某水库隧洞渗漏分析

摘要：本文用回归分析法对xxx水库隧洞现有观测资料进行了分析，并通过复核隧洞衬砌结构，验证了隧洞存在的渗漏及其它有关问题，得出了合理结论。

关键词：隧洞 回归分析 渗漏

1 工程概况

　　某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。某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“某水库输水隧洞施工” （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

　　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

　　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《某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。