钢管内衬在水库输水隧洞应急抢险维修中的运用

钢管内衬在水库输水隧洞应急抢险维修
中的运用
摘要：水库输水隧洞长期在水下浸泡，洞壁的钢筋混凝土结构在水体盐碱的
腐蚀、水流的冲刷和日常运行中产生的气蚀、水锤的共同作用下，混凝土表面极
易损伤缺楞掉角甚至结构开裂，致使内部钢筋被锈蚀，大大降低了钢筋混凝土的
抗压强度、抗震强度和抗拉强度，容易造成涵洞钢混结构和外部地质构造的变化。

这些损害在日常管理的运行维护中补强修复非常困难，并极易发展为致命的隐患，一旦出现险情，处置起来也非常棘手。

文章简单介绍广西横州市六蓝水库在输水
隧洞应急抢险中采用钢管内衬的办法开展维修加固的过程，说明了该办法具有快
速高效、投资节省，坚固实用的优点，应值得推广。

关键词：输水隧洞抢险维修钢管内衬快速节省坚固耐用
六蓝水库位于横州市校椅镇六蓝村委独田村，始建于1958年08月，1960年07月竣工验收。

最近一次水库大坝安全鉴定于2007年11月完成，大坝鉴定为三
类坝。

最近一次除险加固工程于2009年10月开工，蓄水验收时间2010年12月，2011年09月29日恢复正常蓄水。

水库总库容为9319万m³，有效库容为6600万m³，正常蓄水位108.10m（珠
江高程基准面，下同）。

大坝防洪标准采用按100年一遇设计、1000年一遇校核，设计洪水位111.31m，校核洪水位112.71m，50年一遇洪水位111.60m，库区土
地征用水位111.50m，移民水位110.00m。

防洪控制断面为闸门式，安全泄量为1839m³/s。

水库枢纽工程由主坝、泄洪闸、输水隧洞、坝后水电站等组成。

1输水隧洞现场检查情况
主要输水隧洞，全长150m，洞径2.2m。

隧洞进口底高程83.00m，由2×10t 电动卷扬式启闭机控制。

隧洞出口设有3m×2.5m（孔口尺寸）钢机构平板式闸门，采用液压式启闭机控制，闸底高程81.00m。

输水隧洞最大泄量19.0m³/s。

为了解决大坝输水隧洞的渗漏问题，2015年初该工程施工单位曾对大坝放水
设施的进口控制闸、出口控制闸进行维修加固，对输水隧洞进行了固结灌浆处理，取得了一定的堵漏效果。

2016年2月15日水库坝后水电站运行人员，关闭隧洞出口控制闸后,开启隧
洞进口放水，输水隧洞及发电支洞灌满水后，开启发电进水管蝶阀，启动机组发
电后，突然发现输水隧洞出口上部浆砌石体部位及发电支洞段浆砌石墙体出现渗漏，水库管理单位立即于2月16日邀请县水利局、南宁市水利电力设计院的水工、地质专家到达现场勘查并进洞检查(当时库水位108.2m输水隧洞内水深约
0.2-0.8m)。

现场检查情况如下：
1.1 进口放水闸
圆筒闸门经过除锈、维修后,漏水量有所减少但现场进洞检查发现闸门仍存
在漏水现象。

漏水量约0.2 m³/s。

1.2 输水隧洞
(1)输水隧洞进口及洞身段发现多处原砼衬砌分缝位置有水帘滴水现象，其
中离洞进口约40m有一处呈喷射状漏水。

还发现部分灌浆孔虽钻孔但尚未进行固
结灌浆，部分灌浆孔虽已灌浆但尚未进行封孔处理，导致这些灌浆孔有水渗出。

(2)隧洞出口段距洞出口2.8m处的原隧洞砼衬砌环向断裂在2015年进行过
修补，本次现场进洞勘查发现原修补的砼大部脱落，洞顶发现2～3道裂缝，环
向断裂使砼受损影响带宽度为15～25cm,有一根环向钢筋裸露并多处断开。

初步
分析认为本次隧洞出口段重新漏水原因主要是：上次坝后水电站机组停机导叶关
闭时产生关闭水锤，隧洞内水压力增大，可能导致隧洞薄弱环节即原环向断裂处
新修补的砼受损，但尚未完全破坏，在本次隧洞充满水重新启动机组发电后，隧
洞内水压力发生脉动，导致原环向断裂处已受损的新修补砼进一步受损而发生破
坏、脱落，洞内有压水从裂缝外渗，由于内水压大，漏水量多，导致环向断裂裂缝周围的岩体或砌石体内细颗粒被水带出淘空，形成漏水通道，出口洞段及闸门附近的地基有可能发生轻微沉陷并加剧环向断裂处新修补的砼破坏程度。

详见照片图1～图2
图1 隧洞出口段砼衬砌环向断裂图图2 出口段砼衬砌环向断裂局部图
2对隧洞进口段砼衬砌环向断裂应急处理的主要做法
考虑到输水隧洞渗漏对大坝等建筑物安全存在隐患,必须及时处理消除隐患,确保整个工程的安全运行,因此,我单位采取了以下的处理办法。

(1)尽快对输水隧洞出口段原砼衬砌环向断裂裂缝进行处理。

先将环向断裂裂缝影响范围内的洞壁损坏松动的砼清除干净,然后对裂缝进行凿槽嵌补环氧砂浆处理。

(2)对输水隧洞出口段11.2m长洞段及出口控制闸段附近地基进行钻孔试验检查，根据钻孔试验检查情况,对输水隧洞出口段及出口控制闸附近的地基进行固结灌浆加固处理。

固结灌浆范围主要是输水隧洞钢管底部同心角120°范围，沿输水隧洞出口段至出口控制闸共设7排，排距2m,每排3个灌浆孔,灌浆深度不小于2m,可视实际情况(或钻孔试验)调整。

