經(jīng)驗(yàn)介紹：地下水影響隧洞襯砌混凝土質(zhì)量的原因分析及解決方案
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作者：沈奕斌
1工程概況
遼寧省大伙房水庫輸水工程是遼寧省“十一五”期間的重點(diǎn)工程，其主體建筑物為長85. 32km的輸水隧洞，隧洞底坡為1/2380，設(shè)計(jì)引水流量70m3/s，開挖直徑8. 0m，埋深大多在100 - 600m之間。隧洞施工采用以TBM掘進(jìn)機(jī)為主、鉆爆法為輔的聯(lián)合作業(yè)方法。輸水隧洞開挖完成后需全段進(jìn)行混凝土襯砌，襯砌混凝土的質(zhì)量直接關(guān)系到輸水工程的安全運(yùn)行和使用壽命，從襯砌的效果來看，已經(jīng)澆筑襯砌存在的缺陷主要有以下幾項(xiàng)：存在蜂窩麻面、存在大量裂縫，地下水從裂縫中流出導(dǎo)致混凝土表面泛白、存在施工縫滲水現(xiàn)象。本文主要分析地下水對隧洞襯砌質(zhì)量的影響及其解決方案。
2地下水類型
輸水隧洞沿線的地下水賦存及分布特征主要受氣象、地形地貌、巖性及構(gòu)造影響。大氣降水是形成地下水的主要補(bǔ)給來源，對地下水的豐枯程度及動態(tài)變化起決定作用，同時地表水也是補(bǔ)給地下水的重要來源。淺部巖體由于受構(gòu)造作用的切割，促成構(gòu)造裂隙與風(fēng)化裂隙的連通，構(gòu)成較強(qiáng)的含水介質(zhì)，是地下水獲得滲水補(bǔ)給和賦存的場所；而深部巖體結(jié)構(gòu)面多微張一閉合，透水性微弱，一般含水貧乏。第四系松散物質(zhì)主要分布在山間溝谷和河谷平原，砂卵礫石層存儲孔隙潛水。按地下水賦存條件與含水層的空隙性質(zhì)，該區(qū)內(nèi)的地下水主要有以下幾種類型。
2.1 松散巖類孔隙潛水
主要分布于渾江、富爾江、蘇子河、渾河、清河河谷及支流谷地。河谷平原孔隙水含水層具有沖積成因的特點(diǎn)，主側(cè)流分相明顯，堆積顆粒粗，其厚度向下游有遞增之勢。垂向上具有雙層結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，即表層黏性土，下為砂礫石層，并與地表水的關(guān)系密切。
2.2 裂隙水
包括風(fēng)化裂隙水、基巖裂隙水和構(gòu)造裂隙水。
a．風(fēng)化裂隙水：分布在風(fēng)化裂隙中的地下水多數(shù)為層狀裂隙水，由于風(fēng)化裂隙彼此相連通，因此在一定范圍內(nèi)形成的地下水也是相互連通的水體，水平方向透水性均勻，垂直方向隨深度增加而減弱，多屬潛水，有時也存在上層滯水。如果風(fēng)化殼上部的覆蓋層透水性很差時，其下部的裂隙帶有一定的承壓性，風(fēng)化裂隙水主要受大氣降水的補(bǔ)給，有明顯季節(jié)性循環(huán)交替性。
b．基巖裂隙水：主要賦存于成巖裂隙及碎屑巖類裂隙中。具有成巖裂隙的巖層出露地表時，常賦存成巖裂隙潛水。陔?yún)^(qū)巖漿巖分布較廣，其裂隙水較為發(fā)育。裂隙均勻密集．張開性好，貫穿連通，常形成貯水豐富、導(dǎo)水暢通的潛水含水層。多呈層狀分布，在一定范圍內(nèi)相互連通。且廣泛分布于洞線區(qū)各地層中，含水巖組包括侏羅系果松組、小東溝組，白堊系小南溝組，其巖層構(gòu)成為砂巖、頁巖、安山巖、凝灰?guī)r等，分布于中生代盆地內(nèi)，構(gòu)成低山丘陵區(qū)。該巖組內(nèi)多發(fā)育NE、NW向兩組構(gòu)造裂隙，節(jié)理裂隙風(fēng)化帶厚度一般小于50m，接受降水補(bǔ)給。
