全断面掘进机施工隧洞缺陷的综合治理

第４期（总第１７８期）　山西水利科技　Ｎｏ．４（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１７８）　２０１０年１１月　ＳＨＡＮⅪＨＹＤＲｏＴＥＣＨＮＩＣＳ　ＮＯＶ．２０１０　１００６—８１３９（２０１０）０４—０１—０５　全断面掘进机施工隧洞缺陷的综合治理　王国秉　（中国水利水电科学研究院结构材料研究所，北京，１０００３８）　摘要：通过工程实践，较详尽分析了全断面掘进机（ＴＢＭ）施工隧洞常见缺陷的成因，简要　总结了管片渗漏、裂缝、错台及不良地质洞段缺陷处理的一般方法，具体介绍了一些新型修　补材料和较为成功的缺陷处理经验，可供类４Ｖ．Ｚ．ｚ－－程建设借鉴。　关键词：ＴＢＭ；缺陷；处理措施　中国分类号：ＴＶ５４３　文献标识码：Ｂ　１概述　ＴＢＭ在万家寨引黄南干线７号隧洞施工时，曾发生顶拱严重　坍塌，刀盘卡死，被迫停机３个月。　全断面掘进机（Ｔｕｎｎｅｌ　Ｂｏｒｉｎｇ　Ｍａｃｈｉｎｅ，简称ＴＢＭ）具有　此外，ＴＢＭ施工隧洞拼装式管片衬砌体型较为复杂，接　施工快速高效、开挖对围岩扰动少、隧洞成型好、机械化自动　缝多而长，其防渗、防裂问题仍需进一步深入研究、解决。　化程度高以及对地面环境影响小等优点，已成为国内外隧洞　鉴于目前全断面掘进机本身设备及施工的局限性，ＴＢＭ　工程施工广泛采用的方法之一。据不完全统计，国外约有　施工隧洞存在一些缺陷在所难免，为了确保工程的安全运　５０％隧洞工程的开挖是由ＴＢＭ掘进机完成的。　行，必须要对施工缺陷进行处理。本文通过若干工程实践，简　我国自１９８５年以来，曾先后在贵州天生桥水电站引水　要总结了ＴＢＭ施工隧洞一般常见的缺陷、缺陷成因、处理方　隧洞、甘肃引大入秦工程引水隧洞、山西万家寨引黄工程输　法和较为成功的经验，可供类似工程借鉴。　水隧洞、陕西秦岭隧洞、辽宁大伙房水库输水工程、甘肃引洮　供水一期工程总干渠等引进国外全断面掘进机进行了施工，　２常见的施工缺陷与成因分析　取得了巨大成就，积累了较丰富的施工经验。　２．１衬砌管片的渗漏［１］１　山西省万家寨引黄一期工程先后集中使用了６台双护　据调查，在我国建成和在建的ＴＢＭ施工隧洞中，渗漏是　盾全断面掘进机，成为国内外使用掘进机最集中的工程之　最常见的主要病害之一。　一。掘进机累计完成隧洞开挖及衬砌长度约１２５ｋｍ，占该工　为了适应和发挥ＴＢＭ快速开挖、出渣、衬砌，灌浆连续　程施工隧洞总长的６５％。　作业的特点，ＴＢＭ施工隧洞的衬砌就需要采用拼装式的六边　辽宁省大伙房输水工程隧洞全长８５．３ｋｍ，开挖洞径　形预制管片衬砌系统与之相匹配。这种拼装式管片衬砌体型　８．０ｍ，成洞洞径７．１６ｍ，属大断面超长隧洞，也是目前世界上　较复杂，每环４片成蜂窝状。单位洞长的接缝多而长，约为现　在建同等规模最长的隧洞。该隧洞采用ＴＢＭ掘进与钻爆法　浇混凝土衬砌的５～８倍。接缝构造复杂，环缝一般设有机械　开挖联合施工方案。ＴＢＭ施工段采用了３台国外开敝式　插销，纵缝为球窝结构，纵环缝内缘均设置燕尾槽。