談水利水電工程水工隧洞滲水問題

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摘要：水工隧洞多見于水利水電工程中，主要用于泄洪、引水發(fā)電等，具有較大的使用價值，但由于較多存在隧洞滲水問題，以至于威脅水利工程質(zhì)量及安全。本文首先就水工隧洞滲水問題危害予以概述，分析了水工隧洞常見滲漏原因，其次對常見隧洞滲漏處理方法進(jìn)行了探討，并提出相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：水利水電工程；水工隧洞；滲水問題

在我國，出于環(huán)境及經(jīng)濟(jì)效益考量，較為重視水利水電工程建設(shè)，但為了滿足工程內(nèi)建筑過水需求，通常會設(shè)計(jì)水工隧洞，而且其功能多樣，分別具有泄洪、導(dǎo)流、引流發(fā)電等功能。但筆者經(jīng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，滲水現(xiàn)象在許多水工隧洞質(zhì)量問題中較為多見，并威脅到其隧洞結(jié)構(gòu)安全。為保證水工隧洞結(jié)構(gòu)安全，基本會采用襯砌技術(shù)，但滲漏問題也多發(fā)生在襯砌混凝土結(jié)構(gòu)中，并且還表現(xiàn)出季節(jié)性特點(diǎn)，多雨季節(jié)襯砌結(jié)構(gòu)更易滲水。滲水的發(fā)生，對于水工隧洞會帶來較大危害性，甚至引發(fā)水利工程安全事故。為此，水工隧洞施工應(yīng)對滲水危害及常見原因進(jìn)行深入分析，以預(yù)防為主，并對襯砌后滲水采取必要處理措施，以維護(hù)水利工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

1水工隧洞滲水問題危害

通常而言，以地下水為主的隧洞外部水源會經(jīng)由內(nèi)襯混凝土縫隙而產(chǎn)生滲漏，對水利工程結(jié)構(gòu)的危害性顯著，具體表現(xiàn)為：一是隧洞滲水問題會對滲水路徑范圍內(nèi)的混凝土結(jié)構(gòu)帶來持續(xù)傷害，隨著水泥砂漿被沖走，其滲水程度會愈加嚴(yán)重，甚至構(gòu)成永久性滲水通道，逐漸從多點(diǎn)少量的滲水，發(fā)展成為較大范圍的滲水，這無疑會降低隧洞混凝土強(qiáng)度，冷縫問題的產(chǎn)生也不可避免，進(jìn)而威脅到隧洞整體結(jié)構(gòu)安全。二是若在實(shí)際投運(yùn)前，隧洞襯砌即已發(fā)生滲漏，將會加速混凝土的鈣化過程，而且隨著隧洞的使用，在水流沖擊下，鈣化、銹蝕問題將會加劇，使得襯砌混凝土出現(xiàn)破損，危及隧洞結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。三是滲水，其會使襯砌混凝土中防水材料脫落，主要是膠凝材料會被沖走，加劇隧洞滲水問題。四是內(nèi)水外滲問題，由于在水利工程中，許多隧洞還承擔(dān)著輸配水的任務(wù)，如若存在嚴(yán)重外滲問題，將較大程度地?fù)p害隧洞附近的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，產(chǎn)生邊坡失穩(wěn)等問題。

2水工隧洞常見滲漏原因

2.1水工隧洞滲涌水問題

通常來說，地質(zhì)作用對巖體影響很大，比較常見的作用有地應(yīng)力和表層風(fēng)化等，巖體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性很容易遭到破壞，出現(xiàn)斷層、裂縫和破碎等情況，與此同時，巖體遭到破壞的部位容易出現(xiàn)大量水源或者便于水源進(jìn)出。在進(jìn)行隧洞開挖時，通常需要進(jìn)行爆破工作，在此過程中部分巖體會遭到破壞，產(chǎn)生排水通道，然后會有大量的地下水向外排放，在此基礎(chǔ)上很容易產(chǎn)生滲涌水。由此可知，在進(jìn)行隧洞開挖時，經(jīng)常會出現(xiàn)滲水現(xiàn)象（主要為洞壁）。地下水的分布位置、含量和供給程度等有著明顯不同，裂縫程度也各有不同，洞壁滲水涉及的區(qū)域有單點(diǎn)型和片狀型，滲水量不大時主要表現(xiàn)為點(diǎn)狀，水量供給充足時會產(chǎn)生較大的滲水量，此時主要為涌水或者淋水狀態(tài)，某些特殊地層還會產(chǎn)生巖溶管道水；滲水量還會受到季節(jié)變化的影響，變化幅度明顯。

