２００９年３月 中南水力发电 第１期 某引水式电站隧洞衬砌缺陷的原因及处理 孙云峰 （中南勘测设计研究院，湖南长沙４１００１４） 摘要本文描述了某电站引水隧洞衬砌出现的多种质量缺陷，逐条分析其原因，提出其对应的处理方法，经过检 测。各种缺陷得到消除，引水隧洞正常运行。 关键词引水隧洞质量缺陷原因分析处理检测 １工程概况 ２Ｏ０７年５月ｌ０日，成功完成双机甩全负荷试验。 某水电站为从河道右岸取水，输水至左岸地面 ２引水隧洞衬砌质量缺陷情况 厂房发电的引水式水电站，由首部枢纽、引水系统和 在水库下闸蓄水和分部工程验收检查中，曾发现 厂区枢纽等建筑物组成。电站自右岸坝前塔式进水 衬砌混凝上存在结构缝渗水及衬砌开裂等质量缺 口取水．经低压引水隧洞、调压室、高压竖井、高压平 陷，进行了相应的修补处理。第一次隧洞充水放空后 洞、地下埋管、穿河床及岸边压力管道，将水引至左 对工程各建筑物进行了全面检查，除引起隧洞衬砌 岸的地面厂房发电，装机４８ＭＷ。 和堵头透水破坏外，还发现引水隧洞存在其它质量 引水系统采用一洞两机、侧向供水布置方式，主 问题．主要质量缺陷有： 要包括塔式进水口、低压引水洞、调压室、高压竖井、 ｆｌ１结构缝渗水 高压平洞、地下埋管、高压岔管和钢支管等输水建筑 低压隧洞和高压隧洞钢筋混凝土衬砌共发现有 物。低压引水隧洞分别采用了钢筋混凝土衬砌、锚喷 ｌ０条的环向结构缝渗水。 衬护和钢板衬砌，其内径分别为３．３ｍ、３．９ｍ、３．３ｍ。调 ｆ２１衬砌混凝土裂缝和冷缝 压室为阻抗式．阻抗孔直径１．５ｍ，调压井高５３．Ｏｍ， 引水隧洞钢筋混凝土衬砌出现表面裂缝，同时 直径６．０ｍ：高压隧洞长度为７００．２ｍ，由上弯段、竖 存在多道冷缝向洞内渗水，大多数冷缝都分布在隧 井段、下弯段、下平段组成，分别采用了钢筋混凝土 洞两腰．发现低压隧洞衬砌冷缝６条，高压隧洞冷缝 衬砌和钢板衬砌，钢筋混凝土衬砌段直径３．２ｍ，长度 ４条 高压隧洞出现冷缝桩号为ＳＤ２＋４８３．０００～ＳＤ２＋ 为３２５．２ｍ，钢管主管段直径２．８ｍ，长度为３７５．０ｍ，由 ５８０．０００ｍ．集中分布在桩号ＳＤ２＋４８ ３．０００一ＳＤ２＋ ２４５．０ｍ长的地下埋管和１３０．０ｍ长的穿河及岸边回 ４９０．０００ｍ、ＳＤ２＋５３３．０００～ＳＤ２＋５４１．５００ｍ、ＳＤ２＋ 填钢管组成 钢管支管段直径１．７５ｍ，岔管为非对称 ５４５．０００～ＳＤ２＋５４７ｍ、ＳＤ２＋５７５．０００－ＳＤ２＋５８０．０００ｍ。 Ｙ型钢岔管。从与进水塔连接的涵管进口至２号机 ｆ３１露筋、蜂窝麻面 蜗壳进口引水隧洞总长度为３ ００２．５ｍ。 引水隧洞衬砌混凝土局部洞段混凝土存在露 引水隧洞于２００３年１１月开始施工，于２００５年 筋、蜂窝麻面表面缺陷。 １２月底完成隧洞衬砌混凝土浇筑、钢管安装及灌浆 ｆ４１空腔 施工。２００５年１２月２９日水库下闸蓄水，ｌ２月３０ Ｅｔ 高压管道下平段由１２９．０ｍ钢筋混凝土衬砌段 隧洞充水，充水失败，２００６年３月完成建筑物缺陷 和３９０．０ｍ的高压钢管段组成．在钢筋混凝土衬砌 处理．２００６年４月２０日隧洞再次充水，充水成功。４ 段，检查出多处混凝土与围岩间脱空，在高压钢管埋 月２６日、２９日两台机相继发电，５月ｌ ０日移交生 管段．检查人员用小铁锤敲击钢管内壁，通过敲击声 产，该工程于２００６年ｌ１月完成竣工安全鉴定． 