引黃總干線水工隧洞工程檢測和缺陷處理論文

摘要：本文介紹了萬家寨引黃工程總干線水工隧洞應(yīng)用面波法、探地雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)對鋼筋混凝土襯砌的內(nèi)部缺陷、密實(shí)性、裂縫性狀、混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性能等檢測的主要成果，并對缺陷處理方案提出了建議。

關(guān)鍵詞：水工隧洞；工程檢測；缺陷處理

1、工程概況

　　山西省萬家寨引黃入晉工程是一項(xiàng)大型跨流域調(diào)水工程，位于山西省的西北部，由總干線、南干線、北干線組成，全線長453km，引水流量48m3/s，年引水總量12億m3，沿線設(shè)5個(gè)泵站分級提水，總揚(yáng)程達(dá)636m.

　　3條干線中的輸水建筑物以隧洞為主，總長約170km，工程分兩期實(shí)施。一期工程總干線長44.35km，其中隧洞11條，長42.20km.隧洞沿線經(jīng)過地層巖性主要為寒武系灰?guī)r、下奧陶系白云巖、中奧陶系灰?guī)r、N2紅黏土和Q2、Q3黃土等。Q2、Q3黃土隧洞分布在穿越溝谷的地段，黃土結(jié)構(gòu)松散，具有中強(qiáng)濕陷性，在局部洞段的N2紅黏土中，節(jié)理裂隙十分發(fā)育，圍巖穩(wěn)定性差，地質(zhì)條件十分復(fù)雜。

　　總干線9#隧洞為無壓輸水隧洞，隧洞全長217m，全部穿越第四系Q2、Q3濕陷性黃土地層。原設(shè)計(jì)斷面為內(nèi)徑5.36m×5.36m的標(biāo)準(zhǔn)馬蹄形鋼筋混凝土襯砌斷面，縱坡1/1500，施工采用人工開挖，一次支護(hù)采用模注混凝土，厚約30cm，二次支護(hù)采用鋼筋混凝土襯砌，襯砌厚度為50cm.

　　6#、7#、8#隧洞總長為21.17km，均為無壓隧洞，圍巖主要為灰?guī)r和白云巖，并多次穿越Q2、Q3黃土和N2紅黏土層，由意大利CMC-SELI公司承包進(jìn)行施工圖設(shè)計(jì)和施工。隧洞開挖采用全斷面隧洞掘進(jìn)機(jī)（TBM），鋼筋混凝土預(yù)制管片襯砌，圓形斷面內(nèi)徑5.46m，襯砌由4片管片組成，襯砌厚0.25m，管片為長六邊形的弧形片，每片寬度1.60m，隧洞每延米洞長有14.33m的接縫。隧洞的防滲設(shè)計(jì)除用豆礫石回填灌漿外，巖洞段采用SIKA材料勾縫，土洞段采用兩道止水，暗止水采用BW遇水膨脹止水條，明止水采用雙組分聚硫膠。 總干線三級泵站出水壓力平洞為泵站主要輸水建筑物，所在山體主要為寒武系和奧陶系碳酸鹽巖，區(qū)內(nèi)孔隙水量較豐富。其設(shè)計(jì)斷面為圓形，內(nèi)徑5.20m，總襯砌長度348.90m，鋼筋混凝土襯砌厚度60cm，進(jìn)口部位為兩條斷面尺寸相同、長度相等的支洞，直徑3.80m，長度為110.00m.平洞下游通過上彎段與泵站出水壓力豎井銜接。

　　隧洞自施工貫通以來，由于不良地質(zhì)條件、襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在一些不足及施工質(zhì)量較差等原因，出現(xiàn)了較嚴(yán)重裂縫、滲漏、管片錯(cuò)臺、接縫超差、外水內(nèi)滲現(xiàn)象普遍等質(zhì)量缺陷，嚴(yán)重影響了引水工程的安全運(yùn)行。山西省萬家寨引黃工程總公司對引黃工程質(zhì)量十分重視，為消除工程隱患，全面了解總干線水工隧洞的混凝土質(zhì)量和工程狀態(tài)，于1997～2002年曾多次委托中國水利水電科學(xué)研究院結(jié)構(gòu)材料研究所對9#洞和總干線三級泵站壓力平洞等工程混凝土缺陷情況進(jìn)行較全面的無損檢測，建議工程質(zhì)量缺陷處理方案，并承擔(dān)7#、8#隧洞防滲處理施工任務(wù)。文獻(xiàn)［1～4］對引黃入晉工程中缺陷處理已進(jìn)行了研究，本文簡要介紹該工程的主要檢測成果，缺陷處理成功經(jīng)驗(yàn)，可供類似工程借鑒。

