南水北调来水调入密云水库调蓄工程白河发电隧洞加固处理措施贾立欣刘腾飞高杨王宫瑶

南水北调来水调入密云水库调蓄工程白河发电隧洞加固处理措施贾立欣刘腾飞高杨王宫瑶
发布时间：2021-10-28T08:06:00.971Z 来源：《基层建设》2021年第19期作者：贾立欣刘腾飞高杨王宫瑶[导读] 南水北调来水通过白河发电隧洞将水送至密云水库，白河发电隧洞是该工程中的最后一个节点
北京市密云水库管理处北京市 101512
摘要：南水北调来水通过白河发电隧洞将水送至密云水库，白河发电隧洞是该工程中的最后一个节点。

白河发电隧洞及泄水支洞已建成50多年，存在着诸如围岩破碎、衬砌裂缝、部分洞身配筋不足、衬砌混凝土剥蚀等常见病害现象。

本文针对白河发电隧洞存在的主要问题，详细介绍了隧洞加固方法：对隧洞配筋不足、应力及混凝土强度不满足要求的洞段采用粘贴碳纤维布进行补强加固；对混凝土衬砌裂缝、衬砌与围岩脱空、围岩破碎、围岩空洞洞段进行化学灌浆加固；对隧洞腰线及底板混凝土剥蚀部位采用聚合物水泥砂浆进行修复。

并对每种技术应用特点、材料选择、施工流程等方面进行了论述。

关键词：南水北调白河发电隧洞碳纤维化学灌浆
1工程概况
白河发电隧洞是南水北调来水调入密云水库调蓄工程中的最后一个节点，南水北调来水在新建的溪翁庄泵站加压后通过单排DN2600泵站出水管→双排DN1800洞穿管→白河泄水支洞进入白河发电隧洞，然后送至密云水库。

白河发电隧洞位于白河主坝右岸，圆形压力隧洞，洞径6m长，长421.36m，进口高程116m，在桩号0+376.746m处与白河泄水支洞相接。

泄水支洞出口闸门上游段为圆形断面，有压隧洞，洞径5.5m；下游段为方圆形无压隧洞，高4.7m，宽6m，支洞总长120m。

白河发电隧洞于1960年建成并投入使用，为水库向下游供水的建筑物，长期处于充水状态。

该洞曾多次停水检修，但一直效果不佳。

2加固措施
针对白河发电隧洞存在着诸如围岩破碎、衬砌裂缝、部分洞身配筋不足、衬砌混凝土剥蚀等常见病害现象，采取以下措施进行隧洞加固：对隧洞配筋不足、应力及混凝土强度不满足要求的洞段采用粘贴碳纤维布进行补强加固；对混凝土衬砌裂缝、衬砌与围岩脱空、围岩破碎、围岩存在空洞洞段进行化学灌浆；对工作缝、伸缩缝老化进行止水带处理；对隧洞腰线及底板混凝土剥蚀部位采用水泥砂浆进行修复。

2.1衬砌补强加固按照隧洞检查报告，对白河发电隧洞主洞和泄水支洞配筋不足、应力值和混凝土强度不满足要求的洞段进行加固，加固的洞段为：主洞桩号0+104～0+407m，泄水支洞有压段（支0+000m～支0+054m）。

综合考虑工程实际情况及现场的施工条件，该段施工采用粘贴两层碳纤维布进行补强加固。

2.1.1衬砌补强材料选择碳纤维是一种碳含量超过90%的纤维状炭材料，是以有机纤维——聚丙烯晴（PAN）纤维、粘胶纤维、沥青纤维等原丝经过预氧化、碳化、石墨化等高温固相反应工艺过程制备而成.聚脲是由异氰酸酯组份与氨基化合物组份反应生成的一种弹性体物质。

聚脲具有附着力强、防腐、防水、耐摩擦、硬度强等特点。

此次衬砌补强加固采用原状混凝土粘贴碳纤维布后涂刷聚脲进行加强。

碳纤维布采用300g/m²片材。

与传统的补强加固相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。

另外，采用碳纤维加固，利用其紧密粘着于混凝土结构表面，使二者作为一个新的整体，共同受力，是一种非常简单且优良的加固补强方法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。

