水工隧洞混凝土衬砌施工地下水控制技术
时间：2023-04-21 08:31:09 来源：千叶帆 本文已影响人
卢建山
（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃 兰州 730000）
水工隧洞作为我国水工建筑物的主要类型之一，其内部衬砌能够限制围岩变形，同时能够控制地下水，对水利工程的运行起到了关键的控制。因此，保证水工隧洞安全有效的运行，可以促进水工隧洞混凝土防渗效果的提升，确保我国水利工程的安全。就输水工程项目来说，对提升我国的水资源利用效率有着非常重要的意义和作用。但是考虑到施工环境等因素产生的影响，可能会对工程项目的施工质量产生一定程度的影响。鉴于此，文章结合输水隧洞施工环境为例，针对隧洞混凝土衬砌施工技术的应用难点进行分析和研究，期望能够满足输水工程项目的施工需求。
1.1 施工过程中的水流控制情况分析
项目水工隧洞位处北高南低的地段，高程367～417 m。将水工隧洞分为前长310 m和后长745 m的两段，使用单孔马蹄形断面混凝土衬砌。在实际的施工过程中，需要严格根据实际情况来合理选择专业的设施以及科学的方案，勘测已经开发的围岩中的实际情况，尤其是渗水的情况，进一步落实排水系统安置的方案。文章中的隧洞在开挖的过程中曾经出现过好几次的渗水和涌水。在施工过程中也采取了如超前堵水灌浆等措施，同时也针对一些重点部位进行了重复堵水。但是考虑到进行混凝土浇筑的过程中，实际的隧洞围岩情况可能会为施工带来一些阻碍，比如部分围岩的透水性比较强，导致容易出现渗水的现象。据计算，渗水量已经超过了115 m3/h。为了充分提升整体项目的工程质量，并且在更大范围内以严谨的方案保证施工项目的安全稳定性。需要针对性的对隧道内进行施工，在施工的时候，通常来说会把洞内的配置功率定为18.5 kW以及7.5 kW的22台潜水泵，一般都会借助具备一定强度的潜水泵来抽取渗水。在利用潜水泵进行渗水操作的同时，也务必注意其配置的要求。通常来说还需要借助一定数量和尺寸的硬质水管来辅助排水。完成排水之后应该注意将施工的废水排放到固定的位置，通常来说是抽到隧道洞口旁边的沉淀池里，需要经过沉淀并且提取之后才能够向外排放。
1.2 浇筑前的水流控制技术
在对整体的隧洞进行混凝土浇筑工程时，需要结合混凝土浇筑的原理以及该隧洞的具体情况，综合考虑其水流控制技术的方案。一般采取的浇筑方式是分层浇筑，主要分为两层进行混凝土浇筑工作，首先是针对混凝土底板和较矮的边墙进行浇筑工程。完成此层浇筑之后，确定其能够达到特定的标志参数。才可以进行下一层的浇筑，同时可以采用钢模台车来浇筑整个隧洞的边顶拱区域。仔细检查是否出现渗水区域，要及时处理。针对存在的这类问题，可以采取以下施工技术：该技术秉承着科学研究的态度以及堵排结合的施工原则。所谓的堵排结合就是将堵水工作和排水工作相结合，它们所对应的处理区间是不同的。堵水指的是在底板处将来自上游的水堵住，而排水指的是把内部的渗水排出，直到实现混凝土浇筑施工条件即可。这样可以确保混凝土浇筑效果和质量。具体的操作如下：第一，如果想要实现底板混凝土干地施工，需要针对混凝土底板上的出水点在施工前进行施工，可以在两侧底板区域开挖高程以下的槽挖排水沟，并借助排水沟进行排水。第二，由于在浇筑的过程中混凝土底板在上游处常常会出现不合适的情况。所以可以采用沙袋堆的方式形成挡水坎，但是挡水坎能发挥的作用仍然不够充分，还可以进一步采取水泥封堵的方式来堵水。除此之外还应当合理的改变排水的结构，可以在下层设置一个集水坑。然后通过水泵的力量将水流引导在合适的位置，让水流向下游流动。同时在下游的位置也要采取合理的布局方式挡住混凝土地板流出的水。在浇筑完成后一定要及时排出仓内的积水。第三，在针对隧洞的边拱顶进行浇筑的过程中，为了确保该区域的渗水进入到底板的盲沟内，应当设置更多的隔水设备。除此之外，在浇筑过程里，一旦出现了局部区域渗水过于严重的现象，还应当针对于特定的区域铺设防水布等设施。同时还要在外部区域铺设防水布，最好相隔一定的距离。采取合理有序的方式将其安插在管道底板的盲沟之内。为了保证排水管的稳定性，还需要进行相应的加固操作，确保不会在后续的混凝土浇筑等施工流程中出现偏移的现象。建立起良好的排水体系，减少各方设施所承受的压力，加强整体的工作效率，保障施工安全。
