有压隧洞衬砌碳纤维布加固实践

涂 飞，秦 伟

(安庆市水利水电规划设计院，安徽 安庆 246003)

0 工程概况

安徽省太湖县吴俊水电站发电引水压力隧洞总长7.76m，由进水口、上平洞、调压井、斜洞、下平洞、岔管、支洞等组成，最大引水流量5.9m3/s。下平洞全长443.6m，洞径2.0m，其中桩号7+337-7+643.25为钢筋混凝土衬砌，7+643.25-7+722.45为钢板衬砌段。

1 隧洞下平洞衬砌开裂、漏水现象

自2001年建成投入运行以来，发电引水隧洞渗漏问题不断。2000年隧洞出口漏水，导致发电厂房后边坡滑塌，滑坡体冲入厂房；后对出口处山体灌浆处理，原漏点不再渗漏，出水点抬高至山体半坡高程180m左右出现，导致隧洞左侧临近太北公路侧的山体边坡滑塌。2008年打开施工支洞，发现下平洞衬砌普遍存在开裂现象，当年即对裂缝进行贴橡皮处理，但渗漏问题没有得到有效解决；2014年底再次打开施工支洞，发现下平洞衬砌修复的橡皮部分又被拉裂或拉断，存在滴水、漏水现象，见图1和图2。

图1 洞线上方临公路侧山体边坡滑塌 图2 衬砌开裂修补后橡皮拉裂漏水

2 隧洞下平洞衬砌开裂原因分析

2.1 下平洞地质条件和裂缝检查

隧洞下平段洞线走向SE60°，基本沿厂房后山脊南侧，沿线地面高程104m(厂房)-249m(调压井)，下平洞围岩为二云二长片麻岩，新鲜岩石呈肉红色，花岗变晶结构，似片麻状构造，层块状。

对下平洞段围岩进行划分，桩号7+153.25-7+563.25段为Ⅱ类围岩，桩号7+563.25-7+607.25段为Ⅲ类围岩，桩号7+607.25-7+643.25段为Ⅳ类围岩。受F1断层切割，桩号7+563.25-7+643.25段围岩破碎。

隧洞出口处紧邻太北公路的边坡表层被全风化岩体覆盖，全风化岩体厚度1-2m左右，主要为夹杂较多碎、块石的砂壤土，结构松散。由于隧洞下平洞衬砌出现拉裂缝，后贴橡皮又被拉裂，发电时洞内水体自破裂处沿断层破碎带补给山体，隧洞出口处山体地下水常年偏高，致使全风化层呈饱和状态。根据现场勘察，该处山体边坡NW40°/NE∠60°的裂隙顺坡向倾向太北公路，全风化松散体在130m左右高程沿裂隙面滑塌，并带动一些强风化岩体崩落。

根据2015年5月地质单位进洞地质测绘资料，桩号7+337-7+463.25环向裂缝密布，7+613.25-7+643.25为纵向、环向裂缝均有分布，7+463.25-7+513.25仅有纵向裂缝。较大裂缝均已做贴橡皮修复，其中7+613.25-7+643.25橡皮已拉断，晴好天气线状滴水，暴雨时期裂缝涌水，呈瀑布状；其余段橡皮未破损，但拱顶少量滴水或固定螺栓处挂水珠，橡皮鼓包，见图3。

图3 下平洞纵向布置及地质测绘图

2.2 下平洞衬砌内力复核

下平洞底高程100m，洞顶山体高程210-140m，覆盖层厚度110-40m；内水压力按发电+水锤工况，洞末端最大为1.84Mpa。

查《隧洞竣工图》，钢筋混凝土衬砌段洞径2.0m，衬砌厚度0.35m，混凝土标号C20，其中7+337-7+563.25实际配置单层横向受力钢筋φ16@200，7+563.25-7+643.25实际配置双层横向受力钢筋φ22@167。

根据规范，衬砌混凝土限裂宽度0.2mm。经复核，下平洞Ⅱ类围岩段单层配筋强度满足要求，但裂缝宽度偏大；断层及影响带实际配置双层配筋强度、裂缝宽度均不满足要求。可见，衬砌开裂主要原因是配筋偏少，结构强度不满足要求。当然，若顶拱回填灌浆不密实，衬砌的受力和变形更加不利。

表1 钢筋混凝土衬砌内力复核表

3 隧洞下平洞衬砌加固方案

3.1 一般处理

下平洞衬砌混凝土外观质量较好，强度及厚度满足原设计要求，但检查发现回填灌浆质量较差，除桩号7+503.25处以外，多数为不合格，尤其是顶拱处。为提高围岩的承载能力，加强衬砌与围岩的紧密结合，对下平洞桩号7+337-7+643.25段洞顶进行回填灌浆，洞周围岩进行固结灌浆，总长306.25m。

隧洞灌浆工程施工结束后，对该段洞壁进行清理，拆除现状裂缝修补橡皮，改用环氧树脂灌浆+环氧砂浆修补。

3.2 结构加固处理

对于7+563.85-7+643.25段衬砌结构强度不足，考虑以下4种加固方案进行对比，见表2。经比较，推荐采用碳纤维布加固方案。

表2 7+563.25-7+643.25段衬砌结构加固方案表

碳纤维布加固范围为下平洞桩号7+563.25-7+643.25，总长度80m。其中桩号7+607.25-7+643.25段36m为双层布加固，其余段44m为单层布加固。

碳纤维布型号为Ⅰ-300，布厚0.167mm，要求抗拉强度≥3400MPa，弹性模量≥240GPa，伸长率≥1.7%。

4 碳纤维布加固

4.1 基层处理

放空洞内积水，凿除衬砌表面剥落、疏松蜂窝、腐蚀混凝土，清洗干净；较大面积劣质层清除后用环氧砂浆修复。对裂缝拆除黏贴的橡皮，改用环氧树脂灌浆+环氧砂浆修补。待修复部位完全干燥，用角磨机打磨整个洞壁表面，再用清水洗净、晾干[1]。

4.2 底层胶涂刷

按照供应商提供的工艺规定配制底胶，用滚筒刷或毛刷将底胶均匀涂抹于洗净、干燥的混凝土衬砌表面。底层胶固化后(指触干燥，一般≥2h)，进行下道工序。

4.3 找平胶涂刷

对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整，转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧。找平胶固化后，进行下道工序。

4.4 碳纤维布黏贴

配制黏贴胶，用滚筒刷均匀涂抹于所要黏贴部位，在拐角和搭接处适当多涂。

用光滑的滚筒顺碳纤堆方向多次滚压，挤除气泡，使黏贴胶充分浸透碳纤维布，滚压时不得损伤碳纤维布。双层黏贴重复上述步骤，待纤维表面指触干燥后立即黏贴上层碳纤维布[2]。

在最外一层碳纤维布的外表面均匀涂抹一层黏贴胶。

碳纤维布材料与洞内施工场景

5 结 语

吴俊水库发电引水隧洞下平洞加固工程于2015年11月开工，2016年3月完工，工期为130天。自2016年加固后至今，下平洞运行正常，出口山坡未发现漏水点和滑塌现象。总之，本工程采用碳纤维布做为主要措施加固隧洞衬砌，效果令人满意。