输水系统混凝土衬砌防渗灌浆施工及效果分析

徐守刚，罗延辉

（江苏沙河抽水蓄能发电有限公司，江苏 溧阳 213333）

1 输水系统概况

沙河抽水蓄能电站（以下简称沙河电站）输水系统沿水竹沟山到龙兴亭山脊由东南向布置，主要基岩为弱风化安山玢岩和熔结凝灰岩局部沉凝灰岩,总体为Ⅱ～Ⅲ类围岩。沙河电站由上进出水口、引水隧洞上平段、上游检修闸门井、竖井、引水隧洞下平段、压力钢管（钢主管、钢岔管、钢支管）、尾水隧洞、下游检修闸门井、下进出水口等组成。输水道平均长度890.0 m，上、下游正常蓄水位差117.0 m，上游输水系统采用一洞两机布置，隧洞内径6.5 m，钢筋混凝土衬砌；进入厂房前一段为钢管，钢主管内径5.0 m，钢管在厂房竖井井壁上游侧约20 m处经钢岔管分为两支管，内径3.4 m，靠近厂房变为2.8 m，与主阀延伸段相接；尾水隧洞长度较短，地质条件也较差，采用一洞一机布置，两洞轴线距离20 m，隧洞内径4.8 m；上、下进出水口采用侧式布置，下进出水口通过长459 m的尾水渠与下水库相接。

为防止隧洞内水通过混凝土衬砌段向钢衬段围岩渗透，在钢衬主管首部进行了3排帷幕灌浆。

图1 输水系统断面图

2 输水系统监测布置

输水系统共设4个监测断面，仪器总数28支（组或套）。其中，钢筋混凝土衬砌段有1个监测断面，钢衬段有2个监测断面，岔管段有1个监测断面。监测项目有压力管道及钢岔管的应力观测，压力钢管及钢岔管与回填混凝土之间的缝隙观测，隧洞外水压力观测，混凝土内衬砌钢筋应力观测，隧洞衬砌混凝土与围岩之间的缝隙观测，尾水渠水位观测。监测仪器统计见表1，具体安装位置见图2。

图2 输水系统监测仪器布置图

表1 输水系统监测仪器统计表

3 外水压力测值分析

上水库2002年4月16日首次蓄至正常蓄水位，7月进入运行期后，库水位基本在正常蓄水位136 m与正常消落水位120 m之间运行。下库水位在18 m左右，变化相对较为平缓，上库正常蓄水位与尾水位的水位差102 m左右。

在输水系统放空检修时，6只渗压计的测值均明显减小，外水压力迅速下降，系统充水正常运行后，外水压力又急剧上升，随后的变化基本受温度影响，呈明显的年周期性，与温度呈负相关。

下平段A断面（0+465.38）围岩渗压大于其他部位，渗压最大降幅1.16 MPa。2007年7月前，顶拱围岩渗压测值大多在1 MPa以内，变化较为稳定，渗压变幅在0.5 MPa以内；2011年系统改造恢复测值后，渗压升高，最大超过2 MPa，远高于最高静水压力136.64 m，年变幅超过1 MPa，不可信。衬砌底部TWP2在2015年之前年变幅在1.2～1.7 MPa左右，最大渗压2.7 MPa，远高于最高静水压力147.5 m，不可信。

钢主管B断面（0+581.68）2002年和2005年引水隧洞放空检修时外水压力最大降幅0.33 MPa，2009年降幅为0.25 MPa，2015年降幅为0.16 MPa。顶拱渗压最大为0.90 MPa，底部渗压最大为0.65 MPa，渗压变幅在0.9 MPa以内。与钢筋混凝土衬砌段相比，钢主管外水压力测值和变幅均明显较小，说明钢主管首部的防渗帷幕起到一定的阻渗作用。

钢岔管D断面（0+598.38）顶拱最大渗压0.25 MPa，自2007年有缓慢增长趋势，年增幅接近0.01 MPa，但其与温度呈正相关，与其他测点相反，年变幅0.07 MPa左右。底部最大渗压0.28 MPa，年变幅0.1 MPa。2015年引水隧洞放空，拱顶的TWP5降幅0.02 MPa，底部TWP6降幅0.03 MPa。与钢主管段相比，渗压和变幅均较小。

2012年对输水系统渗压加密观测，频次由每天一次改为每小时一次，结果显示，下平段渗压测值与上库水位相关性高，钢主管段与钢岔管渗压变化曲线与上库水位相关性稍低。其中下平段混凝土衬砌TWP1和TWP2渗压变幅最大，超过0.3 MPa，大于上库水位16 m变幅，测值不可信，仅作参考。钢主管段渗压变幅0.06 MPa，钢岔管段渗压变幅0.02 MPa。

由以上分析可以判断，输水隧洞下平洞钢筋混凝土衬砌段有内水外渗现象，存在渗漏通道。

图3 渗压变化过程线

4 化学灌浆防渗施工

4.1 2015年引水隧洞化学灌浆

2015年4月13日至4月20日对输水系统进行了全面检查，对引水隧洞混凝土裂缝进行了化学灌浆，共完成183.6 m。

4.1.1 检查情况

用钢管搭好可移动活动架，从上游至下游，检查混凝土衬砌的裂缝情况、渗水情况。发现下平段的混凝土衬砌出现多条纵向和不规则温度裂缝、塑性裂缝和接茬裂缝，长度在0.2～7.5 m之间不等，宽度为2.0～3.5 mm，发现有渗水现象和不同程度的钙化物，并发现有多处伸缩缝和蜂窝麻面渗漏水，冲砂眼较多。尤其是在距离下平段混凝土衬砌与压力钢管钢主管连接处5～20 m处，混凝土衬砌顶上部位发现几处较大的蜂窝，并有喷射状水流柱。

