鋼管內襯在水庫輸水隧洞應急搶險維修中的運用

韋國偉

（橫州市校椅鎮農業水利站，廣西 南寧 530308）

六藍水庫位于橫州市校椅鎮六藍村委獨田村，始建于1958年08月，1960年07月竣工驗收。最近一次水庫大壩安全鑒定于2007年11月完成，大壩鑒定為三類壩。最近一次除險加固工程于2009年10月開工，蓄水驗收時間2010年12月，2011年09月29日恢復正常蓄水。

水庫總庫容為9319萬m3，有效庫容為6600萬m3，正常蓄水位108.10m（珠江高程基準面，下同）。大壩防洪標準采用按100年一遇設計、1000年一遇校核，設計洪水位111.31m，校核洪水位112.71m，50年一遇洪水位111.60m，庫區土地征用水位111.50m，移民水位110.00m。防洪控制斷面為閘門式，安全泄量為1839m3/s。

水庫樞紐工程由主壩、泄洪閘、輸水隧洞、壩后水電站等組成。

1 輸水隧洞現場檢查情況

主要輸水隧洞，全長150m，洞徑2.2m。隧洞進口底高程83.00m，由 2×10t 電動卷揚式啟閉機控制。隧洞出口設有3m×2.5m（孔口尺寸）鋼機構平板式閘門，采用液壓式啟閉機控制，閘底高程81.00m。輸水隧洞最大泄量19.0m3/s。

為了解決大壩輸水隧洞的滲漏問題，2015年初該工程施工單位曾對大壩放水設施的進口控制閘、出口控制閘進行維修加固，對輸水隧洞進行了固結灌漿處理，取得了一定的堵漏效果。

2016年2月15日水庫壩后水電站運行人員，關閉隧洞出口控制閘后，開啟隧洞進口放水，輸水隧洞及發電支洞灌滿水后，開啟發電進水管蝶閥，啟動機組發電后，突然發現輸水隧洞出口上部漿砌石體部位及發電支洞段漿砌石墻體出現滲漏，水庫管理單位立即于2月16日邀請縣水利局、南寧市水利電力設計院的水工、地質專家到達現場勘查并進洞檢查（當時庫水位108.2m輸水隧洞內水深約0.2～0.8m）。現場檢查情況如下：

1.1 進口放水閘

圓筒閘門經過除銹、維修后，漏水量有所減少但現場進洞檢查發現閘門仍存在漏水現象。漏水量約 0.2 m3/s。

1.2 輸水隧洞

（1）輸水隧洞進口及洞身段發現多處原砼襯砌分縫位置有水簾滴水現象，其中離洞進口約40m有一處呈噴射狀漏水。還發現部分灌漿孔雖鉆孔但尚未進行固結灌漿，部分灌漿孔雖已灌漿但尚未進行封孔處理，導致這些灌漿孔有水滲出。

（2）隧洞出口段距洞出口2.8m處的原隧洞砼襯砌環向斷裂在2015年進行過修補，本次現場進洞勘查發現原修補的砼大部脫落，洞頂發現2～3道裂縫，環向斷裂使砼受損影響帶寬度為15～25cm，有一根環向鋼筋裸露并多處斷開。初步分析認為本次隧洞出口段重新漏水原因主要是：上次壩后水電站機組停機導葉關閉時產生關閉水錘，隧洞內水壓力增大，可能導致隧洞薄弱環節即原環向斷裂處新修補的砼受損，但尚未完全破壞，在本次隧洞充滿水重新啟動機組發電后，隧洞內水壓力發生脈動，導致原環向斷裂處已受損的新修補砼進一步受損而發生破壞、脫落，洞內有壓水從裂縫外滲，由于內水壓大，漏水量多，導致環向斷裂裂縫周圍的巖體或砌石體內細顆粒被水帶出淘空，形成漏水通道，出口洞段及閘門附近的地基有可能發生輕微沉陷并加劇環向斷裂處新修補的砼破壞程度。詳見照片圖1～圖2

圖1 隧洞出口段砼襯砌環向斷裂圖

圖2 出口段砼襯砌環向斷裂局部圖

2 對隧洞進口段砼襯砌環向斷裂應急處理的主要做法

考慮到輸水隧洞滲漏對大壩等建筑物安全存在隱患，必須及時處理消除隱患，確保整個工程的安全運行，因此，我單位采取了以下的處理辦法。

（1）盡快對輸水隧洞出口段原砼襯砌環向斷裂裂縫進行處理。先將環向斷裂裂縫影響范圍內的洞壁損壞松動的砼清除干凈，然后對裂縫進行鑿槽嵌補環氧砂漿處理。

（2）對輸水隧洞出口段11.2m長洞段及出口控制閘段附近地基進行鉆孔試驗檢查，根據鉆孔試驗檢查情況，對輸水隧洞出口段及出口控制閘附近的地基進行固結灌漿加固處理。固結灌漿范圍主要是輸水隧洞鋼管底部同心角120°范圍，沿輸水隧洞出口段至出口控制閘共設7排，排距2m，每排3個灌漿孔，灌漿深度不小于2m，可視實際情況（或鉆孔試驗）調整。濯漿壓力取0.5MPa左右。

