地下水影响隧洞衬砌混凝土质量成因分析及解决方案.pdf
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1、地下水影响隧洞衬砌混凝土质量成因分析及解决方案 李桐 宇 陈业广 郎秀艳 ( 1 _ 辽宁水利土木工程咨询有限公司 辽宁沈阳1 1 0 1 6 6 2 辽阳县水务局辽 宁辽 阳 1 1 1 0 0 0 ) 摘要 通过对大伙房输水工程二段输水 隧洞地 下水影响衬砌混凝土质量 的成 因分析 , 提 出有针对性的 解决方案, 以提高混凝土的耐久性, 保障工程安全运行。 关键词 地下水; 隧洞衬砌混凝土; 施工质量; 影响成因 中图分类号:T V 5 5 4 文献标识码: A 1工 程概 况 大 伙房输 水工 程二段 输水 隧洞全 长 1 3 0 8 8 k m,其 中钻爆法施工段长 1 0 0 9
2、5 k in, T B M施工段长 2 9 9 3 k in 。 隧洞需要进行全断面 混凝土衬砌的长度有 1 1 5 3 9 k m,其施工质量 的好坏直接关系到本工程的耐久性及运行安 全 。 目前 该 段 衬 砌 混 凝 土 已 累 计 完 成 约 1 6 k in, 从其外观质量效果看, 除了存在常见的 气泡、 局部麻面等质量通病外 , 还出现了诸多 细微裂 缝 , 且有地 下水从 裂缝 ( 包括施 工缝 ) 中渗出导致混凝土表面泛 白等现象,影响了 衬 砌混凝 土的施 工质量 。 2地下水成 因分析 二段输水隧洞地下水的赋存条件及分布 情况主要受气象、 地形地貌、 岩性及构造等因 素影响
3、。大气降水是该段隧洞地下水的主要 补 给来源 ,对其 丰枯程度及 动态变化起 控制 作用; 同时 , 地表水是另一重要补给源。浅部 岩体由于受构造作用切割 , 促成构造裂隙与 风 化裂隙 的连通 , 构成 了较 强的含水介 质 , 是 地下水获得 渗水补给 和赋存 的场所 。而深部 岩体结构 面多微张 闭合 , 透水性微 弱 , 一般 含水贫乏。 按地下水赋存条件与含水层的空隙性 质 ,将二段工程 区 内地下水 划分为松散 岩类 孔隙潜水 、 裂隙水和岩溶水三类: ( 1 ) 松散岩类孔隙潜水 : 主要分布于浑江 、 富尔 江 、 苏子河 、 浑河 、 清河河 谷及 支流谷地 。 河谷平 原的
4、松散岩类 孔隙潜水含水层 具有 冲 积成因特点, 主侧流分相明显, 堆积颗粒粗 , 其 厚度 向下游有递增之势 ; 竖直方向具有双层结 构特点 , 即表层为粘性土 , 向下为砂砾石层 , 并 与地表水关系密切。 ( 2 ) 裂隙水 : 包括风化裂隙水 、 基岩裂隙水 和构造裂隙水 。 风化裂隙水: 分布在风化裂隙中且多数 为层状裂隙水, 主要受大气降水补给, 有明显 的随季节变化 而循 环交替性 。由于风化裂 隙 彼此相连通 , 在一定范 围内形成相互连通的地 下水体 , 水平方 向透水性均匀 , 竖直方 向随深 度 而减弱 , 多属 潜水 , 局部也 存在 上层滞 水 。 当风化壳上部的覆盖
5、层透水性很差时, 其下部 的裂隙带有一定的承压性。 基岩裂隙水: 主要赋存于成岩裂隙及碎 屑岩类裂隙中。当成岩裂隙的岩层出露地表 时, 常赋存成岩裂隙潜水。本区岩浆岩分布较 广 , 其裂隙水较为发育 , 裂隙均匀密集 , 张开性 好 , 贯穿连通 , 常形成贮水丰富 、 导水畅通的潜 水含水层 , 且多呈层状 分布 , 在一定 范围 内相 互连通 , 广泛分布于洞线区的各岩层中。 含水层岩组包括侏罗系果松组、小东沟 组、白垩系小南沟组;岩层构成分为砂岩 、 页 岩、 安山岩、 凝灰岩等, 分布于中生代盆地内的 低山丘陵区 。 岩组 内多发 育 NE向和 N W 向两 组构造 裂隙 ,节理裂 隙
6、风化带厚度 一般小 于 5 0 m, 接受降水补给 。 构造裂隙水 : 赋存 于断裂带 中 , 包括 断 层构造带及影响带、 岩体节理裂隙等。其赋存 规模直接受岩体破碎程度影响 ,流量差异很 大 , 一般随季节 、 地形地貌 、 岩 性 , 以及断裂 的 性 质 、 规模 、 组成 物质 、 形状 等的变化而变化 , 主要靠大气降水补给。 少数断裂带存在深循环 或呈封闭状态 , 具有 承压性 ; 多数 断裂带透水 性 与富水性微弱 。 由于穿越洞线区构造多为压 性或压扭性, 故不具备稍大型储存地下水的条 件, 多为小型地下水储存场所。 ( 3 ) 岩溶水 : 林 家沟组硅质 条带大理岩 是 岩