隧洞衬砌　ＴＢＭ掘进机施工。该工程建设于２００３年６月１日进场，２００９　的防渗设计除用豆砾石回填灌浆外，岩洞段一般采用聚合物　年４月１２日实现了全洞线的高精度贯通。　水泥砂浆勾缝，土洞段采用两道止水，暗止水采用膨胀止水　此外，北京等大城市的地铁建设也广泛采用ＴＢＭ盾构　条，明止水采用密封胶。管片接缝的张开度和接触情况对止　法施工，取得了显著效果。毫无疑问，ＴＢＭ掘进机在我国隧洞　水作用和防渗效果影响很大。因此预制管片的结构构造、防　工程建设中正在发挥愈来愈大的重要作用，具有广泛的应用　渗设计、制作质量、安装精度、施工掘进偏差和管片后期变位　前景。　等任何一个环节均可能对衬砌结构的止水效果产生很大影　ＴＢＭ掘进机一般适用于中硬岩层和无外水砾石土洞的　响，每一条结构接缝都有可能形成渗漏通道，造成隧洞衬砌　施工。但在ＴＢＭ施工中，实际揭露的工程地质、水文地质条　的质量缺陷，成为隧洞运行的安全隐患。　件极为复杂，特别对于跨流域超长隧洞的施工，经常会遇到　衬砌的裂缝，尤其是贯穿性裂缝是产生渗漏的主要原因　一些围岩强度很低、稳定性极差，塌方严重的洞段，使刀盘卡　之一。而渗漏量又与裂缝的性状（宽度、深度、分布）、温度、干　死。或遇到一些围岩收敛变形严重，造成卡机等现象。例如，　湿循环、渗径长度、静水压力、渗流截面积等因素有关。例如，　［收稿日期］２０１０—０４—１５　［作者简介］王国秉，男，１９３６年生，１９６０年毕业于莫斯科水利工程学院，教授级高级工程师。　・　１　・　第４　１７８期　１月王国秉全断面掘进机施工隧洞缺陷的综合治理　：Ｎｏ．４（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１７８）　ＮＯＶ．２０１０　某工程引水隧洞采用ＴＢＭ施工，用管片衬砌，共需管片２５　万多片，管片问接缝７６万多条。早期施工由于管片模具误差　较大，管片几何尺寸超ｍ规范允许误差，加上ＴＢＭ掘进轴线　③管片设计时，当时主要考虑的荷载为：护盾推进缸力、　山岩压力和地下水水压，而对ＴＢＭ机械手插入力已成为施　工的控制荷载考虑不足；　的偏差和豆砾石回填灌浆不及时、不密实，严重影响管片安　装质量，管片间接缝合格率不足７５％。南于接缝宽度大大超　出规范允许范围，严重影响止水条的止水效果，甚至起不到　止水作用，对隧洞的防渗和稳定形成严重的安全隐患。　万家寨引黄总干线６、７、８号洞管片安装接缝合格率较　④后期安装的一些管片，因龄期短（２ｄ），混凝土设计强　度不足，早期抗裂性较差，也是导致管片裂缝的因素之一。　万家寨引黄工程北干线１号隧洞全长约４４ｋｉｎ，其中　２５ｋｉｎ洞段由ＴＢＭ开挖及预制管片衬砌。ＴＢＭ洞段为圆形断　面，开挖直径为４．８１９ｍ，衬砌后内径为４．１４ｍ，管片为六角　低，施Ｔ结束后发现９　８７７处渗水，不得不进行缺陷处理。　此外，在不良地质洞段，位于高压力地下水或地表水强　补给区，出现较大的涌水。由于施１二中因防止涌水或引排措　施不力，也可能造成隧洞较严重的渗漏现象。　２．