斐济南德瑞瓦图水电站工程隧洞渗漏及底板裂缝成因分析

6 水 利 水 电工 程 设 计D WR HE 2 0 1 4年 第 3 3卷 第 3期 斐济南德瑞瓦图水电站工程隧洞 渗漏及底板裂缝成因分析 张忠辉 杨 海燕 周 志博 摘 要 水工隧 洞的渗漏及裂缝是 隧洞设计控制 的关键 其成 因也 是多方面的 是工程技术人 员在 设计过程 中难 以 避 免的问题 通过 隧洞的设计 与工程 实践 分析 了隧洞的渗漏原 因及其危害 底板产 生裂缝 的原 因分析 以及控 制措 施 为水工隧洞充水 放水控制提供 了工程 经验 关键词 水工隧洞 渗漏 裂缝 成 因分析 排水孔 中图分类号T V 2 2 3 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 6 9 8 0 2 0 1 4 0 3 0 O 0 6 0 3 1 隧洞地质概况 本工程 隧洞洞线穿越 了 S i g a t o k a 河和 B a河之 间的分水岭 L e w a山梁 地形起伏较大 除进 出口 部位外 洞室上部岩体厚度 4 0 2 5 0 m 大多数洞 段上部岩体厚度超过 1 5 0 m 洞线 方 向为 近东西 向 而 区域层面倾 向为 N或 N W 倾 角 5 1 5 火 山岩 结构面发育 洞线主要穿过 枕状玄 武岩 火山角砾岩等地层 偶夹有最大厚度可到 2 0 m的 沉 积 岩透 镜 体 或 夹 层 沉 积 岩 产 状 近 于 水 平 并 与玄武岩接触 良好 而蚀变带宽度可能达数百米 隧洞穿过的玄武岩节 理发育 岩体 破碎 常 夹有 砂岩 或粉 砂岩 薄层 岩体 属 于镶嵌 碎裂 结 构一次块状结构 而沉积岩主要 为火山和次生碎 屑砂岩 粉砂 岩 砾岩和角砾岩等 大多数沉积 岩 产 状 近 于 水 平 节 理 比较 发 育 结 构 属 于 块 状一 薄层 状 岩块 强 度为 1 O 6 0 MP a 隧洞沿线发育 4条断层 剪切带与洞线斜交 宽度 3 0 1 0 0 m 夹有断层带物质 如 断层 泥等 断层带物质具有挤压 和膨胀 的特性 一旦处于地 下水位 以下的隧洞遇到构造带 涌水量较大 河谷 附近地段 的上层潜 水位与 河水位 接近 而 山脊部位 分水岭 的上层潜水位则高于河水位 并且水位随季 节变化 比较大 由于节理发育 岩 体破碎 玄武岩透水性较大 大于 5 L u 一旦隧洞 处于地下水位以下容易发生渗水或涌水现象 2 水工隧洞渗漏的危害 在水工隧洞 中 渗漏是最常见的主要病害之 一 渗 漏对 水 工隧 洞 的危 害 主要有 1 渗漏会使混凝土产生溶蚀破 坏 降低混 凝土的强度 引起并加速其他病害的发生与发展 2 对 钢筋混凝土结构物 渗漏会促使钢筋 锈蚀 加速混凝土结构老化 缩短使用寿命 3 渗漏会导致输水隧洞水量损失 影响经 济效益和社会效益 因此 防止水工隧洞 的渗漏与治理 已成为 国 内外水工界共 同关注的重大问题 对 于斐济南德 瑞瓦图水 电站工程 标书合 同要求 的保证值 是 6 L k m S 因此 隧洞渗 漏会 引起 发 电水量 损失 3隧 洞 设 计 引水 隧洞总长约 1 9 3 6 m 走 向为 N E 7 7 0 2 底坡 0 9 8 7 隧洞断面为马蹄形 断面尺寸为 3 0 re x 3 5 m 在引水隧洞 出口上游约 1 4 0 m处设置调 压井 调 压井 高约 9 0 m 内径 2 5 m 3 1 隧洞 的支 护及衬 砌措 施 对 于喷混凝 土 的 I 下 类 围岩 的 隧洞 段 底板采用混凝土底板 底板厚 2 0 0 m m 顶部 设 置 6 1 5 0钢 筋 网 跨 中 设 排 水 孑 L 孔 径 4 0 m m 间距 3 m 深入基岩 5 0 0 m m 底板下为隧洞 开 挖石渣 垫层 经 过压 实 I 类 围岩 喷混凝土 5 0 mm 顶部 打 l排排水 孔 孔径 4 0 mm 