趙利平

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西西安710001）

煙崗水電站引水系統缺陷處理設計

趙利平

（陜西省水利電力勘測設計研究院，陜西西安710001）

煙崗水電站引水系統全線貫通永久襯砌完成后 ，對混凝土襯砌段進行了全面質量檢測和充、放水試驗，發(fā)現工程存在多種質量缺陷問題，局部洞段漏水情況嚴重 ，不能滿足隧洞正常使用功能要求。設計根據缺陷情況逐段分析研究，提出方案進行比較，有效避開時間效益間的矛盾，最終采用鋼管襯砌等方案合理解決了工程缺陷問題，使工程效益得到發(fā)揮。

引水系統；缺陷處理；鋼管襯砌；工程效益

1 工程概況及存在的問題

煙崗水電站是鴨嘴河梯級電站的第二級水電站，為Ⅲ等中型工程，位于四川省涼山州木里縣鴨嘴河干流上，從上游開始依次為布西、煙崗、跑馬坪三個梯級水電站，河道平均比降42‰（見圖1）。三級電站總裝機容量260MW，其中煙崗電站120MW，額定水頭600m，多年平均發(fā)電量4.943億kW?h。

其引水系統布置于鴨嘴河左岸山體內，依次由進水口、引水發(fā)電洞、調壓室、事故閥室及壓力管道五部分組成。引水發(fā)電洞為壓力隧洞，最大內水水頭62 m，最大外水水頭292 m，設計引水流量23.6 m3／s，全長5 840m（進水口至調壓井中心線）。在其下游設置水室式調壓室；后接壓力管道，總高差592 m，總長1 354m。

圖1 鴨嘴河干流梯級水電站縱剖面示意圖

引水發(fā)電洞原設計開挖及噴錨支護斷面為馬蹄形，襯砌斷面為圓形。由于現場開挖沒有控制好，導致開挖斷面為城門洞型，噴錨和襯砌斷面為底部帶圓角的城門洞型（r＝0.5m）。洞室圍巖以Ⅱ、Ⅲ類為主，總長約4 636m，采用錨噴支護，斷面為3.6m ×3.6 m（b×h）；Ⅳ、Ⅴ類圍巖段長1 204m，采用鋼筋混凝土襯砌，厚度分別為0.3 m、0.4 m（Ⅳ類）和0.5m（Ⅴ類），斷面為3m×3m（b×h）；在引水洞末端設置有1＃集石坑，斷面尺寸為3m×5m（b×h），鋼筋混凝土襯砌厚度為0.5m［1］。

在引水系統全線貫通永久襯砌完成后，建設單位請有關工程檢測單位對混凝土襯砌段二襯厚度、脫空及背后密實度等進行全面質量檢測，并先后兩次對2＃施工支洞（樁號4＋659.903）下游主洞段進行歷時共56小時的充、放水試驗檢查。根據現場查看和對已襯段的檢測，經分析，引水隧洞主要存在以下8類問題［2－3］：

（1）原設計鋼筋混凝土襯砌長度1 204m，實際襯砌段長僅582m，其余622 m洞段進行了噴護處理。

（2）混凝土襯砌的澆筑質量存在施工缺陷：襯砌混凝土與圍巖接觸面間存在大小不等的空腔和不密實現象。

（3）噴護段存在施工質量缺陷：噴護厚度未達到設計要求；薄厚不均、平整度超標；與圍巖接觸面空隙較大、粘結不密實等。

（4）混凝土襯砌和噴護段接頭處沒有達到設計要求，存在止水和噴護過渡處滲水、漏水等問題。

（5）部分洞段沿地質構造結構面發(fā)育多條張性裂隙，貫穿整個隧洞斷面。

（6）調壓室小井筒內存在水平泥土附著的條帶，判斷為裂縫存在。

（7）首段壓力鋼管與閥室混凝土接縫處發(fā)現有環(huán)狀銹帶，其頂部呈潮濕狀態(tài)，存在質量缺陷。

（8）2＃施工支洞封堵體頂拱接縫處滲水和檢修閘門刺水，其施工、安裝存在質量問題。

2 缺陷處理方案

2.1 缺陷處理的原則

考慮梯級電站的發(fā)電效益、工地現場當時的形象面貌和施工條件、工程本身的地形地質條件以及實施等情況，綜合分析考慮，缺陷處理的原則是：切合實際、安全可靠、工期要短、投資要省、綜合效益最大。