7、溶水赋存的主要区段。该洞段较短, 且所含 地下水 一般 为水量贫乏 的岩溶裂隙水。 另据调 查 , 地面尚未发现岩溶现象 。 因此 , 该洞段岩溶 裂隙水不发育 。 经 现场察看和分析 ,二段 隧洞开挖完 成 后 , 洞内地下水主要表现为涌水、 淋渗水, 其中 淋渗水一般为线流状态、 滴水等状态。 3混凝土裂缝渗水成因分析及解决 方案 3 1裂缝渗水成 因分析 已完成混凝土衬砌的隧洞段 , 除了因温度 应力 引起 的裂缝外 , 因地下水作用引起的裂缝 也占有较大比例, 其主要成因分析如下: ( 1 ) 在 较大的地下水作 用下 , 由于混凝 土 浇筑时地下水已掺入到其中, 导致水灰比 发生 投
8、资费用 从 投资费用上对 比两种取水 形式 ,浮船 式 泵站取水建筑工程费用 为 6 3 8 6万元 , 机电 设 备 安装 工 程为 1 7 2 9 4 3万元 ,合 计 约 2 3 6 8 0 3万元 。竖井式泵站取水建筑工程费用 为 2 5 9 0 6 6万 元 ,机 电 设 备 安 装 工 程 为 1 0 3 7 1 3万元 , 合计约 3 6 2 7 7 9万元 。 综合 比较 浮船式比竖井式泵站直接费少 1 2 5 9 7 6 万元, 浮船式取水方案较为经济。 结合以上两方案技术经济比较结论 , 虽 浮船式泵站方案主副厂房必须分区布置 、 但 泵站操控运行为 自动化设计,减小了运行
9、管 理强度 , 仅有船体维护这唯一缺点。相比竖井 方案 , 浮船方案 在土建工程量 、 施工安装便利 性、 投资费用上优势明显, 因此推荐浮船式泵 站取水方案 。 4结语 综上所述, 南沟门水库取水口选在水库库 内距坝址 3 5 k m葫芦河左岸史家河村附近 , 并 采用浮船式泵站 取水 , 不仅投 资费用上经济 , 而且管理运行方 便 , 工程布 置相对简单 , 施 工 便利, 施工工期短。陕西水利 ( 责 任 编 辑 : 唐红云 ) 变化, 不但影响混凝土的强度, 且从其薄弱 处 渗出而造成裂缝 。 ( 2 )较高压力的地下水容易在混凝土 未初凝时对其产生劈裂直至裂缝,导致开 裂渗水。 (
10、 3 ) 由于承压水 的作 用 , 如果混凝 土的 预埋排水孔失效 , 在其压力超过混凝土承 载力时 , 引起破坏产生裂缝 。 ( 4 ) 混凝土开裂后 , 地下 水在裂缝处 与 其 中的 C a O反 应 , 生 成 C a ( OH ) 被 随水带 出 , C a( OH ) 与 空 气 中 的 CO 反 应 生 成 C a C 0 晶体,沉积在裂缝表面或者内部 , 并 沿着衬 砌混凝 土的边 顶拱表 面 向下 流动 , 影响其耐久性和外观质量。 3 2 解决方案 ( 1 ) 灌浆 隧洞混凝土衬砌前 ,根据 地下水 的成 因类型分别对地下水丰富洞段进行阻水灌 浆 和固结灌浆处理 : 当为松
11、散岩类孔隙潜水、风化裂隙 水时, 由于受地表水的直接补给, 一般对地 表 的环境 影响较大 ,开挖后应尽快进 行阻 水灌浆 。 当为构造裂隙水时, 由于水量较大, 影响施工, 也应及时进行阻水灌浆。 当为基岩裂隙水时,应经排放一定 时间, 水量减少时再进行固结水灌浆。 ( 2 ) 设置排水孔 一 般情况下 ,节理裂 隙较发育洞段在 经过阻水灌浆、 固结灌浆处理后, 隧洞滴渗 水将大幅度减少直 至基本 消除 ,在衬砌混 凝土施工时无需设置排水孔 。但下列情况 需要设置 : 育, 可灌性较差; 在类、 a 类围岩洞段 , 因局部存在单点 渗漏水 情况。这两种 情况 的洞段 ,即使经过灌浆 处理也很
12、难 消除滴 渗水, 仍会存在一定范围内的滴水状态。 对此, 应采用防水板和 n型管联合排 水方式,将其集中引排至一模衬砌混凝土 的侧面, 拆除模板后立即施作排水孔, 并做 好反滤处理 。 当基岩裂隙水在衬砌前减少至停止 流出时, 无需进行灌浆处理, 但也应在该段 混凝 土衬砌后 打设排水孔 。 4施工缝渗漏水成 因分析及解决 方案 4 1 施工缝渗水对混凝土的影响 主要表现 为在其施 工缝及周边 出现水 印, 或者出现泛白现象, 引起隧洞洞壁后方 的冲填物随渗漏水流出,引起施工缝被冲 刷破坏 。 4 2 施工缝渗漏水成因分析 设计施工 图图示在前 一模混凝土 浇筑 时 , 在端部设 置 一条
13、宽 3 0 m m、 深 1 0 mm的 止水条预留槽,待浇筑下一模混凝土前安 装橡胶止水条,橡胶止水条遇水膨胀起到 止水效果。预留槽构造见图 1 示。 实际施工过程中,部分安装止水条的 施工缝仍存在渗漏水 , 其成因分析如下: 在b 类围岩洞段, 因节理相对不发 图 1 止水条预留槽示意图 表 1 橡胶止水条膨胀率试 验统计表 ( 1 ) 膨胀率分布不均匀 或膨胀 时间长 为了验证橡胶止水条膨胀的均匀程度 和膨胀时间 ,在 1 5 #支洞取 3段各 1 0 m长 采用完全泡水法试验, 其结果见表 1 示。 通过试验 , 止水条( 端部除外) 1 2 h 膨胀 1 1 0 左右 , 2 4 h
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