和平水电站引水隧洞衬砌裂缝原因分析及修复设计

地下输水隧洞特别是有压隧洞是我国水利水电工程建设中常有的施工项目,但隧洞衬砌混凝土产生的裂缝不仅会破坏混凝土结构,影响隧洞的使用寿命,而且处理时费工费时,增加成本和工期,所以准确判断裂缝产生的原因并采取适当的处理方法对于此类项目有重要意义。本文重点分析水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝问题及处理措施。

水电站引水隧洞衬砌混凝土裂缝原因及预防处理 摘要水电站引水隧洞衬砌混凝土产生的裂缝不仅会破坏混凝土结构，影响隧洞 的使用寿命，而且处理时费工费时增加成本，增加工期，所以如何判断裂缝产生 的原因并采取适当的预防及处理方法对于此类项目有重要意义。本文从隧洞衬砌 混凝土裂缝的分类、产生原因及预防处理措施方面作了简要探讨。 关键词水电站隧洞衬砌混凝土裂缝干缩温度化学反应荷载表面修补 灌浆 1引言 引水隧洞是在山体内开挖成的引水道。按洞内水流有无自由水面，引水隧洞 分无压和有压两种。隧洞衬砌是引水隧洞重要的组成部分。其作用是承担内、外 水压力和山岩压力、减小渗水、防止岩体崩塌和降低糙率。除岩体坚硬、致密和 完整的地段外，一般都要做衬砌，主要有混凝土、钢筋混凝土和喷锚三种衬砌类 型，此外还有预应力混凝土衬砌。当围岩较完整，内水压力不大时，可采用混凝 土衬

色尔古水电站引水隧洞在施工过程中出现多次塌方,部分洞段临时支护变形后侵占衬砌断面,严重威胁施工安全,影响工程进度。经研究,在基本不拆除临时支护、满足调压井涌浪要求的前提下,调整了引水隧洞的衬砌,最大限度地保障了施工期安全,促进了工程进展。

湖南润海水电站引水隧洞长553.5m,地质构造复杂,对隧洞不同部位的衬砌结构型式进行了优选,并付诸实施,经长期运行后,检查表明效果较好。

高层水电站引水隧洞全长2411m,隧洞为圆形有压式,洞径2.2m～2.6m。隧洞围岩为三迭系上统文宾山组砂岩、泥质粉砂岩和泥岩。隧洞开挖施工中遇到6处较大塌方,其中以0+860m处最严重,洞线被迫改线。1996年5月,隧洞贯通并衬砌完工,支洞封堵完成。

采用钢筋混凝土非线性有限元方法，对湖南柘溪水电站引水隧洞衬砌在温度变化和使用荷载作用下的受力情况进行了计算分析，得出了温度变化是引起衬砌开裂的原因和衬砌结构仍具有较高承载力的结论．

对于引水隧洞的衬砌设计,采用不同的设计理论会得出不同的结果;对于长引水隧洞,若隧洞中不良地质段长,在保证隧洞安全运行条件下,尽可能减少衬砌工程量和造价是设计和业主必须考虑的问题。通过金康水电站高压长引水隧洞衬砌设计、优化及实测钢筋应力分析表明,即使在地质条件差的隧洞,围岩仍然是承担内水压力的主体。

水利水电技术　第38卷　2007年第12期 waterresourcesandhydropowerengineeringvol138no112 水电站长有压引水隧洞衬砌型式的探讨 张　磊,郑鼎雄 (云南省水利水电勘测设计研究院,云南昆明　650021) 　水电站;长有压引水隧洞;衬砌型式;锚喷 中图分类号:tv73213　　　　文献标识码:b　　　　文章编号:100020860(2007)1220078203 　　　　　　　　　　 收稿日期:2007210211 作者简介:张　磊(1968—),男,高级工程师。 1　引　言 当前随着水电资源大规模开发,对于云南省以山 区河流为主的中小型水电站,其开发形式多以径流引 水式电站为主,引水发电站隧洞在工程布置上具有洞 线长、投资大的特点,