2.2 缺陷處理方案［3］

結合兩次充水放空檢查情況，由于只是在2＃施工支洞下游主洞段充滿了水，該段屬淺埋段，地質條件復雜 ，檢查的問題也最多、最突出；缺陷處理以2＃施工支洞為分界點，上游洞段封堵繼續(xù)充水、放空檢查。主要對2＃施工支洞下游段的質量缺陷進行處理，樁號范圍為2＃施工支洞（樁號：4＋659.903）到壓力管道首段起點處（樁號：5＋843.6），總長1 184 m。具體實施情況和處理方案如下：

2.2.1 調壓室上游段（樁號5＋703～5＋826）

該段長度123m，原設計方案為Ⅳ類圍巖，采用鋼筋混凝土襯砌。由于開挖后的實際地質條件優(yōu)于原設計，地質編錄時將該段圍巖類別調整為Ⅲ類，進行了噴錨支護處理（強度復核滿足要求），底板澆筑了25 cm厚混凝土，并配置了表層鋼筋網（含1＃集石坑底板）。

經過充水、放空后檢查主要存在以下問題：

（1）根據已噴護混凝土的掉塊觀察，噴護厚度遠沒有達到設計要求15 cm厚；（2）該段充水放空后頂拱出現多處滲水，集中分布在頂拱和左側邊墻；（3）某些段存在側墻噴護和混凝土底板之間不密實，有的甚至達到3 cm～5 cm，透過裂縫可見基巖，存在滲漏通道。

針對以上問題，采用以下兩種處理方案進行比較：（1）恢復鋼筋混凝土襯砌；（2）采用素混凝土與鋼管聯合襯砌。

方案一：恢復鋼筋混凝土襯砌

采用C25W8F100鋼筋混凝土襯砌，其中樁號5＋703～5＋810的107m襯砌厚度為0.3 m；樁號5＋810～5＋826的16 m為1＃集石坑段，襯砌厚度0.5m。回填灌漿壓力0.2MPa～0.3MPa，固結灌漿壓力0.7 MPa～1.0 MPa（該處最大內水水頭62 m）［4］。

方案二：素混凝土與鋼襯聯合襯砌（埋管）

為了加快施工進度，充分考慮該段已噴護和底板已澆筑25 cm厚的鋼筋混凝土底板的現實，要拆除較為困難。所以，在樁號5＋703～5＋810的107 m采用C20素混凝土與鋼管聯合襯砌的結構形式，按照現噴護斷面和鋼襯的等水頭損失計算［5］，并考慮鋼管要經2＃施工支洞和淺埋段（樁號5＋335～5＋703，長368m，為已襯鋼筋混凝土段，斷面為3m ×3m的底腳為圓弧的城門洞形），為提高洞內施工效率，經過計算［6］，確定鋼管管徑為 D＝2.7m，壁厚12mm，材質為16MnR（或Q345c）的光面管。采用埋管理論鋼管單獨受力，即K0＝0，鋼管受內外水壓力作用，并進行回填灌漿和接縫灌漿，計算外水壓力為0.2MPa，外壓穩(wěn)定安全系數3.09，大于規(guī)范規(guī)定的1.8。埋管方案施工進度快，同時避免了混凝土施工質量不好引起內水外滲的現象、一次性處理到位。施工時先在工廠和洞外進行鋼管的制作［7－8］，加工成4m～4.8m的管段，從2＃施工支洞運進，從調壓井一側向上游安裝，洞內組裝焊接，每倉澆筑長度約16m～19.2m，澆筑完后安裝下一段，待7 d期齡后可以進行回填灌漿，檢查后如果鋼管脫空面積大于0.5m2進行接縫灌漿。