2.2对开度超过0.2mm的混凝土衬砌裂缝的处理经检测发现大小裂缝156条。

其中，环向裂缝较多，109条，缝宽0.2～10mm，长度0.5～21mm，且多数环向裂缝贯穿衬砌。

纵向裂缝20条，缝宽0.2～5mm，长度0.5～15mm，主要分布在顶拱及边拱腰部范围内。

对隧洞现有的裂缝采用化学灌浆的方式进行处理。

化学灌浆的浆液为溶液性浆体，浆液粘度较低，对细微裂缝具有良好的灌入性能，浆液胶凝硬化后，固结体具有一定的强度，能有的提高被灌物的强度，起到加固的作用。

2.2.1灌浆材料选择
化学灌浆的浆材主要可分为硅酸钠（水玻璃）类浆材、丙烯酸盐类浆材、脲醛树脂类、聚氨酯类浆材和环氧树脂浆材。

环氧树脂和聚氨酯类浆材都属于性能较好、使用较广泛的化灌浆材。

环氧树脂类灌浆材料强度高、粘结力强、收缩小、化学稳定性好，其粘结力和内聚力均大于混凝土，因此对于恢复结构的整体性，能起到很好的作用。

根据工程经验，环氧树脂对不渗水的裂缝（干燥裂缝），补强效果好。

水溶性聚氨酯化学灌浆材料是一种在防水工程中普遍使用的灌浆材料，其固结体具有遇水膨胀的特性，具有较好的弹性止水，以及吸水后膨胀止水双重止水功能。

该灌浆材料科灌性好，强度高，无毒性，当聚氨酯被灌入含水的混凝土裂缝中时，能迅速与水反应，形成不溶于水和不透水的凝胶体及二氧化碳气体，这样边凝固边膨胀，体积膨胀几倍，形成二次渗透扩散现象（灌浆压力形成一次渗透扩散），从而达到堵水止漏、补强加固作用。

水溶性聚氨酯适合对渗水的裂缝进行补强处理。

水玻璃类浆材中所含的水分在非饱和环境中容易丧失，丧失后浆材会因干燥而收缩，降低使用效果；丙烯酸盐类浆材抗渗能力差，固结体无弹性；脲醛树脂类浆材中的甲醛具有强烈刺激性气味，对人体不安全。

因为南水北调来水调入密云水库调蓄工程环保要求较高，因此对隧洞不渗水的裂缝（干燥裂缝），采用环氧树脂类化学灌浆材料；对渗水裂缝，采用无毒无污染的水溶性聚氨酯化学灌浆材料。

2.2.2施工流程
化学灌浆采用0.3Mpa~0.4Mpa压力灌浆机灌入聚氨酯堵漏剂，灌浆前首先在渗漏点或裂缝处打眼安装注浆嘴，通过注浆管连接注浆机进行注浆，注浆时待浆液外溢或在相邻裂缝或漏水点漏浆时持续2min后停止灌浆。

2.3其他裂缝的处理
2.3.1对衬砌与围岩脱空、围岩破碎、围岩存在空洞洞段的处理
经专业机构雷达探测，隧洞混凝土衬砌多处存在脱空、不密实区域；原木支撑未拆除段围岩多存在围岩松动、空隙现象。

为密实隧洞混凝土衬砌，提高隧洞围岩的弹性模量，应对这些区域进行回填灌浆和固结灌浆。

2.3.2工作缝、伸缩缝老化止水带处理
白河发电隧洞主洞桩号0+012m、0+379m，泄水支洞有压段桩号支0+011m、支0+043m处的伸缩缝止水带老化，发电隧洞主洞17条工作缝、泄水支洞有压段4条工作缝表层混凝土开裂、脱落，止水破坏，应对这些伸缩缝、工作缝进行修复处理。

2.4防碳化处理
混凝土碳化是影响混凝土结构耐久性的主要原因之一，严重时使钢筋锈蚀、混凝土开裂、剥落、保护层遭受破坏，最终导致结构物破坏。

按隧洞检查报告，对白河发电隧洞主洞底板、泄水支洞有压段底板及腰部以下混凝土剥蚀部位采用聚合物水泥砂浆进行加固处理。

聚合物水泥砂浆试通过向水泥砂浆掺加聚合物乳胶改性而制成的一类有机无机复合材料。

于普通水泥砂浆相比，聚合物水泥砂浆的弹模底、抗拉强度高、极限拉伸率高、于老混凝土的粘结强度高，因此聚合物水泥砂浆能承受反复冻融循环、温湿度强烈变化等作用，耐久性良好，适用于恶劣环境条件下水工混凝图结构的薄层表面修补。

且聚合物水泥砂浆对混凝土基面没有特定要求，混凝土潮湿基面液可以施工，仅要求施工现场环境温度零度以上即可。

3结语
（1）白河发电隧洞已运行50余年。

通过采用粘贴碳纤维布补强加固，对混凝土衬砌裂缝、衬砌与围岩脱空、围岩破碎、围岩存在空洞洞段惊醒灌浆，对混凝土剥蚀部位采用聚合物水泥砂浆修复等措施的综合应用，解决了隧洞建设及运行过程中存在的问题，使隧洞运行满足规范要求，提高了安全运行系数。

工程于2014年2月完工，历时2个月，经相关技术检测，工程验收合格。

（2）碳纤维应用范围广泛，作为新兴的纤维增强材料加固技术，碳纤维加固法修复混凝土结构具有高强高效、施工便捷、耐腐蚀、自重轻、不增加结构尺寸等明显的特点。

南水北调来水进京分厂迫切，同时隧洞供水要求工期短，采用碳纤维材料在保障加固强度的情况下，可有效地提高总体工程进度，具有良好的经济效益、社会效益。

参考文献：
[1]北京市密云水库管理处，工程技术手册，2009
[2]北京市密云水库管理处，密云水库志，2013.1
[3]白河发电隧洞加固设计方案
[4]李炜.水力计算手册.水利水电出版社，2006.6.1
[5]《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006。