２衬砌管片的裂缝　裂缝是水二ｒ隧洞最普遍、最常见的病害之一。ＴＢＭ施工　隧洞混凝土管片衬砌属薄壁结构，管片裂缝出现渗漏不仅会　导致水量损失，恶化洞周围岩，而且还会引发隧洞的渗漏溶　蚀、环境水侵蚀、钢筋锈蚀等病害的发生与发展，对隧洞的整　体性、稳定性和耐久性产生很大危害，严重威胁水］二隧洞的　安全运行。对于黄土隧洞，一旦发生渗漏并使黄土饱和，将有　可能造成部分黄土地基的潜蚀和管涌，从而导致黄土隧洞的　破坏。　混凝土裂缝往往是多种因素联合作用的结果，而ＴＢＭ　施丁隧洞衬砌混凝土开裂的主要原　，一般是由不利地质条　件和施工荷载及施工不当引起的。它不同于常规法施工隧洞　衬砌混凝土的裂缝，主要是由温度应力和其他荷载引起的。　万家寨引黄工程总干线６号隧洞预制管片衬砌在部分　Ｎ　红黏土洞段，因受不均匀荷载作用，曾出现较严重的裂缝。　Ｎ　红黏土洞段从桩号０＋９８０至桩号１＋１３８，在两侧管片中部　连续或间断产生一条或多条裂缝，该段长约３３８ｍ，裂缝宽度　一般为０．１～０．５ｍｍ，个别最宽达１．０ｒａｍ，缝深为２０—８０ｍｍ。　万家寨引黄南干４号洞进口段，１９９９年施工中发现，约有　４０％～５０％的４３０一Ａ型管片出现不同程度的裂缝，且大多出现　在顶部和底部的管片上。顶片裂缝大多发生在顶拱中央部位，　裂缝贯穿。底片裂缝大多发生在底拱中央部位及道轨平台棱　角处，侧片发生的裂缝极少。每片裂缝条数不同，最多的有４　条，大多为１～２条。裂缝宽度约０．１ｍｉｌｌ，裂缝长度约２５～１４０ｃｍ　（管片宽）。裂缝均在液压缸推管片就位时瞬间发生。　通过对管片从预制生产到安装就位的全过程的深入调　查、现场检测试验和设计复核等深入细致工作，最后得出以　下结论Ｅ３］：　①万家寨引黄南干４号洞管片安装发生的裂缝，基本上　可以排除生产、运输等环节原因，主要是由承包商在施工中　的安装荷载、方式、丁艺不当造成的；　②管片裂缝主要与进口ＴＢＭ安装机臂张力过大有关。　从管片安装过程中裂缝发生的时间看，不少顶片在机械手插　入回转时就瞬间发生裂缝，但多数顶底片是在安装侧管片　时，由于侧片的挤压，给低、顶管片施加一附加荷载后开裂　的，因为此时底、顶管片在结构上处于受拉部位；　・２・　形，厚度２５ｅｒａ。２００８年在管片安装过程中，在个别洞段左、右　侧管片出现了横向裂缝，顶拱发现裂缝较少。裂缝宽度大多　在０．０５～０．３ｍｍ，最大达１．３ｍｍ。一片管片裂缝最多为ｌ０条，　管片裂缝是在辅助油缸推动过程中产生的，裂缝无规律性。　通过对裂缝的成因分析表明，裂缝的主要原因和施＿Ｔ有　关，由于ＴＢＭ辅助油缸上一个阀门的损坏，造成了管片安装　过程中受力不均，导致了管片中部的开裂。该阀门经维修后，　管片裂缝问题基本上得到了解决。　２．３衬砌管片的错台Ⅲ　错台是管片安装中普遍存在的一个问题。隧洞衬砌的每　一喇环由４片组成，块与块问，环与环问都应严格按照设计　要求组装。但由于管片和围岩一般有５ｅａｒ左右的间隙，要求　安装管片时一是精心对缝，二是要立即回填豆砾石和灌浆，　将管片和围岩间空隙填死，使管片稳固和不产生变位。