1.3 浇筑完成后的水流控制措施
在混凝土浇筑工作结束后，为了有效控制隧洞内的地下水流。需要采取相应的混凝土渗水防止措施。在隧洞边拱顶混凝土浇筑完成拆模后，虽然在浇筑前采取了一定的防水方案，但是依然出现了不同程度的渗水情况。鉴于此，结合对前面两个仓的渗水区域观察可知，渗水部分集中在底板和边顶拱之间的横向施工缝之间。尤其是混凝土的边墙以及顶拱区域也存在点状渗水的情况。
结合施工案例分析可知，导致隧洞衬砌区域混凝土产生裂缝的原因多种多样，由内因和外因等多种因素构成。一般情况下，导致隧洞混凝土产生裂缝的因素可以分为以下几大类：第一，原材料的问题。在实际的隧洞混凝土施工的过程里，常常会使用到非常多的水泥材料和砂石材料。如果这些材料存在质量问题或者是其中的某些化学要素存在不合理匹配的问题，都会使得工程的成品质量受到影响。在本工程项目中，所使用到的砂石骨料以及水泥等材料都要经过合格检验后才能够使用。第二，施工工艺因素。在实际的施工过程中，如果采取的施工方案或者施工工艺不合理或者存在一些细致化的漏洞，比如使用水泥的用量不达标。第三，结构受力因素。在实际的施工过程中，还需要考虑到断面的厚度以及集中应力等因素。综合来看导致裂缝产生的原因很多，是多种因素综合作用产生的结果。只有明确混凝土裂缝的产生原因，才能为后期制定相应的干预方案创造有利条件。
举例来说，设计因素。在针对隧洞进行设计的过程中，如果分析结构的受力情况，或者没有详细对各项突变异常情况进行处理，则很有可能会导致在力学方向上出现错误，从而使得构件产生裂缝。结合本工程案例进行分析，可以知道裂缝产生的原因并非是单个因素所导致的。而是多方面的要素综合影响才导致的混凝土裂缝情况，比如其中的一个原因是混凝土实体的厚度没有达到适应的标准，以及在进行钢筋固定的过程里，所采取的钢筋直径太大了，与实际情况不符合。又比如在混凝土的整个硬化过程当中，如果出现了收缩的现象，也可能会使得最终的结构体产生不同程度的裂缝，因为各个结构质点的作用力发生了一定的改变。除此之外值得一提的是，当混凝土出现了大体积的裂缝，往往不是这些因素所导致的，而更多的是因为在配置水泥浆的时候，水灰比太大了。很多原材料都经过了严格的检验，所以可以排除这种因素。
温度因素。在混凝土凝固或者硬化的过程中，会产生大量的水化热，进而产生温度应力。在本工程项目中混凝土厚度在0.4 m左右，在测试其相应的温度数据的时候发现温差在特定的范围内。所以，混凝土水化不会对本工程项目产生影响。
最后，施工工艺因素。在针对隧洞内的混凝土进行浇筑的过程中，工程人员所采取的浇筑方式不正确，或者浇筑的工艺不够合理，也可能会加重裂缝的现象。因为即使材料不存在问题，但是在搅拌混凝土、运输混凝土、振捣以及浇筑混凝土，到养护混凝土的各项工作当中，每一个细节都是至关重要的，其中一项施工工艺不合理或不达标，又或者是细节工作做地不到位，都可能会导致问题频繁出现。由此可见，隧洞内混凝土产生裂缝的原因主要是：第一，设计因素。在本工程项目总由于混凝土的设计厚度仅为0.4 m，且钢筋直径大，容易导致混凝土开裂，这种情况下出现的裂缝被称为贯穿裂缝。第二，地下水压力因素。在围岩和混凝土之间存在一定的水压，针对刚刚浇筑的混凝土，水压会击穿混凝土，从而产生裂缝渗流。第三，施工工艺因素。在混凝土浇筑结束后，如果没有严格限制拆模时间，由于隧洞内温度较低，混凝土凝固较慢，过快拆模会导致混凝土的边顶拱产生裂缝。