c．構(gòu)造裂隙水：為賦存于斷裂帶中的地下水，包括斷層構(gòu)造帶、影響帶及巖體節(jié)理裂隙，受巖體破碎程度直接影響，其流量差異很大。一般隨季節(jié)、地形地貌、巖性及斷裂性質(zhì)、規(guī)模、組成物質(zhì)、形狀等的變化而變化。地下水主要靠大氣降水補(bǔ)給，少數(shù)斷裂帶存在深循環(huán)或呈封閉狀態(tài)，具承壓性。多數(shù)斷裂透水性與富水性微弱。由于穿越洞線區(qū)構(gòu)造多為壓性或壓扭性，故不具備稍大型儲存地下水的條件，多為小型地下水儲存場所。
2.3巖溶水
林家溝組硅質(zhì)條帶大理巖，是巖溶水賦存的主要區(qū)段。該洞段較短，且所含地下水一般為水量貧乏的巖溶裂隙水。另據(jù)調(diào)查，地面尚未發(fā)現(xiàn)巖溶現(xiàn)象。因此，該巖溶裂隙水不發(fā)育。
3地下水對混凝土質(zhì)量的影響
隧洞開挖后主要表現(xiàn)為涌水、淋滲水，一般為線流狀態(tài)、滴水等狀態(tài)。經(jīng)過分析，已經(jīng)襯砌完成的隧洞段，地下水對隧洞襯砌混凝土質(zhì)量存在著較大影響。主要有以下幾個方面：
a．較大的地下水作用時，由于混凝土澆筑時地下水摻入到混凝土中，導(dǎo)致混凝土中的水灰比發(fā)生變化，影響混凝土的強(qiáng)度。
b．較高壓力的地下水容易在混凝土未初凝時對混凝土產(chǎn)生劈裂裂縫，導(dǎo)致襯砌混凝土開裂滲水�；炷灵_裂后，地下水與混凝土裂縫中的CaO反應(yīng)，生成Ca( OH)2隨水帶出，Ca( OH)2與空氣中的CO2反應(yīng)生成CaCO3晶體，沉積在裂縫表面或者里面，或者沿著洞壁向下流動，影響混凝土的美觀及其耐久性。
c．已經(jīng)襯砌完成的隧洞，由于承壓水的作用，如果襯砌的排水孔失效，當(dāng)?shù)叵滤膲毫Τ^襯砌承載力時，將引起隧洞襯砌破壞。
4解決方案
4.1 灌漿方案
隧洞襯砌前，對隧洞地下水豐富地段進(jìn)行阻水灌漿和固結(jié)灌漿處理。根據(jù)隧洞地下水的類型，當(dāng)為松散巖類孔隙潛水、風(fēng)化裂隙水時，由于受地表的直接補(bǔ)給，一般對地表的環(huán)境影響較大，因此開挖后應(yīng)盡快進(jìn)行阻水灌漿；當(dāng)為構(gòu)造裂隙水時，由于水量較大，影響施工，也對地下水進(jìn)行阻水灌漿處理；當(dāng)為基巖裂隙水時，經(jīng)過一定時間排放，水量減少時再進(jìn)行阻水灌漿處理，或者襯砌前停止流出水時不需要進(jìn)行灌漿處理，單在該段襯砌打設(shè)排水孔。
4.1.1 阻水灌漿
a．施工圖紙中規(guī)定，隧洞開挖后，當(dāng)圍巖裂隙水發(fā)育，出現(xiàn)涌水或淋水面積過大，影響地表環(huán)境或影響施工時，經(jīng)監(jiān)理人批準(zhǔn)，承包人應(yīng)采取阻水灌漿。
b．阻水灌漿孔深一般為3. 5m，孔距、排距現(xiàn)場確定。
4.1.2固結(jié)灌漿
a．鉆爆法及TBM施工的V類圍巖主洞段需全部進(jìn)行固結(jié)灌漿處理。
b．鉆爆法及TBM對于Ⅳ類圍巖洞段按以下原則進(jìn)行固結(jié)灌漿：