4.1.2 处理工艺

（1）基面清理：对有裂缝的部位用钢丝刷反复清理干净。需要施工的区域，如裂缝处有钙质析出的，用电镐凿除混凝土表面析出物，分暴露裂缝以便下一道工序的合理进行。

（2）钻孔：灌浆孔布孔采用斜孔形式，斜孔沿裂缝两边交错排列，灌浆孔的孔距视缝隙宽度而异，一般为0.2～0.3 m，缝细则小，缝宽则大；孔径10～14 mm，孔口位置距裂缝约20 cm，钻孔角度宜≤45°，钻孔深度需距表面25 cm以上，以确保钻孔穿过裂缝。

（3）埋嘴：选用14 mm的合金灌浆嘴在裂缝两侧交替埋设，用专用扳手拧紧。

（4）灌浆：本部位的灌浆采用高压灌浆工艺，使用高压灌浆泵向灌浆孔内灌注HW水溶性聚氨酯材料，灌浆时根据进浆量调节灌浆时间与压力。灌浆压力一般控制在0.3～0.5 Mpa之间；当所在灌浆孔附近的裂缝出浆且出浆浓度与进浆浓度相当时，结束灌浆。灌浆顺序一般由下而上、两侧灌浆孔交替顺序进行。

（5）表面处理：待灌浆材料固结后把灌浆管露出部分凿除，用防水宝胶泥刮平裂缝，封堵灌浆孔。

4.1.3 引水隧洞拱顶漏水处理

搭设5 m×6 m（高×宽）的钢管架，在距离下平段混凝土衬砌与压力钢管钢主管连接处12 m的正顶上部位钻孔（孔径35 mm），孔内喷射状水流出，水流明显减小呈线状流出后，把出水孔四周表面松动的混凝土凿除，露出坚固的混凝土面，再用清水冲洗干净，四周用塑料布胶带封闭，再将已拌制好的水泥浆和特殊防水宝混合搅拌后，填充到混凝土低凹处，待其表面彻底干燥后，其后进行的第2、3次压实整平。待其表面彻底干燥后，进行化学灌浆处理。

4.2 2020年输水系统防渗处理

2020年4月15日至2020年4月27日对引水隧洞，1号、2号尾水隧洞维护，进行裂缝渗漏处理、拱顶灌浆处理、混凝土空蚀处理。

4.2.1 裂缝渗漏处理

对裂缝渗漏进行化学灌浆处理，采用LW和HW聚氨酯灌浆材料按7∶3的配合比进行灌浆，共完成349.5 m。处理工艺为基面清理→钻孔→埋嘴→灌浆→灌浆记录→表面处理，具体施工方法与

2015年相同。

4.2.2 拱顶灌浆处理

（1）布孔：桩号输0+537、输0+535断面拱顶120°范围，各布置3个灌浆孔。

（2）钻孔：选用35～40 mm的钻杆用风钻按标识钻孔，孔深入围岩10 cm。

（3）灌浆：采用LW和HW聚氨酯灌浆材料进行化学灌浆，配合比为LW：HW=4∶6。灌浆时根据进浆量调节灌浆时间与压力。灌浆压力一般控制在0.3 ～3 MPa；当所在灌浆孔附近的灌浆孔出浆且出浆浓度与进浆浓度相当时，结束灌浆。

（4）表面处理：待灌浆材料固结后把灌浆管露出部分凿除，用防水宝胶泥刮平裂缝,封堵灌浆孔。

4.2.3 混凝土空蚀处理

引水隧洞混凝土空蚀情况较轻微，每处面积小于0.3 m2，深度大都在10 cm以内。空蚀部位修补采用环氧砂浆，深度大于3 cm时，凿除坑深度应大于15 cm，并布设插筋和钢筋网，施工时基面混凝土需干燥。

混凝土空蚀处理工艺流程为：划定处理范围→切割开槽→基面清理→钢筋处理→环氧砂浆修补→现场验收。

5 灌浆效果分析

引水隧洞化学灌浆施工后，通过渗压监测数据可发现衬砌下平段和钢主段最大渗压有明显降低，引水隧洞放空后下平段的渗压降幅也明显减小。下平段混凝土衬砌段的最大渗压下降27%，隧洞放空渗压降幅减小49%。其中下平段拱底最大渗压从2015年灌浆前的2.75 MPa下降到1.98 MPa，2020年灌浆施工后又下降到1.18 MPa；钢主管段最大渗压下降35%，隧洞放空渗压降幅减小56%。钢主管拱底最大渗压从2015年灌浆前的0.65 MPa下降到0.42 MPa，2020年灌浆施工后又下降到0.31 MPa；钢岔管段受下平段混凝土衬砌渗漏影响较小，渗压测值无明显变化。从渗压监测数据可以看出，两次引水隧洞进行化学灌浆防渗施工后，对渗漏通道的封堵起到了明显效果。