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xxx水库隧洞渗漏分析

发布日期:2013-07-23 11:29:49  来源:本站整理  将本页收藏至:QQ书签 百度收藏

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1 工程概况 
xxx水库位于坝址以上河道长90.4km,控制流域面积1876km2,水库总库容1.13亿m3,兴利库容0.71亿m3,死库容0.23亿m3,是一座以防洪为主,结合灌溉、发电等综合利用的大(2)型年调节水库。水库大坝原设计防洪标准为100年一遇洪水设计,1000年一遇洪水校核,正常蓄水位836.6m,设计洪水位837.5m,校核洪水位840.3m。xxx水库枢纽工程由大坝、溢洪道、泄洪供水发电隧洞及水电站等建筑物组成。 
泄洪供水发电隧洞位于水库右岸,内径5m,洞长550m,进口底高程803.77m,出口底高程798.25m,设计泄量278m3/s,校核泄量293m3/s。隧洞洞身从砂页岩组成的单斜岩层中穿过,岩层走向NE65°,倾向SE,倾角16°~17°,岩层倾向与隧洞轴线方向夹角23°,有三组高倾角张开节理,有6条正断层横切洞身,断层断距0.5m~1m。隧洞上覆岩体厚度大部分在30m左右,在0+440以后岩体覆盖层厚度减薄,最薄处仅10m左右。 
2隧洞存在的问题 
洞身原设计170#钢筋砼衬砌,厚50cm。砼浇筑采用6cm预制砼板作模板,边、底拱为砼浇筑,部分砼采用人工震捣,顶拱为预埋骨料压力灌浆。从隧洞多年来的运行情况看,漏水非常严重,虽经多次灌浆处理,但效果不佳。1979年12月关闸停水期间进洞检查发现有20处漏水,1984年6月进洞检查发现裂缝24条,流水孔26个,木桩腐烂孔8个,全段均有漏水现象。另据水总“xxx水库输水隧洞施工总结” (1970年)中记载,对浇筑的砼28天龄期强度测定分析后,实际上砼标号只达到100#,又1965年对洞身0+480~0+530段加钢筋喷砂浆加固时,在凿除预制砼模板后发现边拱砼不密实,有蜂窝麻面现象,其面积占这段边拱总面积的14.5%,可见洞身衬砌质量之低。 
3隧洞渗漏分析 
建库以来,分别在不同时期,在水库大坝右岸共埋设了49个渗流测压管,到目前为止有30个测压管正常观测,其余报废。 
对隧洞附近的右岸测压管多年观测资料进行整理分析,得出部分测压管水位过程曲线、库水位~管水位相关曲线及管水位等水位图。 
1)管水位过程分析 
考虑到1995年的库水位相对较高,观测资料也较全,故采用1995年的资料系列,对完好的观测管绘制水位过程线,从测压管水位过程线可以看出,除个别点灵敏度较差外,其余的管水位过程线都不同程度地反映了与库水位的相关性,滞后时间较短,几乎与库水位同步升降。考虑测压管位置、埋设高程不同而渗径不同,从而渗水压力不同的因素后,管水位过程线说明了隧洞有渗漏现象存在。 
2)回归分析 
测压管水头的大小与库水位、渗径长度、材料的渗透性等因素有关。本次回归分析,不考虑时效、温度等,对部分测压管作管水位与库水位的线性相关关系,即点绘h~H相关图,按相关方程h=b×H+a作直线相关,从中可以看出,除个别测管(右6、右补9、右21)外,相关性都较好。 
管水位与库水位相关关系成果表 
表1 
观测管 相关方程 相关系数R 
右2 y=0.5973x+300.19 0.802 
右3 y=0.3113x+535.24 0.834 
右6 y=1.1455x-162.81 0.426 
右补9 y=1.8744x-749.97 0.598 
右16 y=1.9482x-809.64 0.829 
右17 y=1.5898x-518.33 0.962 
右18 y=0.6945x+240.90 0.922 
右20 y=0.2991x+554.29 0.802 
右23 y=0.9678x+2.15 0.861 
右25 y=1.0071x-34.14 0.939
 

