張建華，周 波，楊立濤

（湖北省襄陽市三道河水電工程管理局，441500，襄陽）

碳纖維布在三道河水庫低輸水隧洞加固工程中的設(shè)計應(yīng)用

張建華，周 波，楊立濤

（湖北省襄陽市三道河水電工程管理局，441500，襄陽）

碳纖維布加固技術(shù)是利用高性能黏結(jié)劑將碳纖維粘貼在結(jié)構(gòu)件表面，通過共同作用，大幅度提高結(jié)構(gòu)件承載力和耐久性，達(dá)到對結(jié)構(gòu)件補強加固及改善受力性能的目的。該材料應(yīng)用在三道河水庫輸水隧洞加固工程中，施工簡便、性能可靠，縮短了工期，降低了施工成本，達(dá)到了防漏和補強加固的效果。

水工隧洞；碳纖維布；加固技術(shù)

一、工程加固背景

三道河水庫位于湖北省南漳縣蠻河上游，是一座以灌溉、防洪為主，兼有供水、發(fā)電、養(yǎng)殖等綜合效益的大（2）型水庫。工程于1958年興建，1966年基本建成并發(fā)揮效益，由主壩，#1、#2、#3、#4副壩，溢洪道及灌溉高輸水隧洞，低輸水隧洞和4座水電站等組成。

2011年10月28日，三道河水庫管理人員在例行檢查時發(fā)現(xiàn)低輸水隧洞出口處存在滲漏現(xiàn)象，滲漏量為25～30 L/s。由于該隧洞承擔(dān)著南漳縣城區(qū)生活用水、農(nóng)業(yè)灌溉用水及幾個大型廠礦工業(yè)用水的供水任務(wù)，管理單位對此高度重視，立即上報險情，并著手研究方案進(jìn)行處理。

二、隧洞滲漏成因分析

根據(jù)對該隧洞歷史資料的考證、分析，隧洞內(nèi)襯鋼管建設(shè)時，由于施工工藝、施工條件和環(huán)境限制造成隧洞與內(nèi)襯鋼管間塊石混凝土填充不密實、焊接質(zhì)量不高。經(jīng)多年運行，在水的侵蝕下，缺陷及薄弱部位已銹蝕洞穿，形成滲漏通道。

三、隧洞補強加固設(shè)計

根據(jù)滲漏成因及工程特點，隧洞加固方案有兩種。

方案一：拆除重建方案。拆除重建內(nèi)襯壓力鋼管，直徑為1.2 m，壁厚為10 mm，內(nèi)襯鋼管與隧洞間回填灌漿。

方案二：補強加固方案。鋼管漏水部位封堵找平，全斷面粘貼碳纖維布補強加固，內(nèi)襯鋼管與隧洞間回填灌漿。

方案一、方案二的比選見表1。根據(jù)工程特點及實際運行情況，經(jīng)湖北省水利廳三道河水庫低輸水隧洞加固項目設(shè)計審查會審查，同意采用碳纖維布補強加固方案。

四、碳纖維布材料介紹

碳纖維布是一種含碳量高于90%的無機高分子單向碳纖維加固產(chǎn)品，是一種力學(xué)性能優(yōu)異的新材料，兼具碳材料強抗拉力和纖維柔軟可加工性兩大特征，具有重量輕、強度大、模量高、密度低等特點，材料與浸漬膠配套使用可提高結(jié)構(gòu)件承載力和耐久性，達(dá)到對結(jié)構(gòu)件補強加固及增強受力性能的目的。廣泛適用于水電工程中橋梁板墩柱及隧道、管道等部位的補強和加固。該材料基本不增加構(gòu)件自重及截面尺寸，施工便捷，無須大型機械，無須固定設(shè)施，工效高，不生銹，具有抗酸堿腐蝕和高耐久性，特別適合腐蝕環(huán)境中扭曲面、節(jié)點等復(fù)雜結(jié)構(gòu)的補強加固。碳纖維布及WSX碳纖維粘接材料的主要物理性能見表2、表3。

五、施工工藝

1.基本步驟

施工工藝的基本步驟為：施工導(dǎo)流→施工準(zhǔn)備→標(biāo)記滲漏點→內(nèi)壁除銹→修補找平→回填灌漿→粘貼碳纖維布→檢查養(yǎng)護(hù)→表面防護(hù)→洞外恢復(fù)。

2.工藝要點及質(zhì)量控制

施工導(dǎo)流采用圓形鋼板夾環(huán)形堵水氣囊，中間焊接導(dǎo)流管，平整管道內(nèi)壁，堵水氣囊置于進(jìn)水口處充氣，阻塞水流。上游閘后滲漏水由導(dǎo)流管、排水管排至隧洞外，形成干燥施工環(huán)境。

①施工準(zhǔn)備。檢查施工機具、黏結(jié)劑、碳纖維布配備情況，詳細(xì)標(biāo)記加固部位。

②管壁處理。清除管壁銹蝕層，露出新鮮層，壓縮空氣吹凈表面，酒精擦拭、碘鎢燈加溫保持干燥，修補膠封堵滲漏點，表面修復(fù)平整。

③脫空區(qū)域回填灌漿，灌漿孔拆除補強。灌漿壓力0.2 MPa，水泥漿密度1.5g/cm3。本項目回填灌漿共消耗水泥72t，在出口觀測到城門隧洞與山體結(jié)合處發(fā)現(xiàn)漏漿。由此證實，隧洞內(nèi)襯鋼管時，塊石混凝土填充不密實，脫空區(qū)域較大，且原城門隧洞洞身有裂縫。