2.2襯砌混凝土設(shè)計(jì)問題

不同工況對應(yīng)的襯砌混凝土也是各有不同，比如說水工隧洞對應(yīng)混凝土強(qiáng)度一般超過C20，因此在實(shí)際施工時，相關(guān)人員一定要結(jié)合實(shí)際工況，選擇合適的混凝土防滲等級。變形縫主要應(yīng)用于地質(zhì)變化位置，施工縫則應(yīng)用于其他施工位置。當(dāng)涉及變形縫時，通常會用到銅片止水板；而涉及變形縫時，一般會用到膨脹止水條。在完成隧道開挖工作以后，為了保證后續(xù)工作的順利進(jìn)行，通常需要處理洞壁滲水問題，防排水結(jié)構(gòu)是比較常見的應(yīng)對措施，主要將其設(shè)置在襯砌混凝土外，防滲水效果顯著。然而當(dāng)涉及水利水電工程時，考慮到成本因素，很多施工人員沒有對滲水情況引起重視，很多位置沒有采取防滲水措施，通常利用導(dǎo)水管來進(jìn)行引排處理，完成混凝土襯砌以后，還需要進(jìn)行堵水處理，130UrbanismandArchitecture比較常見的方法有固結(jié)灌漿和回填灌漿，為了保證施工質(zhì)量，一定要做好監(jiān)管工作，避免洞內(nèi)滲水過多，影響隧道的正常使用。

2.3襯砌后混凝土滲水原因

在水工隧洞工程中，滲水問題也常見于襯砌混凝土施工中，主要內(nèi)容有以下幾點(diǎn)。第一，埋管引排處理不當(dāng)，首先，在對一些滲涌水（條帶狀等）進(jìn)行處理時，很容易受澆筑及鋼筋安裝作業(yè)的影響，導(dǎo)致定位不精確；其次，施工單位沒有對排水工作引起重視；最后，很多監(jiān)管人員在施工過程中沒有盡到自己的責(zé)任和義務(wù)，綜合素質(zhì)有待提高。第二，新澆混凝土防水性能不佳。如果襯砌混凝土強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，則很難保證其防滲水性，同時在實(shí)際工程中防水措施落實(shí)不到位，引排水管安放位置不當(dāng)，澆筑混凝土?xí)绊懻５呐判构ぷ?，?dǎo)致壓力增加，相當(dāng)一部分水泥砂漿會流失，如果不及時處理就會導(dǎo)致施工縫面處產(chǎn)生排水通道，增加滲水量，影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第三，襯砌結(jié)構(gòu)施工縫、變形縫滲漏。為確保水工隧洞質(zhì)量安全，對其施工與設(shè)計(jì)有著嚴(yán)格規(guī)范要求，尤其是在隧洞防水方面，而常用的施工縫止水方法，主要是利用止水條。通常在隧洞施工中，止水條的安裝一般是在完成先澆塊施工后，需通過人工方式形成切槽，利用止水條遇水膨脹的特性，可實(shí)現(xiàn)施工縫的有效封堵，之后還需進(jìn)行后澆塊施工。但該方法，在水工隧洞內(nèi)施工效果往往低于預(yù)期，其原因在于切槽處混凝土需2~3d方可達(dá)到要求強(qiáng)度（10MPa），而受到隧洞實(shí)際施工條件限制，由于采用的是隧洞內(nèi)后退澆筑的方式，很難為混凝土留出相應(yīng)時長的凝固期，此時若繼續(xù)安裝止水條，其防滲止水效果必然受損。而且在無法有效固定止水條的情況下，受后澆塊施工影響，還可使止水條產(chǎn)生位移。對隧洞襯砌混凝土施工縫中鋼筋，通常會借助于木方拼裝的方式予以處理，但很難保證止水條切槽處平整性。此外，作為混凝土結(jié)構(gòu)，隧洞襯砌在施工后也必然存在較多縫隙，單憑止水條，無法做到完全預(yù)防隧洞滲漏問題。

3水工隧洞滲漏處理措施及建議

3.1回填及固結(jié)灌漿處理效果分析

對于襯砌結(jié)構(gòu)滲水問題的處理，較為理想的狀況，便是可通過回填及固結(jié)灌漿加以處理，而同時這也是隧洞襯砌施工后的必備環(huán)節(jié)。通常是在已發(fā)現(xiàn)滲漏的位置，利用灌漿孔來實(shí)現(xiàn)隧洞滲漏的封堵，如果仍未達(dá)到防水效果，還可借助化學(xué)灌漿的方式，然而經(jīng)許多水利工程調(diào)研表明，回填及固結(jié)灌漿處理往往達(dá)不到預(yù)期。其技術(shù)要求為：合理布置灌漿孔，環(huán)距應(yīng)平均分布，間排距通常為3m，而且在各環(huán)內(nèi)灌漿孔應(yīng)為梅花形，還要控制好孔位的偏差，同時，漿液的選擇應(yīng)僅選用水泥材料，而且在灌漿時，壓力也不宜過大，一般要控制在0.3~0.5MPa，但受灌漿壓力限制，很難達(dá)到較好的堵水效果。同時，水工隧洞內(nèi)回填灌漿的耗費(fèi)成本較高，而且對于灌漿施工技術(shù)要求頗高，該項(xiàng)施工內(nèi)容具有隱蔽性，許多灌漿施工缺乏有效監(jiān)管，有的施工未掌握隧洞灌漿施工技術(shù)，容易造成灌漿質(zhì)量不達(dá)標(biāo)。此外，若存在片狀滲水的情況，如若仍選用上述灌漿方法，將會因打孔范圍過大，而危害隧洞內(nèi)襯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。