圍巖破碎洞段（鋼支撐加固洞段）進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿范圍為加固段兩端各延1m；滲漏水（線流、大面積滲水等）段進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿范圍為滲漏水兩端邊界各延5m；施工期收斂變形較大洞段進(jìn)行固結(jié)灌漿，灌漿范圍為大變形洞段兩端各外延2m。
4.2 防排水板方案
一般情況下，如果節(jié)理裂隙較發(fā)育的情況下，經(jīng)過阻水灌漿與固結(jié)灌漿的處理，隧洞襯砌前滲漏水將大幅度減少。但在Ⅲb類圍巖中，由于節(jié)理相對不發(fā)育，可灌性較差，選擇阻水灌漿不能夠完全處理巖面至不滲水狀態(tài)，仍然存在一定范圍的滴水狀態(tài)。在Ⅱ類、Ⅲa類圍巖中只有局部存在單點(diǎn)出水的情況，即使經(jīng)過阻水灌漿處理也很難處理至不滲水。
因此，針對上述情況以及對經(jīng)過阻水灌漿和固結(jié)灌漿處理仍然還存在大面積滴水狀態(tài)的圍巖洞段，采用防水板和Ω形半排水集中引排至當(dāng)前澆筑�；炷恋膫�(cè)面，拆除模板后立即對襯砌的排水孔進(jìn)行施做，并做好反濾處理。待下�；炷翝仓䲡r，封堵排水管。按照隧洞Ⅱ類、Ⅲ類圍巖長度洞段1%，Ⅳ類、V類圍巖的5%計(jì)算需要設(shè)置防排水板的范圍。
5 施工縫漏水原因分析及解決方案
施工圖紙規(guī)定在第一�；炷翝仓瓿珊�，在端部預(yù)留一條止水條槽，寬度20mm，深度為15mm，待澆筑第2�；炷潦┕で鞍惭b橡膠止水條，橡膠止水條遇到水膨脹起到止水效果。實(shí)際施工中安裝遇水膨脹橡膠止水條的施工縫存在漏水，主要表現(xiàn)為在施工縫出現(xiàn)水印，或者出現(xiàn)泛白現(xiàn)象，引起隧洞襯砌面后的充填物隨流水流出，或施工縫被沖刷破壞，嚴(yán)重影響了混凝土使用壽命。
5.1 施工縫漏水原因分析
5.1.1 遇水膨脹橡膠止水條膨脹率沿軸線分布不均勻
通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)每捆橡膠止水條端部遇水不膨脹或膨脹率較低，導(dǎo)致止水條不能完全充滿施工縫空隙；止水條中間段7天內(nèi)可以達(dá)到膨脹率200% - 300%的要求。在施工中如果膨脹率較低的端部不能去除，安裝后膨脹率低的部位存在滲漏通道。
5.1.2 遇水膨脹橡膠止水條現(xiàn)場安裝不規(guī)范
實(shí)際施工中發(fā)現(xiàn)，施工單位安裝橡膠止水條不規(guī)范。有的施工單位用鋼管或塑料管放在模板臺車的端部擋板上，形成的橡膠止水條預(yù)留槽斷面為半圓形，其線形蜿蜒曲折。由于橡膠止水條斷面為矩形，遇水各面均勻膨脹時，不能夠充滿整個預(yù)留槽，造成滲水；有的在澆筑第一�；炷恋臅r候就把橡膠止水條安裝在澆筑的混凝土內(nèi)；有的未設(shè)置橡膠止水條槽或者設(shè)置不夠平整；有的安裝橡膠條后停頓了較長時間才澆筑混凝土，橡膠止水條在第二�；炷翝仓耙呀�(jīng)膨脹，達(dá)不到預(yù)想的對施工縫的止水效果。
襯砌后端部止水條溝槽成型如圖1所示。
5.1.3遇水膨脹橡膠止水條沒有完全膨脹
為了驗(yàn)證橡膠止水帶的膨脹時間，在15號支洞取3段橡膠止水條進(jìn)行了完全泡水試驗(yàn)（為非實(shí)驗(yàn)室所做成果，試驗(yàn)成果作為趨勢分析，而非實(shí)際膨脹數(shù)據(jù)）。所測的試驗(yàn)結(jié)果如下頁表所列。