检查出多处钢管与混凝土间脱空。在钢筋混凝土衬 ｌ６ 中南水力发电 第１期 砌段桩号ＳＤ２＋６１２．０８０ｍ处即渐变段末端发现洞顶 衬砌混凝土破坏，洞顶附近围岩局部淘空。即钢筋混 凝土与周岩之间、钢筋混凝土与钢管之间存在空洞。 ｆ５１固结、回填灌浆孔渗水 钢筋混凝土衬砌段、高压管道钢衬段普遍存在 固结、回填灌浆孔渗水现象。 （６）３号施工支洞处钢衬及外包钢筋混凝土被内 水击穿破坏 引水隧洞第一次充水过程中，３号施工支洞处 ｆ桩号ＳＤ２＋７４７．０００ｍ）发生了隧洞钢衬及外包钢筋混 凝土被内水击穿破坏事故，高压水流撕裂钢管，击碎 外包混凝土和洞塞混凝土，沿３号支洞冲出，同时 ３号支洞上游边坡高程２ ３１０．０ｍ处冒水，水流沿山 坡下泄。引水隧洞放空后人洞检查，发现有两道钢管 环缝被撕开，洞塞段部分新浇筑衬砌和堵头的顶部、 底部被淘空。 ３隧洞衬砌出现缺陷的原因及缺陷处理方法 本隧洞最大设计水头为２８５．０ｍ，水头较高，调压 井位于一大断层附近，高压管道穿越大断层、２１４国 道、松散堆积体高边坡、古河槽及新河道等，其地质 条件十分复杂。调压井及水道结构所处位置和经过 的地段的围岩的稳定、强度和防渗问题比较突出。为 确保工程安全可靠，工程设计方对引水建筑物的围 岩加固处理和对引水建筑物的防渗措施均有明确要 求。并提出了相应的施工技术要求。 ２００５年年底隧洞充水失败后，工程有关参建单 位对引水建筑物的质量状况进行了全面的检查和检 测，分析查找了发生充水失败、质量缺陷的原因。整 个工程施工过程中，施工质量较差，工期安排紧张， 质量意识不强．工程在不具备充水条件的情况下充 水，对于压力管道板厚而言设计板厚留有相当大的 富裕度ｆ达４ｒａｍ以上１，但以上原因直接导致了充水 管道失事。在查清了工程存在的质量问题之后，提出 了建筑物质量缺陷处理方法。下面简要叙述隧洞衬 砌缺陷出现原因及具体的处理方法： ｆ１）衬砌结构缝渗水： 原因分析：地下水发育、部分洞段围岩透水性 强、固结灌浆和回填灌浆施工质量不理想、隧洞混凝 土衬砌段多处环向结构缝漏埋止水或者埋设位置不 合设计要求导致衬砌结构缝渗水。 １１低压引水隧洞段的处理方法 用凿槽回填亲水性环氧砂浆，并嵌贴非硫化丁 基橡胶的方法处理，覆盖结构缝达到止水效果，即 采用人工凿槽，分层修补的方法。具体做法为：①沿 结构缝（以结构缝为中心）凿一宽２０ｅｍ，深４ｅｍ的平 底槽，环洞壁一圈，清除松动颗粒，用清水洗干净；② 对结构缝进行跨缝交叉水泥灌浆堵漏；③采用５ｒａｍ 厚环氧胶泥填平平底槽；④嵌贴１０ｍｍ厚非硫化丁 基橡胶密封ｆ橡胶应保证１０ｅｍ以上的搭接长度，其 与环氧胶泥粘贴面两边的６～８ｃｍ锉毛，中间不锉 毛，在粘贴前此面应涂刷环氧基液）；⑤涂刷亲水性环 氧基液ｆ实际采用长沙嘉龙新型建材厂生产的“亨特 水不漏”１，回填亲水性环氧砂浆，立模加压使之与洞 壁平整即可 ２１高压引水隧洞段的处理方法 首先对缺陷洞段进行固结灌浆和回填灌浆，然 后对渗水结构缝进行处理。按照每条环缝一个单元 进行划分，先对环缝进行灌浆，灌浆孔沿环缝两侧成 约５０。角，两侧灌浆孔交叉，灌浆孔沿环缝两侧各９ 孔，在完成灌浆后，沿环缝凿一条宽１５ｃｍ，深１５ｃｍ 的缝，清洗干净后．采用“亨特水不漏”进行修补。 