濯浆压力取0.5MPａ左右。

(3)对输水隧洞出口段11.2m长洞段及发电支洞进口段3m长洞段原砼衬砌内面,先进行凿毛清理干净,然后采用Q235-C级碳素结构钢直径2000mm钢管内衬加固，经计算钢管壁厚取15mm。

因输水隧洞出口控制闸宽高仅为1.45m*1.45m，无
法将钢管运入隧洞，可先将钢管切割成块，然后送入洞中拼装焊缝连接。

对内衬钢管和原砼衬砌之间的缝隙,采用水泥回填灌浆和接触灌浆处理。

①回填灌浆:灌浆压力为0.4-0.5MPa,材料为水泥。

采用钢板上预留灌浆孔的方式实施。

②接触灌浆:灌浆压力为0.2MPa,材料为水泥,采用钢板上预留灌浆孔的方式实施。

灌浆范围主要是钢管底部圆心角90°范围及顶拱圆心角90°范围。

(4)为了在关闭闸门对隧洞进行充水时排出洞内空气或在发电机组关闸停机时补充洞内空气防止真空,避免引起气蚀和震动,在出口控制闸前隧洞顶部应设置通气管。

由于隧洞顶部空间较小，无法满足安装钻孔机械的工作平台，后改为在发电支管的钢管顶部切割Φ200mm的管孔，然后焊接安装上自动泄压阀。

输水隧洞出口段加固设计、施工及效果见下图3～图6
图3 输水隧洞出口段加固设计图
图4 Q235-C级碳素结构钢钢管图5 钢管壁回填灌浆
图6 钢管切割焊接后效果图
3抢险维修中对施工工艺要求
3.1 内衬钢管材料和焊接要求。

(1)按照GB700-2006《碳素结构钢》,压力钢管采用Q235-C级碳素结构钢
(2)钢板在工厂轧制成2ｍ管段，运至工地后先将钢管用氧割切割成块，然后送入洞中拼装焊缝连接,连接时各管段的纵缝错开,以避开横断面垂直直径和水平直径上应力较大的部位。

纵缝与轴线的夹角应不小于10°
(3)焊接时匀按有关压力钢管焊接规程规范规定执行，焊缝的间距不小于500mm,以免焊缝效应互相影响。

管壁的纵缝和环缝按第一类焊缝施焊,并按第一类焊缝规定进行探伤质量检查，要求超声波的探伤抽查率为100%。

(4)焊接完成后对钢管内壁进行除诱防腐处理,涂刷两底一面防锈漆。

3.2 固结灌浆、回填灌浆及接触灌浆施工要求
(1)钢管壁上预设灌浆孔,在管外焊接补强板。

为防止发生钢管失稳事故，在灌浆过程中,进行加强监测。

灌浆后,随即将灌浆孔清理干净,用水泥砂浆填充密实,全部灌浆孔均应严密封堵(用厚度钢板焊接封堵)。

(2)回填灌浆、接触灌浆与固结灌浆匀在同一钻孔中分序进行,在进行固结灌浆时,设置了封堵栓塞。

(3)灌浆孔深、孔距排距、灌浆压力、浆液稠度及灌浆时间等技术参数,匀根据现场灌浆试验调整。

(4)整个工程灌浆结束，混凝土养护达14天后, 用压水试验，进行灌浆质量检查。

4施工安全和质量的控制
(1)由于洞内施工,场地狭窄,环境条件较差,认真落实做好了通风、照明、安全防护设施及安全标志；同时，加强对施工人员安全意识教育,确保用电安全、施工安全，杜绝了安全事故发生。

(2)加强施工质量全过程控制,严格按设计图纸和要求,以及有关施工规程规范进行施工,确保了工程质量。

(3)隧洞除险加固是关键部位,施工质量至关重要,业主代表施工旁站监督,严把施工质量关,并督促施工单位做好施工(尤其是灌浆)原始记录和施工资料(包括施工记录、照片各类验收签证等)整理工作。

5工程运行现状及效益
六蓝水库输水隧洞抢险维修工作，从2016年2月16日专家现场勘查开始，到除险加固方案的设计和工程施工和验收，直至2016年4月28日投入输水灌溉及发电历时仅需72天。

总投资23.12万元，完成主要工程量有：1、内衬压力钢管14.2m ，共9.996t；2、管道回填灌浆88m²;3、隧洞固结灌浆52.5m；4、接触灌浆46m²。

目前，输水隧洞运行状况良好，当年坝后电站发电量达到336.2万千瓦时，
水库灌区10.3万多亩的农业灌溉用水得到保障，水库管理单位总收入仍达到正
常年景的水平。

6结语
通过上述经验介绍，水库输水隧洞出现环向断裂时，采用钢管内衬加固进行
应急抢险处理的措施切实有效可行。

当险情发生后，我们只要做好事前的科学研
判和论证设计、规范好抢险过程中的各类施工工艺、把控好安全与质量监督这三
个环节，水库输水隧洞的抢险维修就能达到预期效果。

该方法具有投资少、见效快、坚固实用的特点，适合当前水库输水隧洞应急抢险维修的实际，应值得推广。

参考文献
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