在针对隧洞进行施工的过程中，如果混凝土出现裂缝，不仅会对施工质量产生影响，严重的还会对钢筋产生锈蚀，进而削弱混凝土的承载力，降低隧洞混凝土的使用寿命。如果要进行后期的堵漏，其施工成本又比较昂贵。鉴于此，一定要采取各种措施避免混凝土出现渗水现象。举例来说，可以采取以下干预措施。
2.1 做好施工缝排水工作
很多工程人员会忽视施工缝的区域。但实际上由于施工缝是新旧混凝土交会的区域，所以是至关重要的，也是常常容易出现一些安全隐患和质量问题的位置。而且因为是施工缝区域经常会涉及到多项工程的交叉，所以可能会受到多方面的限制，因此残留了不少积水和砂砾，极大地影响了排水工作的效果和工程的质量。同时，混凝土入仓后如果没有做好振捣工作，同时其横向施工缝没有止水设备。可能会导致该区域成为严重渗水区域。鉴于此，在施工的过程中一定要做好施工缝排水工作。同时还要结合施工的具体情况和工程的标准以及要求，不断优化材料的配比方式，适当调整混凝土的结构。可以在开展施工之前就通过多次试验的方式，不断调整水泥灰比例，找到最合适的比例，并严格控制用量。借此来有效提升混凝土材料的使用寿命。此外可以采用混凝土双掺技术来有效提升混凝土的性能和抗渗能力。
2.2 施工过程中的控制
隧洞混凝土浇筑质量的优劣是分析混凝土是否存在开裂或者渗漏的一项关键因素。一般情况下，对混凝土浇筑质量会产生影响的因素主要包含以下几种：人为因素、机械设备因素、材料因素、施工方法因素以及环境因素等等。鉴于此，在进行混凝土浇筑的过程中，需要从上述环节入手进行控制。首先在选取原材料的过程里，也应当依据特定的标准来严格筛选材料，要从细致化的细节参数进行考量。精确的称取重量，在运输的过程里要加强保护措施。严格的控制投放材料的高度，防止材料出现不合理共存的现象，采取精密的控制方式确保振捣操作的质量。该项目的隧洞边顶采用钢模台车浇注，台车采用附式振捣器，人工振捣，振捣效果良好。在完成混凝土浇筑工程之后，通常来说都需要对产生的成品进行合理的养护。所以不要过早的拆除表面的模具，要局部测试混凝土实体，在其已经达到特定的强度之后才能够进行拆模操作。否则可能会导致混凝土实体不达标，或者出现裂缝、孔隙等现象，拆除模具的时候要注意控制模具内外的温差，可以适当地采取降温的措施，降温差调整在适宜的范围内。防止由于温差过大而导致的裂缝现象，这也能够有效地防止渗水的问题。此外，针对回填固结后产生的裂缝，可以借助环氧树脂材料进行封堵和处理，以此来保障隧洞的质量。
2.3 整体的施工过程
结合已经完全开挖的围岩渗水情况，施工单位一定要充分做好抽水和排石系统的布设工作。举例来说，结合具体的水工隧洞地质情况进行施工，在本工程项目中，考虑到水工隧洞整体的透水性比较强，也没有出现渗水的情况。为了进一步提升工程项目在各个方面所达到的效果，与此同时，经过提高整体的安全稳定性。在后续的隧洞工程衬砌施工过程中，可以在隧洞内部布设一定数量的潜水泵，依靠潜水泵来抽取隧洞内部产生的渗水。同时要求虽有参与施工的潜水泵要配备直径100～200 mm的水管，以此来提升排水效果。期间产生的施工废水必须经过沉淀池三级处理后方能排放。
综上所述，水工隧洞是水利水电工程项目中十分重要的工程。在其整体的施工流程里，必须注重多方面的细节，综合提升各项流程的工作质量，才能够全面确保该重点工程项目可以达到最良好的效果。其中由于水工隧洞会受到地下水和外界气候等多方面因素的综合干扰，使得其在施工的前后都存在一定的安全隐患。如果没有合理的控制水流，解决排水与堵水的缺陷，则可能会导致隧洞出现裂缝、孔隙等现象。鉴于此，文章结合实际发生的具体水工隧洞工程案例，讨论了采取堵+排的方式来解决对应的问题，有效的控制地下水水流的方向，综合各项措施严格把关工程的质量。
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