2、主要檢測項(xiàng)目和方法

　　2.1 混凝土強(qiáng)度的檢測

　　一般混凝土的強(qiáng)度可用回彈法和超聲回彈綜合法進(jìn)行測定。若構(gòu)件較厚，回彈法只能反映材料的表層特性，超聲波對穿測試時(shí)可以穿透材料，它所反映的是材料的整體彈性性質(zhì)，但其檢測精度受被測混凝土內(nèi)部的鋼筋和含水量影響較大。表面波法是混凝土無損檢測的一種新技術(shù)。表面波（亦稱瑞利波）是沿介質(zhì)表層傳播的一種彈性波，它與橫波具有相似的性質(zhì)，受材料中的含水量和鋼筋影響較小。表面波的速度與材料干密度、抗壓強(qiáng)度等具有良好的相關(guān)性。因此，用它來檢測結(jié)構(gòu)物混凝土材料的`力學(xué)性能及存在的缺陷具有重要意義，已被廣泛應(yīng)用于混凝土建筑物的無損檢測。

　　本次檢測采用表面波法、回彈法和鉆芯法相結(jié)合來綜合評定混凝土的強(qiáng)度。表面波法應(yīng)用的儀器是由中國水利水電科學(xué)研究院工程安全監(jiān)測中心研制的BZJ-3H型表面波混凝土質(zhì)量檢測儀。

　　2.2 混凝土內(nèi)部缺陷及密實(shí)性的檢測 本次檢測主要采用高精度探地雷達(dá)技術(shù)，它是一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁波技術(shù)，也是目前國內(nèi)外用于檢測混凝土內(nèi)部缺陷最先進(jìn)的技術(shù)之一。人們從20世紀(jì)30年代初就開始探索和研究混凝土無損檢測方法，并獲得迅速發(fā)展。1970年美國研制生產(chǎn)出第一臺探地雷達(dá)，探地雷達(dá)的應(yīng)用大大提高了混凝土質(zhì)量無損檢測的速度和精度。近年來國內(nèi)鐵道、公路、市政及水利等部門先后進(jìn)口了國外探地雷達(dá)，從此我國混凝土無損檢測進(jìn)入了一個(gè)新紀(jì)元，實(shí)現(xiàn)了真正的無損、快速探查。探地雷達(dá)利用一個(gè)天線發(fā)射高頻率寬頻帶短脈沖電磁波，另一個(gè)天線接收來自地下介質(zhì)界面的反射波，電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí)，其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(zhì)的電性及幾何形態(tài)而變化。因此，根據(jù)接收到波的旅行時(shí)間（亦稱雙程走時(shí)）、幅度與波形等資料，可探測介質(zhì)的結(jié)構(gòu)、構(gòu)造與埋設(shè)物體，混凝土內(nèi)部均質(zhì)性的變化會在雷達(dá)圖象上有不同的反映。當(dāng)混凝土內(nèi)部存在某種缺陷（如孔洞、松散體、異物等）時(shí)，雷達(dá)圖象將呈現(xiàn)出異常變化。

　　本次檢測采用美國GSSI公司生產(chǎn)的SIR-2000型探地雷達(dá)，分別選用了頻率為400MHz、900MHz、1500MHz的測量天線，其探測控制深度及分辨率分別為3.0m、15cm；0.9m、5cm；0.4m、1cm.此外，在應(yīng)用表面波法檢測混凝土強(qiáng)度的同時(shí)，利用表面波經(jīng)過混凝土內(nèi)部孔洞部位時(shí)引起的波形畸變、幅度衰減和波速降低等異常現(xiàn)象，對混凝土內(nèi)部可能存在的缺陷及其位置進(jìn)行了判斷，并鉆取少量芯樣予以驗(yàn)證。

　　2.3 混凝土裂縫性狀的檢測

　　主要調(diào)查裂縫的形式、寬度、長度、深度及裂縫發(fā)生的部位和分布情況，并對裂縫成因和危害性進(jìn)行分析。 采用讀數(shù)顯微鏡對裂縫寬度進(jìn)行檢測，測量精度為0.01mm.采用CTS-45型非金屬超聲波檢測分析儀，按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》“超聲波檢測混凝土裂縫深度方法（平測法）”檢測混凝土的裂縫深度。

　　2.4 混凝土抗?jié)B性能的檢測 為了對各檢測工程目前混凝土滲漏的情況有一個(gè)宏觀的了解，對各隧洞滲漏的形式、發(fā)生的部位、滲漏程度進(jìn)行全面調(diào)查。結(jié)合滲漏普查與探地雷達(dá)檢測結(jié)果，鉆取有代表性的混凝土芯樣，按照《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行混凝土室內(nèi)抗?jié)B試驗(yàn)，檢測各工程混凝土施工質(zhì)量是否達(dá)到原混凝土設(shè)計(jì)抗?jié)B性能。

　　2.5 混凝土的壓漿（水）檢測 本項(xiàng)目檢測的主要目的是檢查隧洞一、二次支護(hù)新老混凝土結(jié)合層的粘結(jié)情況，并根據(jù)壓漿（水）試驗(yàn)結(jié)果判別是否需要進(jìn)行接縫灌漿及預(yù)估可能的灌漿量。

　　2.6 混凝土的碳化檢測 主要檢測混凝土的碳化狀況，并按GBJ-82-85《普通混凝土長期性能和耐久性試驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

　　2.7 混凝土襯砌厚度和鋼筋保護(hù)層的檢測 襯砌厚度和鋼筋保護(hù)層厚度主要應(yīng)用探地雷達(dá)和表面波法的頻散特性進(jìn)行檢測，并鉆取少量芯樣予以校核。