圍巖膨脹引起水工隧洞破壞的修復實例分析

陳雪峰　翟礦山

【摘要】由于水工隧洞圍巖吸水后，圍巖軟化、體積膨脹，導致承載能力下降，導致水工隧洞襯砌的邊墻下沉、開裂，底板上拱，嚴重影響隧洞的使用安全，甚至造成隧洞的整體塌陷，在水利工程上是比較少見。其成因是比較復雜，對于維修方法，可供參考資料也不多，本向大家介紹一個成功修復的水工隧洞實例。為今后出現類似的情況供大家參考。同時在水工隧洞設計時要注意此類巖石的處理。

【關健詞】隧洞；圍巖膨脹；破壞；維修；實施

1 、工程的基本情況及問題

工程龍游縣營盤山隧洞主要承擔輸水任務。全長2203.5米，為無壓水工隧洞，圓拱直墻斷面，襯后斷面為4.8m*5.48m（寬*高），直墻高度4.15m，頂拱圓角1160，內半經2.83m，隧洞坡降1/3500，設計過水流量24.51㎡/S。該隧洞1993年開工至1995年完工，1997年開始通水并投入使用，由于該下游有一座小型電站，需常年通水。

在1998年11月停水進洞檢查后發現樁號1+090～1+439段約300米長隧洞邊墻有水平、垂直裂縫，裂縫寬度約2～5mm，底板中間開裂拱起，最高拱起約60cm，嚴重影響隧洞通水的安全，該地段由于當時出于投資的考慮，大部分為邊墻現澆素砼厚20㎝，底板現澆素砼厚15㎝，頂部噴6-10㎝厚砼，少部分斷層處為邊墻、頂部現澆鋼筋砼厚35㎝，底板現澆素砼厚20㎝。

事情況發生后，引起領導的高度重視，組織水利有關專家一起進行分析情況，主要原因是：該段隧洞的圍巖巖性為蝕變凝灰巖，經過長期的通水，大量的水滲入地下，經過長期的浸泡，圍巖軟化、體積膨脹，導致承載能力下降，邊墻下沉，并與巖石分離，出現裂縫，底板是15㎝厚素砼澆筑，相對抗剪能力較差，不足抵抗由于巖石體積膨脹出帶的力，故出現上拱的現象。

2 、處理方法：

針對此現象，在查閱了大量的資料后發現，由于圍巖膨脹引起隧洞破壞，在水利工程上是比較少見，故可供參考資料不多，根據其產生的破壞原理，經討論，主要采取以下方法修理：

2.1邊墻修理

對于1+090-1+439段邊墻全部采用Ⅱ級鋼筋Φ20 L=3M錨桿間距1.2米，按梅花型布置，進行加固；對于邊墻上的裂縫開鑿寬*深為5㎝*5㎝“V”型溝槽，用高強度的環氧砂漿補平；并對造孔進行接觸灌漿，增加邊墻與巖石的凝結力。

2.2底板修理

底板起拱段砼全部撬掉，并清除已分化的巖石，并Ⅱ級鋼筋Φ20 L=2.5M錨桿間距1.2m，打入底板的巖石中，回填C20砼至表面設計高程，在底板表面配置￠14@300鋼筋網格，保護層5㎝。改善砼的剪能力。

2.3頂拱加固

對該地段的隧洞頂拱進行統一加固，對末進鋼筋砼襯砌的項拱，打入Ⅱ級鋼筋Φ20 L=2.5 M錨桿間距1.2米，并配置￠14@150鋼筋網格，噴12～15㎝厚砼。對已進鋼筋砼襯砌的項拱進行回填灌漿。

3 、施工方案

3.1準備工作

本著先邊墻，后底板、頂拱的原則，從隧洞進口向出口推進的方法。1999年5月，按排有豐富隧洞施工經驗單位進場施工。首先在隧洞下游出口按排兩臺水泵抽水機，排干隧洞內的積水，清除需維修段的淤泥，對隧洞進行全面檢查，并架設線路、輸氣管路等各項準備工作，實施修理。

3.2邊墻施工

對有裂縫邊墻根據錨桿設計間距，用油漆標出眼位：再氣腿風鉆造孔，鉆孔時鉆桿垂于層理面。用高壓風吹凈孔中石屑及細小石塊，并檢查孔距、孔深，要求錨桿孔距偏差小于10㎝，深度偏差小于5㎝，注漿采有漿泵注漿，將漿液經壓漿管輸送至孔底，再由孔底返出孔口，注漿時勻速注入，待孔口溢出漿液停止注漿。漿液采用M25普通硅酸鹽水泥和中細砂現場拌制的砂漿。用榔頭把錨桿打入，錨桿應伸入砼護面2㎝以上，然后用環氧砂漿抹平。對邊墻的裂縫，延裂縫走向開鑿5㎝*5㎝“V”型溝槽，用高壓風吹干凈，后用環氧砂漿補平，環氧砂漿配比：環氧樹脂：二丁脂：丙酮：乙二胺：水：細砂 =100：10～15：10～15：8：125：375，到強度達到設計的80%后，用風鉆造孔，孔經為￠38㎜，孔深入巖石10㎝，灌漿壓力為0.053MPa，灌漿時，壓力從零開始緩慢升高，注意灌漿的變化，如有變位或外鼓的現象，立即降低壓力，作好記錄。

3.3底板施工

本著由內向外的施工方法，待邊墻全部處理完畢后，清除底板上的砼和風化的巖石，挖至較完整的基巖，若遇到破碎帶，按帶寬的一倍挖深，清理干凈后，打入錨桿Ⅱ級鋼筋Φ20 L=2.5M錨桿間距2.5米，按梅花型布置，然后回填C20砼，回填砼厚度不少于50厘米，底板表面配置￠14@300鋼筋網格，保護層5㎝，，底板采用跳塊澆筑，注意澆筑砼的質量。

3.4頂拱施工

對于頂拱，先按間距3米，按梅花型布置打入錨桿，清除表面各種浮石及雜物、泥巴，然后布置網筋，網筋與巖面距離3-5㎝。捆扎牢固，并與錨桿用點焊聯結，采用干噴法，噴砼配合比為：水：水泥：砂：石子=（04-0.5）：1：2：2，噴射機工作壓力控制在1.2kg/㎝2左右，水壓大于2.2kg/㎝2，每次噴射厚度約5-7㎝左右，砼噴射結束終凝2小時后進行噴水養護。對于頂拱已襯砌段，用手風鉆造孔，用砂漿泵按填壓式進行了灌漿，灌漿終孔壓力為3MPa左右。

4、 實施后成效

對于隧洞處理后，我們在該段設置觀點，按底板中間設一點、兩邊墻高1.5米各設置一點，每年隧洞放水檢查一次，并用水準儀實測沉降量。通過多年觀測，發現隧洞邊墻不再出現下沉，也沒有出現裂縫，隧洞底板無上拱現現象，效果顯著，隧洞正常運行。

結束語

由于圍巖吸水后，圍巖軟化、體積膨脹，導致水工隧洞的破壞實例不多，其成功的修復的方法，還在摸索中。主要是做好防水工作，盡可能減少地表水滲入圍巖，防止圍巖吸入過量的水，增加抵抗膨脹產生的力。對于水工隧洞的地質條件很復雜，由于不同的巖質、不同的工作環境，其維修方法不盡相同，本方法供大家參考。

參考文獻：

[1]華東水利學院.水工設計手冊.第三卷.

[2]華東水利學院.水工設計手冊.第七卷.

[3]劉漢東.巖土力學.