北疆某电站引水隧洞在开挖过程中，地质人员根据ⅲ类围岩节理裂隙较发育的实际情况细化分为ⅲa、ⅲb，设计根据细化后的围岩类别对隧洞断面形式进行优化，调整为特征洞径6．5m×6．5m的平底马蹄形断面，并对支护及衬砌形式进行了优化设计，优化后节约了投资，还缩短了施工工期，取得了良好的经济效益和时间效益，经过了两年多的运用检验和二次放空检查，隧洞安全可靠，证明优化方案可行，可供类似工程参考。

北疆某电站引水隧洞在开挖过程中,地质人员根据ⅲ类围岩节理裂隙较发育的实际情况细化分为ⅲa、ⅲb,设计根据细化后的围岩类别对隧洞断面形式进行优化,调整为特征洞径6.5m×6.5m的平底马蹄形断面,并对支护及衬砌形式进行了优化设计,优化后节约了投资,还缩短了施工工期,取得了良好的经济效益和时间效益,经过了两年多的运用检验和二次放空检查,隧洞安全可靠,证明优化方案可行,可供类似工程参考。

立洲水电站引水隧洞长16.7km,地质条件复杂,围岩较差,开挖揭露芋类围岩占总长的16%、郁类围岩洞段占总长的65%、吁类围岩洞段占总长的19%,郁类、吁类围岩所占比例约达84%,承担水头40140m,采用dl/t5195原2004《水工隧洞设计规范》的公式法计算配筋较大.结合现场固结灌浆试验及其检测成果及类似工程经验,根据相关文献资料数据调研,适当提高围岩固结圈物理力学参数,并应用于有限元分析计算.结合引水隧洞衬砌结构力学法配筋成果、有限元法配筋成果,从计算原理及边界条件、工程类比、工程效益、施工因素等方面综合分析,选择适合该工程隧洞的衬砌钢筋型式,考虑-定的安全余度,是符合实际的、合理的.

根据某水电站引水系统实际情况,采用ansys三维非线性有限元法,建立其引水系统中新建引水隧洞的三维有限元模型;并对引水隧洞的衬砌结构进行分析。验证衬砌方案和支护参数的合理性;同时提供衬砌配筋计算结果及优化建议,论证现有衬砌和支护方案合理性,补充和完善加固处理措施。结果表明,引水隧洞各段衬砌在各个工况下,水平位移最大值为0.41mm,出现在侧面;垂直向最大位移为-6.53mm,出现在顶拱处。衬砌最大第一主应力为拉应力,其值为2.33mpa,发生于工况四,出现在顶拱处;衬砌最大第三主应力为压应力,其值为-8.19mpa,发生于工况二,出现在衬砌侧面。由于衬砌c25混凝土的抗压强度为17mpa,故衬砌结构安全。衬砌采取单层筋布置,各段环向配筋φ20@200mm,纵向钢筋φ12@300mm,考虑到方圆渐变段的应力状态较为复杂,优化设计后建议采用50cm厚的衬砌方案。

立洲水电站引水隧洞长16.7km,地质条件复杂,围岩较差,开挖揭露芋类围岩占总长的16%、郁类围岩洞段占总长的65%、吁类围岩洞段占总长的19%,郁类、吁类围岩所占比例约达84%,承担水头40140m,采用dl/t5195原2004《水工隧洞设计规范》的公式法计算配筋较大.结合现场固结灌浆试验及其检测成果及类似工程经验,根据相关文献资料数据调研,适当提高围岩固结圈物理力学参数,并应用于有限元分析计算.结合引水隧洞衬砌结构力学法配筋成果、有限元法配筋成果,从计算原理及边界条件、工程类比、工程效益、施工因素等方面综合分析,选择适合该工程隧洞的衬砌钢筋型式,考虑-定的安全余度,是符合实际的、合理的.

