鮑世虎，張洋

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 311122）

1 工程概述

某水電站裝機(jī)容量4 800 MW，電站樞紐工程主要由首部低閘、引水系統(tǒng)、尾部地下廠房等永久性建筑物組成，為低閘、長隧洞、大容量引水式電站。引水隧洞單條長約16.7 km，沿線上覆巖體一般埋深1 500～2 000 m，最大埋深約為2 525 m，具有埋深大、洞線長、洞徑大的特點(diǎn)。

水電站已建成投產(chǎn)運(yùn)行多年，引水隧洞已歷經(jīng)多次放空檢修，總體運(yùn)行狀況良好。在電站建設(shè)期間，因特大暴雨的影響，2012年引水隧洞K15+200 m樁號附近洞段曾出現(xiàn)襯砌破損現(xiàn)象。2018年和2019年，通過水下機(jī)器人對引水隧洞進(jìn)行檢查，再次發(fā)現(xiàn)上述洞段出現(xiàn)破襯砌損現(xiàn)象。2021年2—3月，對引水隧洞進(jìn)行了放空檢修，發(fā)現(xiàn)上述洞段襯砌結(jié)構(gòu)出現(xiàn)翹曲破損、鋼筋外露變形等現(xiàn)象，破損范圍有所擴(kuò)大。

2 襯砌結(jié)構(gòu)布置設(shè)計

電站引水隧洞長約16.7 km，隧洞主軸線方位角為N58°W，立面為緩坡布置，底坡3.65‰。引水隧洞K15+200 m樁號附近洞段采用TBM開挖，圓形斷面，鋼筋混凝土襯砌，襯后洞徑11.00 m。引水隧洞最大引用流量為457.2 m3/s，流速約為4.87 m/s，最大靜水頭約為78.3 m。襯砌混凝土等級為C25W8，厚60～80 cm，其中底板厚60 cm，單層鋼筋，φ28～φ22@20 cm。固結(jié)灌漿入巖孔深6.0 m，灌漿壓力6.0 MPa，間、排距3.0 m×3.0 m。

3 襯砌歷次破損及修復(fù)

3.1 2012年8月“8.30”暴雨期間

引水隧洞襯砌施工完成，固結(jié)灌漿基本完成，局部地下水發(fā)育洞段灌漿未完成?！?.30”暴雨期間，K15+180 m～15+212 m洞段襯砌底板與邊頂拱多處發(fā)現(xiàn)縱向方向的混凝土開裂情況（見圖1）。

圖1 “8.30”暴雨期間破損現(xiàn)象

對破壞的襯砌混凝土進(jìn)行了鑿除和修復(fù)處理，對混凝土裂縫進(jìn)行了灌漿，并對襯砌破壞較嚴(yán)重的部位進(jìn)行加密灌漿處理。在K15+173 m～15+221 m洞段地下水出露位置的襯砌結(jié)構(gòu)上設(shè)置了隨機(jī)減壓孔φ90 mm，入巖深度0.1 m，并安裝逆止閥。

3.2 2014年11月第一輪放空

K15+180 m～15+220 m洞段邊墻及底板再次出現(xiàn)局部襯砌混凝土破壞等現(xiàn)象。破壞區(qū)域襯砌表面混凝土破裂，部分區(qū)域鋼筋外露彎曲，并伴有滲水或涌水（見圖2）。

圖2 第一輪放空期間的破損現(xiàn)象

鑿除破損混凝土，襯砌采用C30W8混凝土修復(fù)。破損洞段底板120°范圍進(jìn)行圍巖加固灌漿，灌漿孔間、排距3.0 m×3.0 m，灌漿孔深入巖6.0 m。結(jié)合灌漿孔封孔布置插筋φ32，L=3.0 m，插筋入巖深度2.5 m。破損洞段布置減壓孔，孔深入巖0.6 m，間、排距3.0 m×3.0 m，孔內(nèi)安裝逆止閥。

3.3 2017年3月第二輪放空

K15+180 m～15+191 m洞段襯砌右邊拱出現(xiàn)大面積泥凝土抬動，破壞區(qū)長約11 m、寬約5 m，裂縫處滲水但未露筋。K15+197 m樁號右邊拱施工縫處混凝土脫落，破壞區(qū)長約6.0 m、寬約0.5 m，未發(fā)現(xiàn)露筋及滲水現(xiàn)象；K15+200 m和K15+207 m樁號位置襯砌出現(xiàn)小面積輕微破壞。

鑿除破損混凝土，采用高強(qiáng)聚合物砂漿材料對襯砌進(jìn)行修復(fù)。K15+180 m～15+220 m洞段布置系統(tǒng)減壓孔，間、排距2.0 m×2.0 m，孔深入巖0.5 m，襯砌破壞和地下水出露位置再隨機(jī)加密布置，減壓孔內(nèi)安裝逆止閥。

4 2018—2021年破損現(xiàn)象

2018—2021 年期間，對引水隧洞先后進(jìn)行水下機(jī)器人不放空檢查和第三輪放空檢查，發(fā)現(xiàn)在K15+200 m附近洞段再次出現(xiàn)較為嚴(yán)重的破損現(xiàn)象。其中，K15+203 m～15+209 m段底板淺表混凝土破損，鋼筋外露、彎曲等（見圖3），破損范圍約為6.2 m×4.6 m（長×寬）。