但施　工中往往忽视这一点，常造成错台现象。错台使隧洞糙率增　大，并造成结合面挤压应力增大。这些虽通过回填豆砾石灌　浆可以得到一些弥补，但往往因其效果不佳常形成渗漏通道　或造成局部接缝损坏。　有的工程由于不良地质条件和管片安装后未能及时进　行回填灌浆，管片呈结构不稳定状态，以致发生较大错动，危　及工程安全　。　万家寨引黄总干６号隧洞ＴＢＭ施工多次穿越土层，地　质条件极为复杂，隧洞预制管片衬砌在部分Ｎ　红黏土洞段　的侧拱和顶拱管片之间曾出现较严重的移位错台，即侧拱管　片向洞内移位，其中以７５８环至７６６环最为明显，移位错台　最严重的达１００ｍｍ。　该洞段Ｎ。红黏土土质紧密、坚硬、成洞条件较好，管片　安装后因未及时充填豆砾石和灌浆，使管片与土体之间，特　别是顶拱处有一个较大的空腔，当两侧腰线部位土体被压碎　后，上部松动圈土体整体向下变形滑落，直接挤压或作用在　侧拱管片上，使衬砌管片环承受了不均匀分布的压力，产生　了裂缝。管片纵向接缝采用半弧形结合面，当作用力继续增　大时，顶拱管片向上抬起，管片发生移位，纵缝形成错台，削　弱了管片的结构强度和承载能力，成为］＿程安全隐患。　２．４回填灌浆的质量缺陷　ＴＢＭ由于采用预制管片衬砌圆形隧洞施工需要，在衬砌　背面与开挖岩石之间留有一定空隙。其空隙用粒径为５—　１０ｍｍ的豆砾石充填、须回填水泥灌浆才能使岩面与衬砌管　片之间紧密接触，并使回填豆砾石层、管片与围岩共同承担　内外荷载。回填豆砾石灌浆层形成一封闭的防渗圈，可以提　第４期（总第１７８期）　２０１０正１Ｉｎ　山西水利科技　ＳＨＡＮＸＩ　ＨＹＤＲｏＴＥＣＨＮＩＣＳ　Ｎｏ．４（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１７８）　ＮＯＶ．２０１０　高隧洞防渗性能。　豆砾石回填灌浆是ＴＢＭ施工中的一个重要环节，灌浆　应在每环管片安装完成后立即进行。但在实际施工中，有的　工程存在以下问题：１）灌豆砾石不及时。抽出护盾外的管片　不能及时灌豆砾石，往往需继续向前安装二环后才灌豆砾　石。在此期间管片由于自重和ＴＢＭ震动荷载的作用，常发生　底管片下沉、侧管片外伸、顶管片下移，纵向接缝增大等现　象。２）所灌豆砾石回填厚度不够、不密实。有的工程因回填豆　砾石厚度不够，回填不密实，使拼接好的管片环推出护盾后，　座落在松散的豆砾石层上，在ＴＢＭ施工荷载的反复作用下，　底管片下沉，侧管片外移，导致本应圆形的衬砌变成扁圆形，　出现较严重错台现象。３）水泥回填灌浆不及时。有的工程　ＴＢＭ底管片灌浆滞后安装工作面约ｌＯｍ，侧管片在后配套尾　部灌浆，滞后安装工作面约３００ｍ。由于水泥灌浆不及时，不　能使豆砾石层固结成一整体，造成底侧管片移位，顶管片下　沉，管片接缝增大等质量缺陷，严重影响管片与围岩之间的　结合，影响管片的整体稳定性与防渗性能。　２．５　不良地质洞段施工缺陷［　ＴＢＭ在超长隧洞掘进过程中，经常会遇到软岩、土洞、地　下水、断层破碎带、膨胀岩、岩溶、岩爆等不良地质条件，给施　工带来严重困难。