1＃集石坑段，仍采用原設計的鋼筋混凝土襯砌和防滲加固處理方案。調壓室上游段方案一和方案二處理結果比較見表1。

表1 方案一和方案二處理結果比較表

根據表1數據，設計從以下方面分析認為方案二（埋管）優(yōu)于方案一：（1）方案一鋼筋混凝土澆筑后后期的固結灌漿會很大，同時總耗灰量和該項投資沒法控制，且已澆筑完成的鋼筋混凝土底板的拆除難度和利用都會使工期延長，為保證過水斷面，處理欠挖難度很大；（2）考慮到施工中的質量控制，鋼襯的防滲效果比鋼筋混凝土襯砌優(yōu)；（3）從結構方面考慮，鋼管按照埋管理論進行設計，滿足設計的強度要求；（4）由于該部位緊鄰調壓室和高壓管段始端，在出現機組突然甩負荷的非常工況時，該段洞室承受的內水壓最大（約62 m），部位非常重要，故考慮對該段采取安全可靠的結構形式。（5）雖然方案二增加投資約104萬元，但工期少16 d，經初步估算，平均每天發(fā)電收入約在100萬元以上，節(jié)省工期的效益十分顯著。所以，該段采用埋管方案。

2.2.2 淺埋段（樁號5＋335～5＋703）

本段已實施鋼筋混凝土襯砌，長度為368m，原設計地質資料與開挖后揭示的地質條件基本相符，均為Ⅳ、Ⅴ類圍巖。

充放水檢查存在的問題：

（1）施工縫和永久縫中埋設的橡膠止水失效和漏水，灌漿孔漏水，混凝土裂縫，形成滲漏通道；（2）頂拱存在多處較明顯的滲漏點；（3）洞頂多條施工冷縫有白色鈣化物滲出，有的冷縫甚至貫穿整個10 m澆筑段；（4）某段側墻頂部有一條較為明顯的裂縫，寬度1mm～2mm，形成滲漏通道。

基于以上情況，對該段采用兩個處理方案：（1）洞內加套鋼襯；（2）對該段出現的裂縫、施工冷縫以及變形縫進行化學灌漿處理。

方案一：化學灌漿處理

由于該段的止水帶大部分失效漏水，對該部位的變形縫、施工冷縫及混凝土裂縫進行化學灌漿［9］，同時恢復回填灌漿和固結灌漿。具體處理方案為：

針對已襯砌段裂縫、伸縮縫（含施工縫），首先已襯段部分進行回填灌漿和對圍巖進行固結灌漿加固密實，防止發(fā)生結構性破壞，再對裂縫、伸縮縫（或施工縫）進行內部化學灌漿（對寬度大于0.2mm和貫穿性的裂縫采用打斜孔灌注水溶性聚氨酯；對于寬度小于0.2 mm的裂縫直接采用SK柔性防護涂料（防滲型）復合胎基布表面封閉），表面柔性封閉（采用SK柔性防護涂料（防滲型）復合胎基布，封閉寬度采用0.2m，涂層厚度4mm）；最后，用高韌性抗沖耐磨環(huán)氧對襯砌內壁表面進行噴涂防護處理。

方案二：洞內加套鋼襯

由于該段為淺埋段，洞頂最小埋深47 m，為Ⅴ類圍巖，地質條件復雜，構造發(fā)育，正常運行內水水頭約51m，最大外水水頭61m。本次缺陷處理考慮按明管條件進行復核并借鑒國內相關工程經驗，結合該段的充放水檢查存在的問題，采用洞內加套鋼襯（D＝2.7m）既可解決結構問題又可解決防滲問題，便于與下游鋼襯段的銜接，且施工方便。

設計通過對兩方案比較后，分析認為：由于該段構造發(fā)育，混凝土質量檢測報告顯示混凝土與巖體之間存在30 cm～50 cm不等的空腔多處，所以若重新打孔灌漿吃漿量會很大，總耗灰量和該項投資不好控制，化學灌漿的工程投資亦不好控制，施工質量難以保證。灌漿完成后，要進行壓水試驗驗證灌漿效果，若不滿足需進行二次開孔灌漿，安全可靠性差；方案二洞內加套鋼管，內外水全部由鋼管來承擔，只需進行一定的回填灌漿和淺孔低壓固結灌漿，對灌漿質量要求不高，防滲處理效果較優(yōu)。同時該段固結灌漿沒有完成，結構處理沒有滿足設計要求，處理措施上要對結構考慮加強，而方案二能滿足對原有的鋼筋混凝土襯砌結構強度加強的條件，更加有利于洞室穩(wěn)定，其防滲效果更優(yōu)于方案一，也更加安全可靠。所以，本段采用洞內加套鋼管的方案。