圖3 第三輪放空期間破損現(xiàn)象

5 襯砌修復(fù)必要性

引水隧洞出現(xiàn)了襯砌結(jié)構(gòu)翹曲破損、鋼筋外露扭曲等破壞現(xiàn)象，將對電站的長期安全運(yùn)行造成不利影響。

（1）混凝土襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生翹曲破損現(xiàn)象，將增加引水隧洞混凝土過流表面的粗糙度，增加水頭的損失，持續(xù)降低未來的發(fā)電效益。

（2）混凝土襯砌破損后，暴露的鋼筋失去混凝土的保護(hù)作用，承載能力下降，鋼筋可能因銹蝕和沖刷而逐漸變細(xì)，甚至彎曲、斷裂。

（3）襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞后，承載力下降，當(dāng)外水壓力過大等根本原因未得到有效處理時，其襯砌結(jié)構(gòu)的破壞現(xiàn)象有可能會進(jìn)一步加劇。

6 襯砌破損原因及修復(fù)處理原則

引水隧洞K15+200 m附近洞段位于的鹽塘組T2y和溶隙—裂隙散流型水文地質(zhì)單元出水帶內(nèi)，出水帶范圍即K15+212 m～14+046 m。根據(jù)已有的檢查結(jié)果和前期結(jié)構(gòu)設(shè)計資料分析認(rèn)為，引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)發(fā)生翹曲破壞的主要原因?yàn)橥馑畨毫^大造成了襯砌結(jié)構(gòu)的局部破壞。歷次修復(fù)處理已在局部區(qū)域增設(shè)減壓孔，但放空檢查期間未見減壓孔有明顯的出水現(xiàn)象，孔內(nèi)的逆止閥為機(jī)械結(jié)構(gòu)，可能因析鈣或洞內(nèi)泥沙淤等不利現(xiàn)象導(dǎo)致逆止閥排水失效。

襯砌結(jié)構(gòu)的破壞屬于局部破壞，可按原設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修復(fù)，重點(diǎn)是應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際水文地質(zhì)條件，對引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)采取有效的排水措施，及時釋放外水壓力，減少混凝土襯砌結(jié)構(gòu)的外部荷載。

7 修復(fù)處理設(shè)計方案

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況及計算分析，對破損區(qū)域及外延洞段的底拱120°范圍擬定處理方案：一是鑿除破損混凝土，襯砌采用環(huán)氧混凝土回填修復(fù)。二是對已出露的集中滲漏水點(diǎn)需作引排處理，在混凝土澆筑前預(yù)埋排水鋼管，鋼管內(nèi)端深入襯砌內(nèi)，外水可自由排泄至洞內(nèi)。三是對淺層圍巖進(jìn)行固結(jié)灌漿處理，灌漿孔間、排距1.5 m×1.5 m，孔深8 m；充分利用圍巖的抗?jié)B性能，降低外水作用在襯砌上的壓力。四是為加固圍巖、增強(qiáng)圍巖與襯砌之間的整體性，布設(shè)普通砂漿錨桿φ32，長4.5 m，間、排距1.5 m×1.5 m。五是布設(shè)排水孔φ50～90 mm，入巖深2.0 m，孔內(nèi)不設(shè)逆止閥。

在假定外水壓力為500 m且不存在集中滲漏通道的情況下，修復(fù)處理后襯砌結(jié)構(gòu)的受力分析如下所示（見圖4）。由圖4可知：一是襯砌的最大滲透壓力集中在邊頂拱外側(cè)，約為37 m。二是襯砌的最大拉應(yīng)力集中在邊頂拱內(nèi)側(cè)，約為0.40 MPa。三是襯砌的最大壓應(yīng)力集中在邊頂拱內(nèi)側(cè)，約為0.75 MPa。

圖4 襯砌修復(fù)處理后外水壓力作用下襯砌滲壓和應(yīng)力（單位：Pa）

8 結(jié)語

（1）引水隧洞局部洞段混凝土襯砌出現(xiàn)破損現(xiàn)象之后，將增大水頭損失，降低發(fā)電效益，降低結(jié)構(gòu)承載力和耐久性；為保證電站長期安全運(yùn)行，修復(fù)處理是必要的。

（2）引水隧洞襯砌破損僅發(fā)生在局部洞段，且多次集中在底拱區(qū)域出現(xiàn)，主要是由于存在集中滲漏通道、外水壓力過大等，對結(jié)構(gòu)整體安全性影響較小，需要針對性采取處理措施。

（3）引水隧洞襯砌結(jié)構(gòu)局部破壞，可根據(jù)原設(shè)計參數(shù)進(jìn)行修復(fù)，局部增設(shè)系統(tǒng)固結(jié)灌漿、系統(tǒng)錨桿和系統(tǒng)減壓孔等。為避免逆止閥因析鈣或泥沙淤堵等原因失效，在增設(shè)的減壓孔中不再設(shè)置逆止閥，確保外水能及時釋放、避免襯砌承受過大的外水壓力。在類似工程中，應(yīng)根據(jù)引水隧洞水文地質(zhì)環(huán)境研究是否設(shè)置逆止閥，并研究逆止閥能否正常工作。

（4）2021年12月，通過水下機(jī)器人檢查發(fā)現(xiàn)，引水隧洞K15+200 m附近洞段在經(jīng)過一個汛期后襯砌結(jié)構(gòu)依然運(yùn)行狀態(tài)良好，工程處理措施是合適的。