施工中由于围岩破碎、稳定性差，时有发生　严重塌方，使ＴＢＭ刀盘卡死，无法掘进。一般在处理卡机事　故中，主要措施是使ＴＢＭ尽快恢复掘进，因而对事故可能造　成的施工质量缺陷未作进一步处理，可能造成隧洞的渗漏和　影响隧洞结构稳定等问题，危及工程安全运行，必需进行稳　妥处理。　例如，某工程在ＴＢＭ隧洞施工中，Ⅳ、Ｖ类围岩占到　９０％，约有１．Ｏｋｒａ洞段中岩性以泥岩、粉砂质泥岩、砂岩等软　岩为主，围岩强度很低，裂隙发育，层间错动普遍，还具有遇　水膨胀，失水干缩等特点，加上部分洞段外水的影响，围岩稳　定性极差，造成施工中塌方严重，屡屡发生卡机现象。后通过　采用各种措施，使ＴＢＭ恢复了掘进，但部分管片和围岩之间　的空隙被顶部塌方所填充，虽然进行了回填灌浆，但是局部　洞段仍然漏水较严重，需作进一步处理。　３缺陷处理措施　３．１渗漏处理　３．１．１渗漏处理原则　根据工程经验的总结，建议采用如下综合治理原则：　（１）渗漏处理应遵循防水和排水相结合，“上截下排，先　排后堵，以截为主，以排为辅”的基本原则。按先止漏、排水，　然后再设置永久防水层两个步骤完成。　防渗和排水设计的原则是堵（如防渗结构、封闭外水水　源、固结灌浆）、截（如设防渗帷幕）、排（如排水孔、排水幕、结　构外排水管）等综合治理。　（２）对伴有地下水活动的不良地质洞段，特别是高压水　应按截断水源、引排涌水、降低围岩透水性的原则采取相应　工程措施，并以引排为主。　（３）防水堵漏应尽可能靠近渗漏源头。这样可以直接止　住渗漏，防止渗漏水对结构物的侵蚀和溶蚀，降低内部渗透　压力，有利于建筑物稳定。　渗漏宜在迎水面封堵，不影响结构安全时也可在背水面　封堵。　（４）水工隧洞混凝土衬砌的质量缺陷，应采取恢复整体　性和加强耐久性的修补措施，以防渗为重点。防渗措施可从　三个方面着手，其一，修复现有混凝土衬砌缺陷，提高其抗渗　性能；其二，加强围岩的防渗性能；其三，增加混凝土内防渗　措施。　（５）选择修补材料时，要考虑修补材料不能对水质产生　污染。修补材料在特定环境下应与被修补体材料具有较好的　相容性和耐久性。　３．１．２渗漏处理方法　１）反复回填灌浆和固结灌浆　ＴＢＭ施工隧洞混凝土衬砌的渗漏现象通常可分为三类，　即点渗漏（孔眼渗漏或安装孔集中渗漏）、线渗漏（以缝漏为　主，主要为管片接缝和裂缝等渗漏）和面渗漏（混凝土衬砌大　面积潮湿和微渗水）。工程揭示，以上隧洞渗漏现象，大多是　因衬砌豆砾石回填灌浆质量差，局部洞段地质条件恶劣，围　岩破碎，衬砌与围岩之间存在较大范围脱空等造成。因此，反　复回填灌浆和固结灌浆是目前解决ＴＢＭ施工隧洞防渗的首　选措施。　回填灌浆是ＴＢＭ施工隧洞的一个重要环节，可提高隧　洞的防渗性能。对于施＿丁中回填灌浆质量较差的洞段，特别　对于土洞段应进行反复灌浆，填充洞外松动层。回填灌浆钻　孑Ｌ可在管片原有的灌浆孔上直接钻孔，孑Ｌ径４８～７５ｍｍ，孑Ｌ深　深入围岩２０ｅｒａ。回填灌浆的压力有外水洞段一般为０．２～　０．８ＭＰａ，无外水洞段为０．３～０．５ＭＰａ，视现场具体情况及洞壁　变形观测结果进行调整。