隧洞地下水化學性質進行測試，詳見表1。對施工開挖揭露的工程地質條件和施工監控量測結果的總結分析表明：

a.在有地下水洞段，圍巖收斂值明顯高于無地下水段，并產生最大值4.6%(拱頂下沉80mm，內空變形43.3mm，231mm)。

b.存在地下水洞段，礦化度較高，最高為33394mg/L。

表1　盤道嶺隧洞地下水化學性質測試結果

2.3施工圍巖分類與支護形式

盤道嶺隧洞所穿過的地層絕大多數是極軟巖，圍巖巖土無支護，自穩時間短，變形速度快且具有塑性流變特征，巖石遇水易軟化崩解，工程地質條件惡劣復雜。根據對隧洞圍巖穩定性因素和圍巖變形特征的分析，采用多因素綜合分類分段的原則，將盤道嶺隧洞圍巖劃分為一般穩定(Ⅲ級)、不穩定(Ⅳ級)、極不穩定類(Ⅴ級)三個大類。Ⅲ級圍巖長3182.15m，占洞長的20.2%；Ⅳ級圍巖長3122.33m，占洞長的19.9%；Ⅴ級圍巖長9418.64m，占洞長的59.6%。經過反復論證，共4類(見下頁圖1)10種襯砌形式適應圍巖施工。根據施工時對圍巖變形的肉眼觀測，收斂變形量測，巖體內部位移測量，圍巖與二襯間、二襯內部應力、錨桿應力、鋼拱架應力、二襯混凝土裂縫變化量測、室內巖石蠕變試驗等，確定圍巖的變形特征，施工時測量的收斂變形最大值為4.6%(拱頂下沉80mm，內空變形43.3mm，231mm)。見表2。

表2　隧洞收斂統計

支護襯砌斷面圖 [2-3]

3病害類型及分布

3.1襯砌裂縫

盤道嶺隧洞二次襯砌混凝土在施工期和運行期，均發現不同程度的縱向、斜向及環向裂縫，給隧洞長期的安全運行造成影響。1991年對完成的長12911.5m的襯砌進行裂縫調查，調查重點是拱墻縱、斜向裂縫和環向裂縫，統計結果如表3所示。底板混凝土有縱向裂縫9條，共長162m，最大裂縫寬度δ為6.5mm，有明顯上抬跡象，裂縫寬度大于1.0mm的有6條，共長149m，占總長的92%，底板未發現環向裂縫。開始定期監測拱墻77+686～79+475段，裂縫20條，有地下水滲出，水量不大，最大裂縫寬度δ為3.54mm，平均寬度0.65mm，經一年監測，20條測點裂縫的平均寬度為1.71mm，平均增長1.06mm，而裂縫寬度的最大增加值為1.9mm[4]。

表3　盤道嶺隧洞1991年裂縫統計 [4]

3.2襯砌漏水

3.3襯砌侵蝕

4病害成因分析

查閱施工資料，盤道嶺隧洞拱頂在一次支護噴混凝土與圍巖之間存在空隙，部分洞段側墻一次支護存在“空聲”區，其余洞段開挖過程中局部坍落，坍塌頻繁，存在回填不密實的情況。除隧洞圍巖外，巖體巖性一般軟～極軟，遇水易軟化、崩解，有塑性流變特征，地下水對普通混凝土有結晶性硫酸鹽型侵蝕等，除卻復雜的工程地質與水文地質環境外，隧洞斷面形狀和圍巖巖體具有塑性流變特征的不適應是產生裂縫的原因之一。而施工單位采用與錨噴支護設計原理相違背的鋼拱架代替錨桿，在有塑性流變特征巖體和塑性地壓大的巖體中，取消了錨桿或系統錨桿未對鋼插板背后的空間進行回填漿處理等，是二次襯砌產生裂縫的重要原因[7]。

5結論

a.隧洞地下水的出露是造成混凝土腐蝕的直接原因，洞內漏水、出水以及毛細水作用范圍內的不密實處、細裂縫處都會有侵蝕和溶出性侵蝕的發生，對裂縫的發展提供了物理環境和化學反應。

c.根據病險情況，對洞內素混凝土襯砌段進行改造加固處理。如：拆除改建，采用鋼拱架、錨桿等加強支護、加強防滲襯砌，并在混凝土中采用抗硫酸鹽水泥等措施。

參考文獻

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