2.2.3 噴錨支護段（樁號4＋660～5＋335）

本段長度675m，均為Ⅱ、Ⅲ類圍巖。經過充放水檢查，主要存在以下問題：

（1）部分洞段側墻存在裂縫、沿地質構造結構面發(fā)育有多條1mm～2mm寬的裂隙；（2）多處側墻噴護面與混凝土底板結合面存在不同程度的空隙、裂縫、接觸不緊密現象，存在滲漏通道。

基于以上問題，設計擬對該段采用以下處理方案：

（1）樁號4＋960～4＋990段采用C25W8F100鋼筋混凝土襯砌，長度30m，厚度0.3m；

（2）樁號5＋005～5＋335段，長度330m，屬淺埋段和深埋段的過渡段，放空檢查證明不良地質構造對混凝土底板和噴護面產生明顯不利影響，為了徹底解決問題，設計考慮全襯，采用兩個方案進行比選：

方案一：采用C25W8F100鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度0.3 m，并進行回填灌漿和固結灌漿；

方案二：采用埋管方案，鋼管直徑2.7 m，鋼管與原噴護段采用C20W8F100素混凝土回填。由于該段位于淺埋段上游，該部位外水水頭約20 m，有利于鋼管結構穩(wěn)定，且可取消該段的固結灌漿，同時解決了結構和防滲問題。參考外壓0.34MPa，經計算鋼管壁厚12mm，材質16MnR，外壓穩(wěn)定安全系數1.76，基本可以滿足要求，考慮安全因素，0.5 m設一道加勁環(huán)，共設3道，外壓穩(wěn)定安全系數大于規(guī)范規(guī)定的1.87。

由于該段位于淺埋段上游，地下水位（最高約20m）和充水保壓階段內水水頭（約48m）均不大，圍巖埋深屬于淺埋段（Ⅳ類）向深埋段（Ⅱ類）的過渡段。在充水檢查時，該段出現了兩條貫穿底板和側墻的裂縫，在頂部出現幾處滲水點、側墻底角與混凝土底板出現多處結合不緊密形成滲漏通道的狀況。根據本工程工期緊的特點，埋管方案對以上施工質量產生的滲漏問題可以根本性解決，施工簡便，進度快，對節(jié)省工期效果明顯。方案一混凝土澆筑完成后要進行回填和固結灌漿，固結灌漿的工程投資和施工難度相對較大，灌漿完成后，要進行壓水試驗驗證灌漿效果，若不滿足需進行二次開孔灌漿。經過計算，方案一施工工期為90 d，投資為195萬元；方案二施工工期為50 d，投資為518萬元。雖然方案二投資高，但提前工期40 d，考慮發(fā)電效益后，埋管的優(yōu)勢顯而易見。綜合分析考慮，該段即采用埋管方案。

2.2.4 已襯洞段、調壓井和壓力管道首段（樁號5＋826～5＋843.6）

（1）已襯洞段出現灌漿孔漏水，檢查顯示回填灌漿和固結灌漿孔大多未灌滿，對此補做回填灌漿，加強固結灌漿；調壓室主要針對井筒最高涌浪水位3 146.5m以下部位恢復固結灌漿；壓力管道起始端加強固結灌漿，防止地下水造成壓力使管道失穩(wěn)。并對以上部位回填灌漿和固結灌漿依據規(guī)范要求進行全面檢測、試驗，達不到要求時補充灌漿，確保灌漿質量。

（2）裂縫、變形縫（或施工縫）處理方案

針對已襯砌段裂縫、伸縮縫（含施工縫），首先對襯砌后部進行回填灌漿和對圍巖進行固結灌漿加固密實，防止發(fā)生結構性破壞；再對裂縫、伸縮縫（或施工縫）進行內部化學灌漿，表面柔性封閉等；最后，用高韌性抗沖耐磨環(huán)氧涂層對襯砌內壁進行表面防護，具體操作同前述。

2.2.5 其他噴錨支護段和襯砌與噴護接頭處處理

噴護段普遍存在開挖工藝和噴護工藝不規(guī)范，圍巖起伏不平，噴護厚度薄厚不均現象。結合檢測噴護厚度和強度指標，進行不合格段補噴，使噴護厚度和平整度均滿足設計要求（Ⅱ類圍巖10 cm、Ⅲ類圍巖15 cm）。

