防滲墻破損加固后對下游滲流穩(wěn)定性的影響

(華南理工大學(xué) 廣東 廣州 510641)

近年來防滲墻因其防滲效果好，性價比高，在我國水力工程建設(shè)工程中應(yīng)用日益廣泛。實際工程中，后續(xù)施工穿越防滲墻時，不可避免的會對防滲墻造成損壞[1]。目前，通過注漿法加固防滲墻破損處，并對加固效果進行分析評估是一種常用的補救措施[2]。本文結(jié)合某具體工程，利用有限元軟件Midas模擬了防滲墻在不同工況下注漿滲透性對防滲墻的加固效果進行了評價。

一、工程背景

某水庫盾構(gòu)輸水管穿越兩壩壩間山體，壩內(nèi)都修建了砼防滲墻，在壩間山體亦打設(shè)了砼地下連續(xù)墻,連續(xù)墻的兩端分別與兩壩的防滲墻連接。墻厚0.6m，防滲墻底部一般伸入到弱風化巖頂線以下5m。為避免盾構(gòu)隧洞在穿越防滲墻時，防滲墻體發(fā)生變形破壞，在盾構(gòu)穿越水庫大壩防滲墻時，在防滲墻位置前后各長10米范圍內(nèi)進行了注漿防滲處理[3]。注漿施工前后，進行了洞周透水率的測試，但第一次注漿透水率均在3Lu以上，未達設(shè)計要求；二次注漿后平均透水率為4Lu。

二、計算模型

根據(jù)試驗段平、縱斷面圖以及防滲墻與盾構(gòu)隧道的空間立體關(guān)系,建立的三維數(shù)值模型如圖1所示.在盾構(gòu)隧道與防滲墻交叉處，沿防滲墻前后各設(shè)10m注漿，并充分考慮最不利影響，將弱風化片麻巖簡化為砂質(zhì)粘土層[4]。

偏于安全考慮，假設(shè)盾構(gòu)隧道施工時盾構(gòu)掌子面盾構(gòu)直徑誤差為上下各1m，則盾構(gòu)機穿越防滲墻時對墻體造成直徑為8m的破損。因此，注漿加固后隧道與防滲墻之間留有寬1m的圓環(huán)注漿層。

砼防滲墻滲透系數(shù)按照水庫防滲等級W8取2.16×10-9cm/s。洞周注漿區(qū)域的透水率選用了對應(yīng)10Lu、6Lu、3Lu三組計算，其中，3Lu是設(shè)計指標，6Lu和10Lu是偏高取值，以便考察不同注漿效果對滲流的影響。每組計算又包括了水庫正常蓄水位61.12m、設(shè)計洪水位57.93m、校核洪水位56m三種工況。另外，還計算了防滲墻完好的工況，即假設(shè)隧洞施工完全不損壞防滲墻的工況。不考慮輸水管道中的高壓水向外漏滲的情況。

圖1 分析模型概況

材料滲透系數(shù)(cm/s)人工填土3×10-5砂質(zhì)粘土2.53×10-4弱風化片麻巖4.5×10-5防滲墻2.16×10-9防滲墻附近的洞周注漿區(qū)域15×10-5、9×10-5、4.5×10-5對應(yīng)于10Lu、6Lu、3Lu

三、計算結(jié)果分析

(一)對下游水力梯度影響

圖2為各工況下最大水力梯度的變化。水力梯度均滿足按《碾壓式土石壩設(shè)計規(guī)范》DLT 5395-2007計算所得允許水力梯度0.49，最大水力梯度均出現(xiàn)在緊鄰防滲墻與注漿處的下游土體。最不利工況為Group Ⅲ-A組,水位為61.12m,注漿處滲透率為3Lu，此時水力梯度為0.144。這主要是由于q=3Lu時，注漿滲透率與防滲墻滲透率差距不大，因此造成了流量集中的情況[5]。

圖2 各工況下水力梯度

(二)對壩體流速及滲漏量影響

各工況下，注漿處最大滲流速度均出現(xiàn)在緊鄰防滲墻與隧道之間的加固注漿部分，各工況的平均流速分別為最大為Group I-A，此時流速為0.33m/day,注漿處每日滲漏量為7.26m3/day,相對于水庫儲水量,該滲漏量可忽略不計。