回填灌浆浆液水灰比一序孔可灌注　水灰比０．６（或０．５）：１的水泥浆，二序孔可灌注１：１和０．６（或　０．５）：１两个比级的水泥浆。在规定压力下，当灌浆孔停止吸　浆，可继续灌注５ｒａｉｎ即可结束。　固结灌浆是通过灌浆充填洞周以外一定范围的节理裂　隙、软弱破碎带和断层带等松散围岩，从而起到提高围岩弹　模、增强围岩抗力和自稳性能的目的。此外，固结灌浆还可以　形成一定厚度的帷幕圈，减少隧洞内水外渗和阻断外力，减　小作用在衬砌上的外水水头和山岩压力、改善围岩防渗性能　和隧洞受力条件的作用。　固结灌浆孔造孔可用手持风钻在管片原有的预留灌孑Ｌ　处直接钻孑Ｌ，进行高压风吹孔，冲洗风压采用５０％的灌浆压　力。钻孔沿洞周径向放射布置，孔深３～５．０ｍ，孔径５６～７５ｍｍ。　灌浆压力１．０～１．５ＭＰａ，视现场具体情况及洞壁变形观测结果　进行调整。灌浆材料为水泥浆。注浆按环间分序环内加密的　原则进行，灌浆ｌＴ作必须连续进行。同接灌浆的检查孔的数　量应不少于灌浆孔总数的５％。灌浆全孔结束并检验合格后，　应及时做好封孔工作。通常对岩土过渡段、不良地质段和岩　洞塌方段应进行全断面的固结灌浆。　・　３　・　第４　７８期　１１月王国秉全断面掘进机施工隧洞缺陷的综合治理　：Ｎｏ．４（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１７８）　ＮＯＶ．２０１０　在灌浆过程中如发现冒浆、串浆、回浆变浓等，应及时采　取措施处理。遇有围岩塌陷、溶洞等特殊情况，应制定特殊灌　浆措施。　和裂缝宽度大于等于０．１５ｒａｍ的无渗水裂缝先进行化学灌　浆，再涂刷柔性防渗涂层进行表面封闭处理。施工工艺包括：　钻孔、清洗、裂缝表面封闭、试压、灌浆、封孔、检查和涂刷防　渗涂层等。　３．２．３对修补材料的性能要求　工程经验表明，ＴＢＭ施工隧洞的渗漏现象，一般通过反　复回填灌浆和固结灌浆基本上可以得到较有效控制。　２）隧洞衬砌的内防渗处理嘲　一１）化学灌浆材料　化学灌浆材料应选择无毒、黏度小，可灌性好、粘接强度　高、收缩小、固化后耐水性和化学稳定性好的浆材。根据隧洞　般对发生渗漏的洞段，除采用回填灌浆和固结灌浆处　理外，还需对管片接缝及安装孔进行内防渗处理。通常将管　片的接缝和安装孔先进行凿槽、扩孔，将管片接缝中失效的　原有止水材料和安装孔内回填的砂浆清除，冲洗干净并凿　毛，对渗水部位先用堵漏剂堵漏，刷一层界面剂，３０ｍｉｎ之内　用聚合物水泥砂浆充填密实，待缝面干燥，砂浆达到一定强　度后，在表面涂刷１￣５ｍｍ厚的柔性防渗层。接缝涂刷范围包　括缝本身并向两侧各延伸６ｃｍ，沿渗水缝长向两端各延伸　２０ｅｒａ；安装孔涂刷范围是以孔为中心、直径２４ｅｍ的圆面。　对于元外水洞段，可对水位线以下部分按上述方法进行　接缝处理。对于有外水洞段，尚需采用锚杆加固侧拱、顶拱管　片。当外水头较大时（大于６０ｍ），则必需采用固结灌浆和锚　杆加固。对于渗水接缝还要用超细水泥灌浆或化学灌浆来充　实接缝。　３．２管片裂缝处理　３．２．