3.2滲涌水問題處理措施

由上述分析可知，回填及固結(jié)灌漿方法并不能保證水工隧洞完全防滲效果，如果經(jīng)回填及固結(jié)灌漿處理，依然存在滲漏問題，那么可將其視為質(zhì)量問題，應(yīng)由水工隧洞施工隊(duì)伍加以整改，但若合同中未明確施工變更要求，且業(yè)主方不出資，很容易造成隧洞滲漏問題糾紛。在實(shí)際水工隧洞工程中，應(yīng)結(jié)合滲水問題特點(diǎn)，在較為嚴(yán)重的情況下應(yīng)采取灌注漿液的方式，主要是利用純水泥材料，而對于較小的滲漏問題，使用化學(xué)灌漿方法便可取得較好效果。此外，對于襯砌結(jié)構(gòu)中縫面滲水問題，為達(dá)到堵水效果，通常也是采用鉆孔灌漿的方式，其鉆孔主要是分布在滲水裂縫的兩側(cè)，最后還要處理好襯砌結(jié)構(gòu)裂縫表面，如環(huán)氧砂漿。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，化學(xué)灌漿的方法對于單點(diǎn)少量滲水點(diǎn)有較好的止水效果，但整體成本較高，尤其是在出現(xiàn)片狀、線狀滲水情況下，盡管耗費(fèi)巨大，但滲水問題也得不到完全解決，所以通常要求在完成隧洞襯砌結(jié)構(gòu)澆筑前，便處理好洞壁滲水問題，這樣可以起到較好效果。

3.3相關(guān)建議

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，只有切實(shí)保障隧洞襯砌混凝土施工質(zhì)量，才能從根本上控制隧洞滲水問題發(fā)生。具體要求如下：一是要將防排水設(shè)計(jì)放在水工隧洞施工設(shè)計(jì)的關(guān)鍵位置，從水工隧洞的開挖到襯砌施工，均應(yīng)有效解決好滲水問題。在保證襯砌結(jié)構(gòu)質(zhì)量的基礎(chǔ)上，制定可行性高的防排水措施，要結(jié)合隧洞實(shí)際情況，分析其滲水的可能性，并制定針對性的隧洞防水設(shè)計(jì)，減少灌漿堵水等成本消耗。二是要求防排結(jié)合，在實(shí)際水工隧洞工程中，通常要求設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，主要設(shè)于隧洞的下方位置，同時還要采取防水以及滲水匯排設(shè)計(jì)，主要是借助排水板實(shí)現(xiàn)。但由于防水板會對襯砌混凝土施工效果產(chǎn)生一定影響，通常要求其設(shè)于滲水部位，這并不會對襯砌混凝土與基巖膠結(jié)牢固性帶來不利影響，主要是因?yàn)闈B漏本身會對其有所影響。三是膨脹止水帶并不適用于所有水工隧洞，尤其是對于輸水型隧洞，往往達(dá)不到應(yīng)有的止水效果，為此可替換為橡膠止水帶，但要注意予以有效固定。四是應(yīng)當(dāng)完善隧洞設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)范，尤其是對隧洞防排水的相關(guān)內(nèi)容，嚴(yán)格開展隧洞地質(zhì)及環(huán)境勘查，優(yōu)化襯砌施工方案，并著重做好防排水施工，確保水工隧洞免受滲水危害。

4結(jié)語

綜上所述，水工隧洞的特點(diǎn)決定了在隧洞開挖以及襯砌施工后，均會有較多滲水問題發(fā)生，進(jìn)而危及隧洞結(jié)構(gòu)質(zhì)量安全。為此要重視水工隧洞防滲設(shè)計(jì)及施工，盡可能在襯砌前完成對洞壁滲水問題的處理，對于襯砌后滲水問題，應(yīng)采取積極的治理措施，善用回填、固結(jié)灌漿、化學(xué)灌漿等方法，使隧洞達(dá)到基本驗(yàn)收條件，提高水利工程整體質(zhì)量。

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作者：鄒海峰 單位：南水北調(diào)中線干線工程建設(shè)管理局河南分局