經(jīng)過分析：12h止水條膨脹110%左右，28h膨脹120%左右，49h膨脹135%左右，60h膨脹142%左右。通過對澆筑完成的混凝土進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，一般澆筑一�；炷列枰獣r間為7 - 10h左右，15號支洞控制段混凝土澆筑一般為12h左右，按照最不利條件，20h內(nèi)一般能夠澆筑完成一模混凝土，這段時間內(nèi)，膨脹止水條未能夠完全膨脹，止水條理論上還應(yīng)該能夠起到止水的效果。
經(jīng)過一周左右時間，橡膠止水條基本達(dá)到了膨脹效果，膨脹率達(dá)到220%。膨脹后與膨脹前橡膠止水條對比如圖2所示。
由于室內(nèi)實(shí)驗(yàn)止水條是完全浸泡在水里，經(jīng)過一周左右達(dá)到了設(shè)計(jì)膨脹率，而現(xiàn)場施工縫中，水量沒有達(dá)到室內(nèi)的邊界條件，完全膨脹需要更長的時間，因此施工后的短期內(nèi)，施工縫存在滲水現(xiàn)象。
5.2 施工縫滲漏水解決方案
5.2.1 部分圍巖洞段改為橡膠止水帶
開挖后存在滴水狀態(tài)的圍巖洞段的襯砌橡膠止水條改為橡膠止水帶，開挖后沒有地下水的圍巖洞段仍然為橡膠止水條，止水效果能夠達(dá)到預(yù)想的效果。
5.2.2 止水條表面涂抹緩膨脹劑
該方案可以在止水條外表面涂抹SR緩脹劑，緩脹時間大于8 - 10h，在澆筑新混凝土前嚴(yán)防水浸泡，其7d的膨脹率不大于最終膨脹率的60%，涂緩脹劑可以確�；炷吝_(dá)到7d強(qiáng)度后，止水條開始膨脹，達(dá)到止水效果。該方案由于在施工現(xiàn)場無法大面積實(shí)現(xiàn)涂抹緩膨劑，需要在橡膠止水條廠家施工，運(yùn)輸密封保存，待施工時再開封使用。
5.2.3 部分圍巖洞段對施工縫改為注漿處理
對施工縫注漿也用于隧洞變形縫的處理，通常使用雙組分聚硫橡膠、SH外摻劑、環(huán)氧砂漿等防水材料，按剔縫——抽管——埋管封縫——灌漿——縫孔的施工程序來實(shí)施。此方法曾用于北京阜成路地下熱力隧道的變形縫處理，防水效果理想。在上海打浦路越江隧道中，通過鑿毛、割縫、剔槽、拉管、嵌縫、抹面、注漿幾步來進(jìn)行防水，同樣取得理想效果。施工縫注漿見圖3。
5.2.4規(guī)范化施工橡膠止水條
根據(jù)《施工縫遇水膨脹止水條施工工藝標(biāo)準(zhǔn)》，該工程中采用以下方法提高橡膠止水條的安裝質(zhì)量：采用鋁條作為橡膠止水條預(yù)留槽的模板，拆除第一模后，立即對端部進(jìn)行打磨、清理處理，使下一循環(huán)安裝止水條能夠緊密；安裝止水條時采用高強(qiáng)混凝土射釘固定橡膠止水條，使橡膠止水條與混凝土緊密粘貼，如果混凝土存在錯臺的部位，加密射釘或采用膠粘的方法。
6結(jié)論
輸水隧洞襯砌混凝土完成之后，隧洞內(nèi)地下水對襯砌混凝土的質(zhì)量影響很大，如果處理不得當(dāng)，就會擊穿混凝土造成裂縫，使混凝土表面產(chǎn)生流白現(xiàn)象，不僅影響外觀質(zhì)量，更會對混凝土內(nèi)在質(zhì)量產(chǎn)生影響。
7【摘 要】 隧洞內(nèi)地下水對襯砌混凝土的質(zhì)量影響很大，應(yīng)該針對隧洞洞內(nèi)的地下水類型進(jìn)行分析，然后選擇理想的處理方案，做到既安全、又經(jīng)濟(jì)。本文詳細(xì)介紹了隧洞地下水對襯砌混凝土造成的破壞，并給出了解決方案該解決方案在大伙房輸水隧洞施工中取得了良好效果，可供類似工程參考。