由相关关系可得出水库在正常高水位(836.6m)时,管水位预报值如表2。 
正常高水位时的管水位表 
表2 

观测管 右2 右3 右16 右17 右18 右20 右23 右25 
管水位(m) 799.89 795.67 820.22 811.70 821.92 804.52 811.81 808.40 
正常高水位时的管水位表明,除右2、右3两个观测管外(此两点在坝体范围,距滑坡体较远),其余管水位接近滑坡体滑动底面高程范围,对滑坡体稳定不利。 
3)测压管等水位线分析 
对1993年(最高库水位835.93m)和1995年(最高库水位836.55m)两年分别作了最高管水位等水位线图。两年的等水位线图总趋势是一致的,靠近洞身一侧为高水位线,靠近坝体下游一侧为低水位线,说明渗水有由洞身流向坝体下游右侧的趋势,且在等水位线中部有两个明显的凹沟,这一点更证实了洞身存在明显的渗漏点。 
4隧洞衬砌结构复核计算 
隧洞洞身为0+037~0+530m段,长493m,内径5m,衬砌厚度0.5m,隧洞底坡,0+037~0+440m段为1/110,0+037~0+440m段为1/45。 
1)原隧洞衬砌设计 
原隧洞洞身钢筋砼衬砌按允许砼裂缝计算强度,再按不允许砼裂缝计算应力校核砼抗裂性,并要求抗裂安全系数大于1。隧洞内径5m,衬砌厚度0.5m,钢筋砼标号170#,岩石坚固系数f=3.5,弹性抗力系数K=6Mpa,洞身设计以主支洞交叉的0+411.1m处断面作为计算标准断面,按考虑弹性抗力和不考虑弹性抗力两种情况计算,计算中,均匀内水压力38.2m,温度应力取相当于4.0m水头的内水压力,电站水锤压力4.6m,回填灌浆压力0.2Mpa。计算结果,配筋率均小于最小配筋率0.25%,砼最大拉应力为1.67Mpa,最小抗裂安全系数为1.012。 
2)隧洞衬砌复核计算 
依据现行《水工隧洞设计规范》(SD134—84)试行,结合本工程情况,隧洞衬砌可按限裂设计进行复核计算。仍采用主支洞交叉的0+411.1m处断面为标准断面,计算荷载有:⑴内水压力:正常蓄水位836.6m;⑵外水压力:采用地下水位线以下的水柱高乘以相应的折减系数的方法,估算作用在衬砌外缘的地下水压力,折减系数β取0~0.4,在与内水荷载组合时β取0,根据埋设的孔压管观测资料绘制的地下等水位线,在0+411.1m处地下水位为815m;⑶衬砌自重;⑷山岩压力,围岩力学指标同前;⑸灌浆压力按0.2Mpa计;⑹电站水击压力,依据我院1986年1月编制的《xxx水库加固改造工程初步设计报告》,取为8.92m。 
由于砼浇筑质量差,本次复核计算中,砼标号按100#考虑,并计算考虑围岩弹性抗力和不考虑围岩弹性抗力两种情况。 
经复核计算,原衬砌内、外层配置5φ16~22的钢筋满足要求,其砼应力和裂缝宽度见表3。 

隧洞衬砌砼应力及裂缝计算成果表 
表3 
截 
面 考虑围岩弹性抗力 不考虑围岩弹性抗力 
砼未开裂 砼开裂 
σi(Mpa) σo(Mpa) fmax(mm) fmax(mm) 
φ=0 1.486 0.879 0.099 0.237 
φ=π/4 1.211 1.040 0.088 0.225 
φ=π/2 1.069 0.915 0.074 0.206 
φ=3π/4 1.064 0.919 0.065 0.201 
φ=π 1.329 0.639 0.063 0.199 
注:表中为σi砼内缘应力,σo为砼外缘应力,fmax为砼裂缝宽度。 
根据规范要求,100#砼允许拉应力为0.83Mpa,限裂设计时,最大计算裂缝宽度不应超过0.2~0.3mm,按隧洞所处的工作条件,上部山体有滑坡体,最大裂缝宽度的允许值可采用0.2mm。复核计算表明,砼不满足抗裂要求,在考虑了围岩弹性抗力情况下,最大裂缝宽度不超过0.2mm,但在不考虑围岩弹性抗力情况下,最大裂缝宽度基本都超过0.2mm,考虑在桩号0+440.0m以后,上覆岩体厚度只有10m左右,且整个隧洞在砼浇筑时顶拱为预埋骨料,砼浇筑质量差,存在薄弱部位,故以不考虑围岩弹性抗力情况为宜。因此原钢筋砼衬砌不满足裂缝开展宽度的要求。 
5结论 
1)从观测资料分析中,证实洞身存在渗漏问题。由于洞身渗漏问题的存在,将影响到隧洞顶部的滑坡体稳定性,从而影响到隧洞本身的安全。 
2)洞身衬砌强度经复核计算不满足裂缝开展宽度的要求,且衬砌砼顶拱预埋骨料压力灌浆施工方法难以使砼密实,虽经几次处理,效果仍不明显,这些是造成洞身防渗效果差的原因。 
3)洞身砼衬砌标号仅达100#,按同类工程类比,砼标号应达到250#才能满足隧洞抗磨、抗蚀要求,说明隧洞衬砌砼标号过低。 
4)隧洞最大泄量293m3/s,相应流速达到15m/s,属高速水流,洞内存在露筋、蜂窝、麻面等问题,将产生气蚀破坏,影响隧洞的正常运行。 
 

作者:   文章来源:江苏防水网

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作者:佚名

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