ｆ２１冷缝和裂缝处理： 原因分析：混凝土浇筑时泵送混凝土的泵管堵 塞。受交叉作业干扰、停电等因素影响，混凝土浇筑 时有中断出现初凝．在仓面未按规范要求进行相应 处理的情况下继续浇筑混凝土。同时洞段渗水量较 大对混凝土施工产生了不利影响。 处理方法：沿裂缝ｆ以裂缝为中心）凿一条宽７～ １０ｃｍ．深４～６ｃｍ的平底形槽．并清洗干净，刷去松动 颗粒，涂刷亲水性环氧基液，回填亲水性环氧砂浆， 立模加压使之与洞壁平整即可。对有漏水的可先用 水玻璃水泥砂浆封堵，再采用上述方法处理。 对高压隧洞下平段先按上述处理方法进行嵌缝 处理。然后进行灌浆加固，具体做法为：在低位缝端 埋设灌浆嘴ｆ盒），在高位缝端埋设出浆（排气）嘴，在嵌 缝材料达到强度后，经排气试漏，再对冷缝或裂缝采 用流动性好的亲水性材料进行骑缝环氧灌浆，灌浆 嘴间距０．５ｍ．骑缝孔深超过缝深５ｃｍ，灌浆压力一般 控制在０．２ＭＰａ，以完全止住渗漏水为结束标准。 ｆ３）混凝土露筋、蜂窝麻面处理 原因分析：施工过程中钢筋制安、模板等工序质 量控制、验收不严，局部漏振等。 露筋处理：将露筋部位沿钢筋凿一宽１ ０ｅｍ，深 ５ｃｍ的平底槽．清洗干净，涂刷亲水性环氧基液，回 填亲水性环氧砂浆，立模加压使之与洞壁平整。如钢 筋轮廓超出设计洞壁，钢筋上部必须保证３ｃｍ厚保 护层，同时环氧砂浆周边与洞壁必须平顺连接（坡 第１期 孙云峰某引水式电站隧洞衬砌缺陷的原因及处理 ｌ７ 比１：３～１：４）。 衬砌蜂窝麻面处理： 缺陷深度小于５ｍｍ时，只做打磨处理，磨除厚 度不小于５ｍｍ．然后涂刷亲永性环氧基液，用亲水性 环氧砂浆回填：缺陷深度大于５ｍｍ时，凿除表面形 状是一个四边形或多边形，其内角宜为７０。～２５０。，麻 面混凝土凿除的深度以最深凹部位的凿除厚度不小 于５ｍｍ，平面边缘成直角，顶角９Ｏ。～１００。，然后涂刷 亲水性环氧基液，用亲水性环氧砂浆回填。 ｆ４１衬砌空腔处理 原因分析：在高压隧洞下平段ｆ含下弯段），钢管、 混凝土及围岩间脱空主要是回填、固结灌浆质量较 差：未严格按设计要求布置钢管灌浆孑Ｌ，钢管上的灌 浆孑Ｌ数量未按设计要求进行，其数量减少，设计要求 每断面上固结灌浆孔为６孑Ｌ，实际开孔数量为每断 面上４～５个孔．顶拱１２０。范围内布置２～３孔兼回填 灌浆孑Ｌ，实际上顶拱１２０。范围内灌浆孔很少，局部管 段甚至没有。同时接触灌浆未按设计要求进行。 处理方法：在高压隧洞下平段（含下弯段）全部重 新进行固结、回填灌浆，埋管段钢管底部脱空部位进 行接触灌浆。施工时原则上在原来的灌浆孑Ｌ进行灌 浆，在钢衬段若不能在原孔位进行而需新开孑Ｌ或者 当孔数不够需在钢管上开孑Ｌ时。必须按原设计图纸 的相应孑Ｌ位附近进行钻孑Ｌ，并在钢管内壁采取补强 措施。 对于钢筋混凝土衬砌段桩号ＳＤ２＋６１２．０８０ｍ处 即渐变段末端洞顶的空腔处理办法：首先凿除受损 松动混凝土块和顶部混凝土．对混凝土表面进行凿 毛，并冲洗干净，再恢复或者替换损坏的钢筋．预埋 回填灌浆管，仓面验收，然后进行混凝土浇筑．待混 凝土达到设计要求的强度后．进行回填灌浆和固结 灌浆。 （５）固结、回填灌浆孑Ｌ渗水处理 １）原因分析 钢筋混凝土段多处固结灌浆孔封堵不严．甚至 个别灌浆孔未予封堵。钢衬段未按设计要求焊接钢 衬上灌浆孔外侧的圆形补强板，封孑Ｌ螺钉未设置内 丝扣，封孔焊接时就有水渗出。 ２）处理方法 ①钢筋混凝土衬砌段渗水的固结灌浆孑Ｌ先补 灌，再采用“亨特水不漏”进行封孔。②钢衬段上灌浆 孑Ｌ采用替换未设丝扣的封堵塞，再贴焊补强板的方 案。即管壁上的孑Ｌ壁制备丝扣，堵头加工成带内六角 螺钉，其长度与管壁厚度相当，封堵时应将堵头螺钉 先行旋紧封堵，再将补强板贴焊于管壁，贴角焊缝的 焊脚高度宜取补强板高度的１．２～３．０倍。 ｆ６）３号施工支洞处隧洞钢衬及外包钢筋混凝土 衬砌原因分析：一是钢衬段钢管纵向、环向焊缝合格 率仅为５０％，多处存在夹渣、气孑Ｌ和漏焊等现象；二 是未按设计要求开设焊接坡口ｆ实际全部开在外侧）， 采用内侧焊接，导致焊接无法焊透、焊缝高度不足； 三是焊接时也未按规范要求对焊条和钢板采取防 潮、保温措施等。以上原因导致３号施工支洞隧洞钢 衬焊缝质量不合格。 ３号施工支洞处ｆ桩号ＳＤ２＋７４７．０００ｍ）的隧洞钢 衬环缝焊接刚完成，便开始浇筑管外混凝土和堵头 混凝土。该处衬砌和堵头的回填灌浆还未完成，就进 行了隧洞充水试验。钢衬环缝经历了几次急剧的温 度变化，恶化了钢板及焊缝的受力性能，充水试验 时，刚浇筑的外包混凝土抗压强度极低，凑合节浇筑 段钢管的受力条件与设计要求相差甚远。 处理方法：３号施工支洞处被破坏的钢管间的环 缝出现浅层ｆ深度小于１／２的板厚）的现状缺陷应刨 除后重新补焊；环缝出现深层ｆ深大于１／２板厚）缺陷 首先刨开返修，然后采用钢管内壁贴３００ｍｍ宽， １２ｍｍ厚的加强环补焊，角焊缝采用不对称焊缝，坡 度１：３～１：４。钢管间的环缝处理完后，调整管壁外加 劲环的位置并焊接加劲环。通过管壁内的回填、固结 灌浆孔在设计要求的灌浆压力下进行灌浆，灌浆完 成后，对固结灌浆孔进行封堵和补强板焊接。３号施 工支洞封堵段重新浇筑了堵头混凝土，并进行了回 填、固结灌浆处理。３号施工支洞边坡充水时的出水 点进行灌浆封闭处理，表面用粘土封闭。 ４隧洞衬砌缺陷处理检验 整条引水隧洞衬砌混凝土出现质量缺陷的部位 修补完成后，业主联合参建方进行了检查，并且先后 聘请三家检测单位进行了质量检测。从检查和检测 的总体成果来看，引水隧洞衬砌质量缺陷处理取得 较好效果： （１）经过对低压、高压引水隧洞混凝土衬砌段结 构缝修补，原环向结构缝的大量渗水缺陷已经有效 排除，在处理后仍存在渗水的部位进行了化学灌浆， 渗水现象基本排除。 （２）冷缝经过修补，大部分渗水缺陷已经得到有 效排除，主要分布在修补的界面存在局部微量渗水。 （３）混凝土衬砌面未发现露筋、蜂窝麻面。 （４）高压隧洞下平段ｆ舍下弯段）洞段回填密实，没 １８ 中南水力发电 第１期 有发现脱空，回填灌浆、固结灌浆和接触灌浆效果 良好。桩号ＳＤ２＋６１２．０８０ｍ处即渐变段末端洞顶混凝 钢衬焊缝不合格等质量缺陷。出现上述质量缺陷的 主要原因有：①施工质量较差和安全管理不到位， 质量意识淡薄，未按要求做好工程的竣工验收和下 土浇筑段的回填灌浆经探地雷达探测，混凝土回填 密实，固结灌浆检查孑Ｌ压水试验透水率为１Ｌｕ．满 闸蓄水前验收，违规进行充水操作；②工期紧张，工 程进度一直滞后于合同工期。为按期完成合同工期， 工程建设方进行同步交叉施工作业，导致出现很多 质量缺陷。所以在工程的建设中，工程建设方要狠抓 足设计要求的透水率≤３Ｌｕ （５）灌浆孔进行封堵后，基本排除了灌浆孑Ｌ渗水 缺陷，效果较好。 （６）３号施工支洞处（桩号ＳＤ２＋７４７．０００ｍ）的隧洞 钢衬焊接质量合格，封堵体混凝土浇筑振捣密实，回 内部管理．保证施工质量，监理方应做好自己的本职 工作，严格把关．及时找出工程中出现的质量缺陷并 填、固结灌浆效果良好，无渗水。 及时加以解决，业主应从工程安全角度出发，在实际 ｆ７）业主聘请某公司采用探地雷达检查方法鉴 工期延误的情况下，对施工方抢工期应做好质量监 定。检测部位为高压隧洞下平段桩号ＳＤ２＋ 督等举措。出现质量缺陷后，业主组织参建方进行联 ４８０．０００ｍ～ＳＤ２＋６１２．０００ｍ，共９条测线，每条测线长 合检查．采取设计方的缺陷处理方案．重新进行了质 １３２．０ｍ，用５００ＭＨＺ和９００ＭＨＺ天线重复检测，检测 量缺陷处理。经过处理后，通过三家检测单位对引水 总长度为２ ３７６．０ｍ．两种天线的检测结果未发现大 隧洞衬砌混凝土的质量检测．检测结果认为引水隧 的异常（包括空洞和破碎带），钢筋网设置数量和埋 洞衬砌混凝土浇筑质量较好，并通过了专家组审查 设深度符合设计要求，只是在右幅１号测线ＳＤ２＋ 和验收后。认为引水隧洞衬砌混凝土、钢板衬砌、灌 ４９５．０００～ＳＤ２＋５００．０００ｍ和右幅５号测线ＳＤ２＋ 浆施工的质量缺陷处理方案合理，处理效果满足设 ６０４．０００～ＤＳ２＋６０８．０００ｍ处出现不明显双曲线反映． 计要求，工程质量合格，修复后电站运行是安全的， 疑是充填不密实、有离析或空腔造成，规模在１０～ 电站运行至今未发现任何异常。鉴于高压钢管纵、横 １５ｅｒａ，且深度较浅，属浅层缺陷，由此检测结论得 焊缝等缺陷处理是在其外包混凝土已浇筑的情况下 出高压隧洞下平段隧洞混凝土浇筑质量较好 进行，且焊缝处理后在短期内便进行了充水，其焊接 ５总结 应力难以在短期内释放，可能出现新的裂缝。建议运 行期间加强观测．并择机对高压引水隧洞进行一次 该水电站引水隧洞衬砌混凝土出现开裂现象、 全面检查，以便发现问题并及时处理。 部分结构缝和固结灌浆孔渗水、衬砌局部出现空腔、 收稿日期．２００８一ｌ０～２０ （上接第４页） 基地。一方面立足国内，积极参与大西南，包括云南乃 久吃饭问题。要改变以往就地后移的办法，实施开发 至西藏水能资源的开发，同时做好新疆水电以及一些 性移民政策，让移民走上致富路，为水电站投产运行 小流域的开发。另一方面放眼世界，在周边国家寻找 创造稳定的外部环境。 水电流域开发的机会。当前的重点是做好缅甸恩梅开 ５加大集团公司水电开发力度．促进“三步走” 江、迈利开江、伊洛瓦底江开发的前期工作，争取 战略实施 ２０１０年集团公司水电装机突破１ ７００万ｋＷ。 总之，科学、合理、有序开发水电，大力发展水 中电投集团公司拥有黄河水电、五凌电力两家 电，落实科学发展观的具体要求，是实现我国经济社 水电流域开发公司，分别负责黄河中上游、沅水流域 会全面协调可持续发展，保障能源安全的战略选择。 的水电开发，积累了水电建设和管理的丰富经验，水 身为一个水电工作者，以科学发展观为指导，积极投 电比重在五大发电集团中最大，具有水电开发的比 身水电建设和管理的伟大实践，是我们光荣而神圣 重优势。当前，在继续抓好黄河流域、沅水资水流域， 的使命。 以及广西长洲水电开发的同时，要积极开拓新的水电 Ｕ女稿日期．２（）０８—１Ｏ一】１