④配WSX基底膠，涂刷底膠。將A、B兩組WSX黏結(jié)料按重量比4∶1比例配制基底膠，攪拌、涂刷均勻，不平部位反復(fù)涂刷，厚度不超過1 mm。

⑤配WSX浸漬膠、涂刷、粘貼。將A、B兩組WSX黏結(jié)料分別攪拌均勻，按重量比4∶1比例倒入容器攪拌。電動攪拌時間一般不少于5min，一次調(diào)膠一般以6～10kg為宜。均勻涂刷于修復(fù)面，裁剪好的碳纖維布用手輕壓貼于管壁，沿隧洞環(huán)向粘貼，縱向搭接100 mm，上游環(huán)箍邊緣粘在下游環(huán)箍邊緣上，搭接長度50mm。纖維方向搭接長度不小于10mm，各層搭接位置相互錯開。專用滾筒或刮刀沿纖維方向反復(fù)滾壓，擠除氣泡，使浸漬膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼時重復(fù)上述步驟，待纖維布表面干燥時即進(jìn)行下一層粘貼，最后一層碳纖維布表面涂刷一層浸漬膠。

表1 工程加固方案比較

表2 碳纖維布主要物理性能

表3 WSX碳纖維粘接材料主要物理性能

⑥養(yǎng)護(hù)、質(zhì)量檢查。碘鎢燈加溫養(yǎng)護(hù)固化后，檢查粘貼質(zhì)量，小錘輕輕敲擊碳纖維布表面，以回聲判斷黏結(jié)效果。如出現(xiàn)空鼓等不密實現(xiàn)象，應(yīng)采取措施進(jìn)行修復(fù)：當(dāng)單個空鼓面積＜1 000 mm時，用注射器注膠修復(fù)；當(dāng)單個空鼓面積＞1 000 mm時，沿空鼓邊沿，將空鼓部分碳纖維布割除，以每邊向外緣擴展100 mm大小的碳纖維材料補貼在原處。

⑦表面防護(hù)。采用107膠水摻入高標(biāo)號水泥涂刮兩遍。

六、施工注意事項

①若環(huán)境溫度＜5℃，采取加溫、保溫措施，方可施工。

②工業(yè)酒精、結(jié)構(gòu)膠應(yīng)密閉儲存，遠(yuǎn)離火源，工作場地嚴(yán)禁煙火；碳纖維布為導(dǎo)電材料，應(yīng)盡量遠(yuǎn)離電器設(shè)備及電源。

③WSX浸漬膠要涂刷厚些，專用滾筒或刮刀碾壓時要始終順一個方向，使黏結(jié)料充分滲透碳纖維。

④配置及使用黏結(jié)劑必須通風(fēng)良好，做好防護(hù)。

⑤碳纖維布粘貼后，嚴(yán)禁進(jìn)行敲擊、焊接、開孔等。

⑥施工中做好隧洞內(nèi)通風(fēng)、照明及防毒面具的佩戴等防護(hù)工作。

七、效果評價

碳纖維布應(yīng)用在三道河水庫低輸水隧洞補強加固工程中，取得了良好的效果。采用碳纖維布補強加固技術(shù)，襯管受力性能得到了增強和改善。施工便捷，工期短。經(jīng)概算采用鋼管拆除重建方案需投資197.2萬元，而采用碳纖維布補強加固方案投資78.2萬元，節(jié)省了工程投資。工程完工后運行4年來，未發(fā)現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，運行正常。

八、結(jié) 語

碳纖維布在三道河水庫低輸水隧洞補強加固工程中的成功應(yīng)用表明：碳纖維布在輸水隧洞等水工建筑的防漏、補強加固處理中，可起到比傳統(tǒng)施工方案和施工材料更好的效果，值得借鑒與推廣。

[1]陳勝.碳纖維布在中小型水庫除險加固工程中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理,2010(4).

[2]李濤,等.碳纖維布在青山水庫引水隧洞加固中的應(yīng)用[J].人民長江, 2011(12).

[3]秦慶紅.青崗峽水電站引水鋼管回填補強施工[J].東北水利水電,2007(10).

[4]李彥軍，劉志奇.碳纖維布加固技術(shù)在水工隧洞中的應(yīng)用[J].人民黃河,2007(4).

[5]何芳芳，等.圓形鋼質(zhì)壓力管道碳纖維布加固研究[J].工程與建設(shè),2013(3).

[6]魏俊.碳纖維加固技術(shù)的一般施工步驟[J].江西建材,2005(2).

責(zé)任編輯 安天杭

Design and application of carbon fiber sheet in strengthening of water transfer tunnel of Sandaohe Reservoir//

Zhang Jianhua,Zhou Bo,Yang Litao

The purposes of applying carbon fiber sheet are to stick carbon fiber on the surface of structural components by high-performance inorganic bond,and dramatically increase its bearing capacity and durability through combined action,so as to achieve the target of reinforcement and enhancement its mechanical behavior. This material has been used in strengthening of water transfer tunnel of Sandaohe Reservoir.Owing to its advantages of easy construction,reliable performance,short construction period and low cost,the material plays an effective role for seepage control and reinforcement.

hydraulic tunnel;carbon fiber sheet;strengthening technology

TV698.24

：B

：1000-1123（2017）08-0029-02

2017-01-12

張建華，助理工程師。