（3）對輸水隧洞出口段11.2m長洞段及發電支洞進口段3m長洞段原砼襯砌內面，先進行鑿毛清理干凈，然后采用Q235-C級碳素結構鋼直徑2000mm鋼管內襯加固，經計算鋼管壁厚取15mm。因輸水隧洞出口控制閘寬高僅為1.45m*1.45m，無法將鋼管運入隧洞，可先將鋼管切割成塊，然后送入洞中拼裝焊縫連接。對內襯鋼管和原砼襯砌之間的縫隙，采用水泥回填灌漿和接觸灌漿處理。

①回填灌漿：灌漿壓力為0.4～0.5MPa，材料為水泥。采用鋼板上預留灌漿孔的方式實施。

②接觸灌漿：灌漿壓力為0.2MPa，材料為水泥，采用鋼板上預留灌漿孔的方式實施。灌漿范圍主要是鋼管底部圓心角90°范圍及頂拱圓心角90°范圍。

（4）為了在關閉閘門對隧洞進行充水時排出洞內空氣或在發電機組關閘停機時補充洞內空氣防止真空，避免引起氣蝕和振動，在出口控制閘前隧洞頂部應設置通氣管。由于隧洞頂部空間較小，無法滿足安裝鉆孔機械的工作平臺，后改為在發電支管的鋼管頂部切割Φ200mm的管孔，然后焊接安裝上自動泄壓閥。輸水隧洞出口段加固設計、施工及效果見下圖3～圖5。

圖3 Q235-C級碳素結構鋼鋼管

圖4 鋼管壁回填灌漿

圖5 鋼管切割焊接后效果圖

3 搶險維修中對施工工藝要求

3.1 內襯鋼管材料和焊接要求

（1）按照GB700-2006《碳素結構鋼》，壓力鋼管采用Q235-C級碳素結構鋼；

（2）鋼板在工廠軋制成2m管段，運至工地后先將鋼管用氧割切割成塊，然后送入洞中拼裝焊縫連接，連接時各管段的縱縫錯開，以避開橫斷面垂直直徑和水平直徑上應力較大的部位，縱縫與軸線的夾角應不小于10°；

（3）焊接時按有關壓力鋼管焊接規程規范規定執行，焊縫的間距不小于500mm，以免焊縫效應互相影響。管壁的縱縫和環縫按第一類焊縫施焊，并按第一類焊縫規定進行探傷質量檢查，要求超聲波的探傷抽查率為100%；

（4）焊接完成后對鋼管內壁進行除銹防腐處理，涂刷兩底一面防銹漆。

3.2 固結灌漿、回填灌漿及接觸灌漿施工要求

（1）鋼管壁上預設灌漿孔，在管外焊接補強板。為防止發生鋼管失穩事故，在灌漿過程中，進行加強監測。灌漿后，隨即將灌漿孔清理干凈，用水泥砂漿填充密實，全部灌漿孔均應嚴密封堵（用厚度鋼板焊接封堵）。

（2）回填灌漿、接觸灌漿與固結灌漿均在同一鉆孔中分序進行，在進行固結灌漿時，設置了封堵栓塞。

（3）灌漿孔深、孔距排距、灌漿壓力、漿液稠度及灌漿時間等技術參數，均根據現場灌漿試驗調整。

（4）整個工程灌漿結束，混凝土養護達14d后，用壓水試驗，進行灌漿質量檢查。

4 施工安全和質量的控制

（1）由于洞內施工，場地狹窄，環境條件較差，認真落實做好了通風、照明、安全防護設施及安全標志；同時，加強對施工人員安全意識教育，確保用電安全、施工安全，杜絕了安全事故發生。

（2）加強施工質量全過程控制，嚴格按設計圖紙和要求，以及有關施工規程規范進行施工，確保了工程質量。

（3）隧洞除險加固是關鍵部位，施工質量至關重要，業主代表施工旁站監督，嚴把施工質量關，并督促施工單位做好施工（尤其是灌漿）原始記錄和施工資料（包括施工記錄、照片各類驗收簽證等）整理工作。

5 工程運行現狀及效益

六藍水庫輸水隧洞搶險維修工作，從2016年2月16日專家現場勘查開始，到除險加固方案的設計和工程施工和驗收，直至2016年4月28日投入輸水灌溉及發電歷時僅需72d。總投資23.12萬元，完成主要工程量有：（1）內襯壓力鋼管14.2m，共9.996t；（2）管道回填灌漿88m2；（3）隧洞固結灌漿52.5m；（4）接觸灌漿46m2。

目前，輸水隧洞運行狀況良好，當年壩后電站發電量達到336.2萬kWh，水庫灌區6866.67多hm2的農業灌溉用水得到保障，水庫管理單位總收入仍達到正常年景的水平。

6 結語

通過上述經驗介紹，水庫輸水隧洞出現環向斷裂時，采用鋼管內襯加固進行應急搶險處理的措施切實有效可行。當險情發生后，我們只要做好事前的科學研判和論證設計、規范好搶險過程中的各類施工工藝、把控好安全與質量監督這三個環節，水庫輸水隧洞的搶險維修就能達到預期效果。該方法具有投資少、見效快、堅固實用的特點，適合當前水庫輸水隧洞應急搶險維修的實際，應值得推廣。