引水隧洞衬砌结构的内力和配筋与围岩弹性抗力(模量)关系密切,传统设计所采用围岩参数是通过现场地质情况以及相似工程类比得到的,这种方法由于岩体参数的不准确导致配筋结果与实际工程之间出现很大的偏差。结合现场位移监测结果进行反分析得到的岩体参数,采用三维有限元法,开展引水隧洞衬砌结构受力特性研究,利用应力场成果进行结构配筋计算,并与规范配筋成果进行对比分析,从而提出合理的配筋方案。

柬埔寨额勒赛水电站引水隧洞在施工过程中根据开挖揭露的地质情况，在充分利用洞室围岩自稳、承载和抗渗的基础上，结合水头及电量损失进行综合研究，确定了横断面衬砌结构优化方案并实施，达到节约工程投资，加快工程进度的目的，取得了良好效果。

结合阿坝州理县米亚罗水电站有压引水隧洞的衬砌设计、优化及各种观测分析结果,阐述了对隧洞围岩进行科学分类、分别采用适合的衬砌方法,在保证洞室安全稳定的情况下,不仅能缩短施工工期,而且能有效降低工程造价,取得安全、经济的综合效益.

结合阿坝州理县米亚罗水电站有压引水隧洞的衬砌设计、优化及各种观测分析结果,阐述了对隧洞围岩进行科学分类、分别采用适合的衬砌方法,在保证洞室安全稳定的情况下,不仅能缩短施工工期,而且能有效降低工程造价,取得安全、经济的综合效益。

本文结合某二级电站的施工实践,对电站引水隧洞砼衬砌及灌浆施工作简要探讨。

新塘房水电站引水隧洞设计为圆形有压隧洞,开挖断面直径为5m,底坡为3.36‰,总长为3876.22m。根据设计地质资料,引水隧洞衬砌分为a、b、c三种型式,衬砌厚度分别为0.4、0.3、0.1m(挂网喷护),衬砌后洞径分别为4.2、4.4、4.8m。通过对引水隧洞不同衬砌方案的水力计算结果对比,为衬砌方案可行性提供了较为科学的依据。同时结合施工方法和施工进度综合考虑,从工程经济角度和推进衬砌施工进度方面选择了更适合工程实际的衬砌方案,保证了节点目标的顺利完成。

"5.12"汶川地震发生后,渔子溪水电站道路、通讯一度中断,首部枢纽、引水隧洞、厂房(生活区)、尾水渠、尾水出口、gis楼等均遭受严重损坏。2009年4月27~28日引水隧洞放空检查时发现衬砌段混凝土出现大量裂缝,底板出现管涌等现象;未衬砌段出现岩体下落、危岩体增多等情况。对震后引水隧洞的震损分析及如何快速修复等作了全面阐述,为类似工程的实施提供了可供借鉴的经验。

根据广西下桥水电站引水隧洞工程实际条件,论述在保障工程安全的前提下,对工程特点做具体分析,从抗渗安全性,综合经济效益考虑,选择经济、可靠、效益指标优越的中低水头大流量有压引水隧洞衬砌结构方案为钢筋混凝土衬砌及局部内套钢管结构。电站投入运行5年未发现隐患。

依尔甘南水电站弓l水隧洞 衬砌布筋的研究与优化 依尔甘南水电橄计过程中，对其弓j水隧洞岩石坚硬系数夫干 4的洞线段(约占806洞长)的衬砌结构计算表明，在遵守裂 缝张开宽度限制绦件下，合镏率可低予建筑法规chun 2．o8·09⋯84的规定．为论证减少布筋的可能性．需对岩石抗 力系数较高(k0=80一loompa／cm)的滑进行实验研究． 隧洞的开挖考虑采用《robbins)掘进机，村砌浇啊采用高工艺 和无焊按的钢筋． 与钻爆法不同，掘进机开挖可保证形成设甘断面，减少固岩的 破坏，从而为洞室周边形成均匀的岩石抗力创造了有利条件． 依尔甘南水电站曲二条引水洞长各为5000m，座落在坚硬 的自云石、砂岩和泥板岩互层的沉积岩中，其极限轴向抗压强度在 60一il0mp嫂问。 沿洞线的外部静水头达2