间距 3 m 入岩 5 0 0 mm 类 围岩 支护 时喷 5 0 mm厚混 凝土 衬砌 时喷混凝 土 5 0 m m 顶部打 1排排水孔 孑 L 径 4 O m m 间距 3 m 人岩 5 0 0 mi l l 类 围岩 有 2种衬 砌 方式 一种 是喷 混凝 土 5 0 m m支护 挂网喷混凝土 1 0 0 mm衬砌 固结灌 浆 另一种是喷混凝 土 5 0 m m支护 素混凝 土衬 张忠辉等 斐 济 南 德 瑞 瓦 图 水 电 站 工 程 隧 洞 渗 漏 及 底 板 裂 缝 成 因 分 析 砌 厚 4 0 0 m m 不设固结灌浆 不设排水孔 类 围岩 挂 网喷混凝土支 护 钢筋混凝 土 衬砌 厚度 5 0 0 mm 半径 1 5 5 0 mm 设 固结灌浆 孔 不设 排水 孔 3 2 隧洞 的渗 漏情 况 隧洞于 2 0 0 9年 8月开始施工 2 0 1 1年 1 1 月 竣工 在进行隧洞验收检查时 多处 出现渗漏点 主要 有 1 在桩号 0 7 2 5处 出现较 大渗漏 点 受地 下水 位 影响 最 大 时可 达 O 3 L s 2 在桩号 0 9 0 0处 出现渗漏 在施 工时发 现此处有渗水现象 3 在 桩 号 1 6 0 0处 开 挖 施 工 时 渗 漏 比较 严重 衬砌后无渗水 在隧洞充水 时 水位上升速度为 2 5 m h 隧 洞充满后 调压井 水位与库水 位一致 充水阀关 闭 在 隧 洞 末 端 设 有 调 压井 如 果 有 渗 漏 则 调压井水位将会下降 根据记录的水位和相应 的 时间 可 以计算出隧洞的渗漏量 渗漏的标准 以 小于 6 L k m s 控制 根据计算 相当于调压井水 位 下 降速度 0 0 5 1 m m i n 根 据 现 场 进 水 口闸 门 关 闭 后 进 行 隧 洞 渗 漏 测试试验 以时间为横坐标 水位为纵坐标 形 成水位与时间的关系曲线 见 图 1 U 50 l U U l 50 时间 mi n 图 1 水位与时 间变化关 系曲线 从 曲线 中可 以看 出 在 开始阶段 水位下降 速度较快 随着水位的降低 压力越来越小 水 位下降 的速度也逐渐变慢 说 明隧洞 的渗漏与外 水 压力 有关 4 水工隧洞渗漏成 因的分析 隧洞渗漏的种类很多 要根本解决渗漏 问题 还是需要从渗漏 的形成原 因人手 分析本工程 的 隧洞 渗漏 成 因 主要有 1 隧 洞 开挖 后 在 隧 洞 周 围 一 定 范 围 内形 成了围岩松动 区 在此范 围内 由于地层原始地 应力的调整 围岩产生变形 裂缝张开 从而使 地下水沿张开裂缝流入隧洞 2 由于隧洞 内设置 了排水 孔 当内压大于 外压时 水体通过排水孔外渗到隧洞 以外 当外 压大于内压时 排水孔就会排水到廊道内 如果不考虑排水孑 L 只考虑隧洞衬砌及裂缝 的渗漏 根据隧洞渗漏计算分析 渗漏量大约是 5 3 5 L k m s 小于 6 L k m s 的标准 排 水孔 主要设 置在 I 类 围岩 段 在顶拱 和 底板上各设 1 排 间距 3 m 孑 L 径 4 0 m m 深入基岩 5 0 0 mm 底板下部为 1 层沙砾石垫层 隧洞内的水 则由排水孔首先渗透到沙砾石垫层 再通过岩体外 渗 这可 以从放空隧洞的检查中得到证实 当放空 隧洞检查时 发现大量的水流从排水孑 L 中渗出 5 底板裂缝的成 因分析 隧洞在放水时 水位下降速度需要控制 设 计要求不大于 2 m h控制 但在现场放水时 水位 下降速度达 5 2 m h 远远超出了规定要求 隧洞放空后 现场组织人员进入隧洞进行检 查 在距离隧洞进 口 7 0 0 m以后 底板 的排水孔 开 始排水 排水 畅通 在桩号 0 9 0 0 一 l 2 0 0之 间 底板 出现连续的贯穿裂缝 裂缝位 置有 时在 底 板 中间部 位 有时靠 近左 侧 有 时靠 近右侧 经检查发现 有裂缝 的部位 底板上 的排水孔堵 