襯砌與噴護接頭處補強處理：為避免噴護段滲水進入鋼襯段，影響鋼襯段運行安全，在襯砌與噴護接頭處上下游側共設置五排阻水帷幕，按照由遠及近的原則施工，灌漿后進行壓水試驗檢測保證灌漿質量，見圖2。

2.2.6 裂隙、斷層及破碎帶等不良地段的處理

不良地段統計后處理方案為：對其寬度大于1 m的采用擴挖并用混凝土回填后再進行固結灌漿的方式解決；其他寬度較小的，采用灌漿堵漏方式進行全斷面固結灌漿，加固、密實圍巖，堵住滲水通道，以解決此類洞段的滲漏問題。

3 處理前、后引水隧洞水頭損失情況

缺陷處理前，即原設計全洞段水頭損失為19.97 m。本次質量缺陷按照以上處理方案，經過計算，處理后水頭損失總計20.59 m，比原設計水頭損失增加0.62m。所以，對發(fā)電效益影響很小。

圖2 襯砌與噴護接頭處補強處理示意圖

4 結 語

本次缺陷處理于2012年2月初第二次充、放水試驗檢測后發(fā)現問題開始設計，需在同年5月1日前通水發(fā)電，設計與施工須克服時間困難，以快、高、省為宗旨完成引水系統的缺陷處理。工程經過修復后，至今運行了近兩年時間，未再發(fā)現滲漏水等不良現象，整個引水系統安全、穩(wěn)定，為整個梯級電站如期通水發(fā)電提供了保障，工程效益及時發(fā)揮。

［1］ 中華人民共和國水利部 .SL279－2002.水工隧洞設計規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2003.

［2］ 陜西省水利電力勘測設計研究院.煙崗水電站引水發(fā)電洞缺陷處理專題報告［R］.西安：陜西省水利電力勘測設計研究院，2012.

［3］ 陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院.煙崗水電站引水發(fā)電洞竣工報告［R］.西安：陜西省水利電力勘測設計研究院勘察分院，2012.

［4］ 國家能源局.DL／T 5148－2012.水工建筑物水泥灌漿施工技術規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2012.

［5］ 武漢大學水利水電學院水力學流體力學教研室.李煒主編《水力計算手冊》［M］.北京：中國水利水電出版社，2006.

［6］ 中華人民共和國水利部.SL281－2003.水電站壓力鋼管設計規(guī)范［S］.北京：中國水利水電出版社，2003.

［7］ 中華人民共和國國家發(fā)展和改革委員會.DL／T5017－2007.水利水電工程壓力鋼管制造安裝及驗收規(guī)范［S］.北京：中國電力出版社，2007.

［8］ 中國水電顧問集團貴陽勘測設計研究院.水電站壓力管道［C］／／第六屆全國水電站壓力管道學術論文集.北京：中國水利水電出版社，2006.

［9］ 孫志恒，魯一暉.水工混凝土建筑物檢測與修補加固技術［M］.北京：中國水利水電出版社 ，2011.

The Design of Defects Treatments of Yangang Hydropower Station Diversion System

ZHAO Li－ping
（Shaanxi Province Institute of Resources and Electric Power Investigation and Design，Xi’an，Shaanxi710001，China）

After the diversion system started fully operating and the permanent concrete liningwas completed of Yangang Hydropower Station，a comprehensive quality inspection and charge－discharge tests were conducted.Itwas found that therewere a variety of quality defectsand seriouswater leakageof partial tunnelsections，so the diversion system couldn’tmeet the normal functional requirements.According to the analysis of the defects，several schemeswere proposed and compared，at themeantime the contradiction between repairing time and profitswas avoided.Finally，the steel lining schemewas adopted to solve the defect problems reasonably，which saved the project in time tomake profit.

diversion system；defect treatment；steel lining；project benefit

TV732

A

1672—1144（2014）04—0157—05

10.3969／j.issn.1672－1144.2014.04.031

2014－03－14

2014－04－10

趙利平（1980—），女 ，陜西扶風人 ，工程師，主要從事水利水電設計工作。