１裂缝处理标准　参照《混凝土坝养护修理规程》（ｓＬ　２３０—９８）中有关规　定：按耐久性或防水性的要求，钢筋混凝土结构需要修补的　裂缝宽度如表１所示。　表１钢筋混凝土结构需要修补的裂缝宽度（ｍｍ）　环境条件类别　按耐久性要求　按防水性要求　短期荷载组合　长期荷载组合　＞０．４０　＞Ｏ－３５　＞Ｏ．１０　＞０－３０　＞０－２５　＞Ｏ．１０　＞Ｏ．２５　＞Ｏ．２Ｏ　＞Ｏ．１Ｏ　四　＞Ｏ。ｌ５　＞Ｏ，１Ｏ　＞０．Ｏ５　注：一类——室内正常环境：　二类——露天环境，长期处于地下或水下的环境；　三类——水位变动区，或有侵蚀性地下水的地下环境；　四类——海水浪溅区及盐雾作用区，潮湿并有严重侵蚀性　介质作用的环境。　３．２．２处理方法　ＴＢＭ施工隧洞混凝土管片衬砌的裂缝处理以恢复结构　的整体性、耐久性和抗渗性为主。应根据裂缝成因分析、危害　程度确定裂缝处理方法。首先判断裂缝对结构的危害程度，　确定是否进行结构加固处理或是进行灌浆和表面封闭处理；　然后判断裂缝是静止裂缝还是活动裂缝，确定灌浆材料和表　面封闭处理材料的性能指标。对于活动缝的修补，应选择在　引起裂缝活动的因素消除后进行。　工程中一般设计采用如下裂缝处理方法：１）对裂缝宽度　小于０．１５ｒａｍ的无渗水混凝土管片裂缝进行表面封闭处理，　即在裂缝表面打毛、清除后涂刷柔性防渗涂料；２）对渗水缝　・　・　管片裂缝的特点，对有补强要求的裂缝处理，一般采用改性　环氧树脂类浆材。对于漏水或渗水裂缝，建议采用水溶性聚　氨酯化学灌浆材料。　聚氨酯化学灌浆材料可灌性好，强度高，无毒性，其固结　体具有遇水膨胀的特性，具有较好的弹性止水，以及吸水后　膨胀止水双重止水功能。当聚氨酯被灌人含水的混凝土裂缝　时，迅速与水反应，生成不溶于水和不透水的凝胶体及二氧　化碳气体，这样边凝固边膨胀，体积膨胀几倍，形成二次渗透　扩散现象（灌浆压力形成一次渗透扩散），从而达到堵水止　漏、补强加固作用。　水溶性聚氨酯化学灌浆材料的性能指标如表２所示。　表２水溶性聚氨脂化学灌浆材料的性能　项目名称　指标要求　试验采用规范　黏度／（２５￣Ｃ，ｍＰａ．Ｓ）　≤１００　ＧＢ／Ｔ　２７９４—１９９５　凝胶时间／ｍｉｎ　≤２０　ＧＢ门　１６７７７—２００８　粘接强度／ＭＰａ　干、湿情况　≥２．０　ＧＢ／Ｔ　１６７７７—２ｏ０８　抗压强度／ＭＰａ　≥１０　ＧＢ厂Ｉ．１０４１－１９９２　拉伸强度／ＭＰａ　≥２．５　ＧＢ／Ｔ　１０４０－１９９２　耐久性，ａ　３０　我所在甘肃引大人秦盘道岭隧洞、山西省万家寨引黄总干　６、７、８号隧洞等工程裂缝化学灌浆处理应用中，效果较显著。　２）防渗涂层材料　对于静止的细微裂缝，裂缝宽度小，可灌性差，常采用涂　刷防渗涂层材料封闭裂缝。结合ＴＢＭ施工隧洞工程特点，要　求该修补材料耐水性好、粘结强度高、有较高的抗拉强度，收　缩小，柔性好，具有一定的变形能力。下面简要介绍近年来有　关国内外开发应用的一些新型防水涂层材料。　（１）聚氨酯柔性防水材料。弹性聚氨酯防水材料是由主　剂和固化剂组成的双组分材料，它性能较优异，使用寿命长，　无毒，耐老化，可用于防水、防腐工程。