塞 施工结束后排水 孔未经扫孑 L 所致 发生裂缝 的部位上部为喷混凝 土部位 排水孔 畅通 因此 结 构 未受 到 损坏 底 部为 混凝 土 板 排 水孔 堵 塞 在外水压力作用下 底板产生裂缝 经过 现场研究 考虑 I 类 围岩洞段为喷 混凝土衬砌 底板的主要作用是提供一个光滑 的 表面 以减少水头损失 便于隧洞交通 不 承担 荷载 因此 确定裂缝部位 的处理方式为 对该 部位排水孑 L 重新扫孔 并 加密排水孔 隧洞放水 速度限制在 8 r n d 6 经验与教训 I 关 于隧 洞 渗漏 标 准 美 国 E M1 l 1 0 2 2 9 0 1 规 范中提供 的经验数据为未衬砌岩石的渗漏为 0 5 5 L k m s 在工程投标 阶段 考虑一定 的安全 系 数 同意采用 6 L k m S 显 然这个数据没有考 虑排水孔 而排水孔 的作用只是排 除隧洞混凝土 衬砌 以外 的水 对于岩体并没有作 用 从现场充 水试验检查看 没有发现隧洞进 出 口附近有渗 水 是否外渗水流与地下水连接汇人河道 没有 川 g 8 水 利 水 电 V程 设 计D WR HE 2 0 1 4年 第 3 3卷 第 3期 斐济南德瑞瓦图水电站 孟 繁 杰 主厂房屋盖支撑设计 冯韶 辉 摘 要 屋盖支撑 系统 的作用在于保证结构在安装 使 用过程 中的整体稳定 性 加强结构 的空间作用 减 小构件平 面外的计算长度 结合澳 新规范 对 斐济 南德瑞瓦 图水 电站主厂房屋盖支撑设计进行 简要介绍 关键词 钢屋架 水平支撑 平面桁架 刚性系杆 中图分类号T V 3 3 2 1 4 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 7 6 9 8 0 2 0 1 4 0 3 0 0 0 8 0 3 1 工程概况 斐济群岛共和国南德瑞 瓦图水 电站 工程的厂 房 位于 B a 河 河谷 在 B u y a B u y a村方 向 B a河 的 左 岸 厂 区 由 主 厂房 副 厂 房 变 压 器 场 及 输 变 电线路升压站等主要建筑物组成 主 厂 房 为 岸 边 式 厂 房 长 4 2 4 m 宽 1 8 m 总高度 3 2 0 m 其中地面以上高度为 1 8 2 0 m 厂 房内布置 2台五喷嘴垂直冲击式水轮发电机组 屋面结构型式为轻 型钢结构 主体 承重结构 设计合理使用年限为 5 0年 建筑结构安全等级为 二级 结构构重要性系数 1 0 屋 盖 系统 采用 彩 色 压型 钢板 保 温层 高频 焊 接 H型钢檩条 圆钢屋面梁水平支撑系统及 刚性 系杆 屋面钢梁采用焊接工字型组合截面梁 材质 为 Q 3 4 5 B 屋 面檩条 间设置双层圆钢拉条及 圆钢管刚性 系杆 材质除檩条为 Q 3 4 5 B外 其余均为 Q 2 3 5 B 2 设计标准及荷载作用 2 1 采用 的设计 标准 采用的设计标准见表 l 表 1采 用的 设 计 标 准 规范编号 规范名称 E M 1 1 1 0 2 3 0 0 1 AS N l 1 7 O 2 NZS 3 4 0 4 1 2 1 9 9 7 UBC9 7 I F D BCSA 水O d i 厂房结构规划与设计 结构设计第 2部 风荷载作用 钢结构标准 建筑统 标准 钢结构冈 眭连接节点 2 2材料 物理 力学特 性 指标 材料 化学 成分及 力 学指标 分别 见表 2和表 3 其他物理力学指标如下 1 杨氏弹模 E 2 0 5 1 0 MP a 2 剪 切弹模 G 8 1 0 MP a 表 2材料化学成分 一 一 一 更足够 的数据 但至少 表明 在 I 类 围岩 喷混凝土衬砌段 的排水孔对于长期的隧洞渗漏不 是关键 因素 起关键 因素的还是岩体本身的防渗 性 能 隧洞的放水速度必须得 到控制 底板 出现裂 缝 一方 面是排水孔堵塞 另一方面也是 水位下 降速度太快所致 因此