万家寨引黄工程南干线7#隧洞存在的缺陷和处理措施

　　Abstract: The article directed some questions about the leakage、 the hole section unequal settlement and so on in the south of the Yellow-river project to Wanjiazhai the skeleton line 7# water-carrying tunnel．Used the part of the work under jurisdiction longitudinal seal joint grouting、 the pea gravel backfill to flaw processing and solidifies processing measure and so on the grouting、installment anchor rod，it had carried on the detailed introduction. It detail narrated the successful case of the flaw about the many water holes section and the high head holes section and thecommunications water flaw of the fault and the influence reinforces about the F65 and the F74 holes section. After process flawconstruction processing, passes through two times of test to indicate that the processing effect was remarkable and it had achieved the anticipated goal.

　　Key Words：Hydraulic tunnelThe tunnel flaw processes The TBM construction tunnel

　　工程概况

　　山西省万家寨引黄工程南干线7#隧洞位于山西省神池县小狗儿涧和宁武县头马营之间，全长达42.5km，为我国目前建成最长的水工隧洞。该隧洞为无压输水洞，设计流量25.8m3/s，圆形断面内径4.2m，纵坡1/1250，采用全断面、双护盾TBM掘进机施工。洞段为预制混凝土管片衬砌，管片为长六边形的弧形片，每环4片。衬砌厚度0.25m，每环1.4m宽。管片混凝土等级为C30。管片与围岩之间用豆砾石回填后进行水泥灌浆。

　　1、工程存在的缺陷

　　如此之长的隧洞，在施工中不可避免遇到不良的地质条件，加之设计、施工中存在的不足，如TBM施工采用的是掘进与衬砌同时进行，快速成洞技术，只对洞周进行了回填灌浆，对断层、膨胀岩、高外水等不良地质洞段则未进行处理，造成7#隧洞贯通后存在许多缺陷，现就其存在的主要缺陷进行说明：

　　1）渗漏。渗漏做为水工隧洞常见的病害之一，在7#隧洞表现很为突出。隧洞施工桩号为60+269~101+249，从桩号约69km下游洞段全部处于地下水位以下，地下水活动相当活跃。其渗漏表现形式为：“挂冰”（钙质物析出）、线状流水、滴水、渗水、潮湿和局部涌水。以桩号71+463~73+966富水段为例，据施工前的统计数据：涌水点9处，洞段长28.3m；线状流水28处，洞段长944m；涌水量大于0.1L/s，共计有112处，最大涌水量达到0.9m3/min。

　　2）洞段沉陷、管片错台。7#隧洞在TBM施工中揭露了10个断层带，两个溶洞，Ⅴ类、Ⅵ类围岩比较普遍，局部还有煤系地层和膨胀岩地层。地质条件很差以及隧洞掘进时控制不当造成隧洞存在多处沉陷，有的甚至影响到隧洞的过水，如其中最大沉陷段如洞南桩号97+159.464~97+270.388段，其坡比为1/182.6，-1/193.6，与设计坡比1/1250相差过大。再者是管片错台情况比较普遍。如摩天岭断层带有16.8m长的管片明显凸起，此洞段洞径最小为4.016m，错台高度达到10cm左右。

　　3）管片片体、接缝破损。在施工中发现不少接缝勾缝砂浆破损，多处甚至没有勾缝砂浆。主要是隧洞的变形错台所致，另外与接缝止水失效也不无关系。

　　另外管片原有的机械安装孔在豆砾石层回填灌浆后，不少孔封堵不严，也是造成渗漏的原因之一。

　　基于上述缺陷所带来的影响，为确保工程稳定安全运行，对存在缺陷的洞段进行针对性的处理是非常必要的。2002年山西省万家寨引黄工程总公司公开对7#洞缺陷处理工程进行了招标，由水利电力部天津勘测设计研究院进行设计，山西水工局、水电七局、水电十一局等多家承包商进行施工。

　　2、缺陷处理施工

　　7#隧洞缺陷处理主要是通过灌浆处理和锚杆安装加固等措施，提高洞周围岩弹模、增强围岩抗力和自稳性能，并形成一定厚度的帷幕圈，达到防渗止漏、洞室稳定的目的。

　　2.1处理措施

　　2.1.1管片纵缝接缝灌浆

　　对存在渗漏、破损的接缝采用砂浆进行修补或重新勾缝，砂浆标号不低于管片混凝土标号，然后进行钻孔灌浆修补砂浆。施工工艺为：

　　a.钻孔：在纵缝与环缝接头处用小口径钻具钻设两孔，一个安装进浆咀，一个安装出浆咀。孔深为15-16cm，孔径φ8~18mm。

　　b.洗缝：将水管接到灌浆孔上，冲洗到回清水为止。

　　c.灌浆：灌浆水泥采用525#微膨胀水泥，浆液水灰比0.5：1，灌浆压力0.1~0.5Mpa。达到设计压力不吃浆继续灌注5min后即可结束。

　　d.封孔：灌浆结束后，用浓浆待凝封孔，使用修补砂浆抹平孔口。

　　e.质量检查：灌浆结束7d后，采用钻孔取芯检查，每100m缝取10孔，浆液结石在缝内充填饱满即为合格。

　　2.1.2豆砾石回填灌浆和固结灌浆

　　这次本次缺陷处理施工中最主要的处理措施。对存在渗漏和不良地质段，利用管片原灌浆过程全部使用灌浆自动记录仪监测和记录，以保证灌浆]质量和效果。灌浆后的封孔应采用机械封孔与人工封孔相结合的办法，封堵密实。

　　2.1.3安装锚杆

　　对于不良地质洞段，安装锚杆进行加固，以增加洞室结构的稳定。锚杆安装采用砂浆固定或锚固剂锚固。待砂浆或锚固剂达到一定强度后，安装钢垫片和螺帽。锚杆外露部分及垫片、螺帽的总高度不大于3cm。使用修补砂浆将其外露部分包裹进行保护，砂浆与管片平顺连接形成蘑菇头形状（见图2），并涂刷柔性防水层，涂刷厚度≥1.0mm，范围：以锚杆孔为中心，φ24cm的圆形。

　　2.1.4排水

　　对高外水洞段，采取钻设排水孔、安装排水管的方法引排涌水，降低外水压力。

　　对于严重影响过水的纵坡超差段，则拆除原管片，改为现浇C30混凝土衬砌。

　　除上述措施外，还有钢板衬砌、涂刷防渗涂层等。

　　2.2缺陷处理施工实例

　　以上列举了本次缺陷处理工程中主要采用的措施，在实际的施工中，针对不同的地质条件、缺陷特征，必须采取综合采取上述措施，才能达到良好的处理效果。以下介绍2处具有代表性的洞段的缺陷处理方案。

　　2.2.1富水段和高外水段的处理

　　富水段和高外水段围岩主要为砂页岩地层，节理裂隙比较发育，且处于区域地下水之下，地下水量非常充沛，在缺陷处理施工过程中，其局部涌水量能满足该段正常灌浆施工的需要。

　　富水段和高外水段的处理遵循“上截下排，以堵为主，以排为辅”的原则，对Ⅴ类围岩洞段均做回填灌浆和固结灌浆处理（之前进行纵缝接缝灌浆），Ⅲ、Ⅳ围岩所有漏水点进行回填灌浆和固结灌浆。在高外水段顶部管片钻设排水孔，安装排水管引排涌水。

　　通过上述措施处理，富水段和高外水段防渗效果显著。表3是该段试验段处理前后压水试验成果对比，可以看出：灌浆前试验孔透水率平均为3.6Lu，灌浆后检查孔透水率平均为0.65Lu，远远低于设计规定值。

　　表3试验段灌浆处理前后透水率对照表

　　灌浆后经多次检查：该洞段大部分比较干燥，所有灌浆孔和接缝无明显渗水和漏水情况。说明灌浆处理防渗堵漏效果明显，达到预期效果。

　　2.2.2F65、F74断层及影响带加固

　　F65（摩天岭断层）、F74断层位于7#隧洞进口附近，断层及影响加固带围岩节理发育，岩体呈层状碎裂结构，基本都为V类，且断层与隧洞多呈锐角相交，围岩极不稳定，极宜发生破坏，尤其是F65断层带在TBM施工过程中就曾出现过较大的塌方，该段管片变形也很大。虽然在国际标施工中对此进行过处理，但处理很不完善。

　　本次的缺陷处理，除进行破损管片、错台处理和接缝灌浆的处理外，主要对洞段围岩进行水泥灌浆处理（对塌方形成的空腔增加砂浆回填处理）和锚杆加固。其中固结灌浆钻孔深入基岩6m，锚杆长度等同洞径4.2m。

　　F65断层除进行了以上措施的处理外，对围岩极不稳定的断层带还需采用槽钢、钢板衬砌进行进一步的加固。具体方案是：对桩号61+889~61+940.8范围内的管片纵环向用10号槽钢加固，槽钢与管片用螺栓固定。衬砌钢板纵宽1.85m，沿槽钢环向用钢板（连接板）焊接，焊接点不小于50%环向长度。所有钢材都进行了防腐处理。钢衬与管片之间形成的空腔进行砂浆回填（砂浆标号M20）。在回填的砂浆变硬后，再进行钢衬后回填灌浆和接触灌浆，以减少钢衬后脱空区，确保钢衬后回填砂浆层密实，使管片衬砌、回填砂浆、钢衬紧密结合，保证结构的整体性。

　　通过压水试验、钻孔取芯检查固结灌浆、砂浆回填处理达到设计要求，锚杆拉拔试验表明锚杆拉拔力大于设计要求的60KN。通过超声波检验探伤，钢衬焊缝质量符合GB11345-89标准BⅠ、BⅡ级焊缝要求。

　　3、结束语

　　现7#隧洞缺陷处理工程已基本完工，处理洞段25.235Km，经施工检查验收，缺陷处理施工达到设计要求，工程质量合格。2004年4月和9月进行了2次通水试验，试验解雇表明，处理效果显著，达到预期目标。

　　7#隧洞缺陷处理工程的顺利完成，改善了隧洞的运行条件，确保了7#隧洞的正常使用，进一步保证了整个引黄工程经济、社会效益的发挥。同时也以实践证明了7#隧洞所采取的缺陷处理措施是合理有效的，对今后水工隧洞及其它类似工程的缺陷处理提供了宝贵经验。

　　参考文献：

　　[1]中华人民共和国行业标准SL62-94，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（水工隧洞灌浆部分）. 水利部，1991。

　　[2]王国秉 . 水工隧洞的渗漏和综合治理，山西水利科技，2004（4）