其主要技术指标：抗拉　强度大于２．５ＭＰａ；断裂伸长率大于２００％；低温柔性：一３０℃无　裂纹；固含量大于９４％；粘接强度：１．５～２．５ＭＰａ。・老化系数　７Ｏ℃ｘ７２ｈ大于０．８５。施工中必须把混凝士基面处理好，并保　持干燥。要求先涂一层基底涂料，待基底涂料表干后，方可涂　刷防水涂层。这种材料我所曾用于山西省万家寨引黄总干线　７、８号隧洞Ｎ　土洞段及岩洞段内防渗处理工程，效果较好。　（２）喷涂聚脲弹性体材料。喷涂聚脲弹性体技术是国外　近十年来为适应环保需求而研制、开发的一种新型无溶剂、　第４期（总第１７８期）　２０１０年ｌ１月　山西水利科技　ＳＨＡＮＸＩ　ＨＹＤＲｏＴＥＣＨＮＩＣＳ　Ｎｏ．４（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１７８）　Ｎｏｖ．２０１Ｏ　无污染的绿色施工技术。该材料具有防水、防腐、耐磨等优良　性能。其主要特点是：①无毒性：１００％固含量，不含有机挥发　物，符合环保要求；②优异的综合力学性能：拉伸强度最高可　达２５．０ＭＰａ，伸长率最高可达６００％，撕裂强度为５０ｋＮ／ｍ；③　较高的抗冲耐磨性：其抗冲磨能力是Ｃ６０混凝土的１０倍以　上；④良好的防渗效果：在２．０ＭＰａ水头作用下２４ｈ不渗漏；　⑤低温柔性好：在一３０℃下对折不产生裂纹；⑥耐腐蚀性：由　于不含催化剂，分子结构稳定，在水、酸、碱、油等介质中长期　浸泡，性能不降低；⑦快速固化：反应速度极快，５ｓ凝胶，ｌｍｉｎ　即可达到步行强度；⑧施工方便：可在任意曲面、斜面及垂直　面上喷涂成型，不发生流挂现象。涂层表面平整、光滑，对基　材形成良好的保护和装饰作用。　喷涂聚脲弹性体材料的施工，需要采用专用的喷涂设备。　２００２年中国水利水电科学研究院在水利部“９４８”项目的　支持下，从美国引进了这项技术和专用喷涂设备。通过室内外　大量科研工作，已成功地将该技术应用到我国水利水电工程　各类混凝土表面防渗、抗裂、抗冲耐磨保护层等领域，其中包　括水工输水隧洞，取得了较显著效果和具有广阔的应用前景。　３）ＳＫ手刮聚脲材料　。喷涂聚脲材料的施工需要专用的　喷涂设备，它采用高温、高压、撞击式的混合工艺，设备工艺　参数对材料性能影响较大，因此对施工要求较高。一般喷涂　设备体积较大，费用昂贵。施Ｔ中有时因受施工规模和施Ｔ　场地的限制，庞大的设备往往给施工带来不便，也不经济。　近年来国内外研制开发了一种单组分ＳＫ手刮聚脲材　料，它既具有聚脲材料优异的物理力学性能，又可以手工操　作，施工方便。　ＳＫ手刮聚脲材料是由含多异氰酸酯——ＮｃＯ的高分子　预聚体与经封端的多元胺（包括氨基聚醚）混合，并加入其他　功能性助剂所组成。在无水状态下，体系稳定，一旦开桶施　工，在空气中水分的作用下，迅速产生多元胺，与异氰酸　酯——Ｎｃ０反应，形成ＳＫ手刮聚脲。根据用途，ＳＫ手刮聚脲　可分为自流平聚脲和触变型聚脲，对坡度小于３。的混凝土平　面，使用自流平聚脲施Ｔ方便、速度快；对坡度大于３。的混凝　土平面、立面和顶面，使用触变型聚脲，每次刮涂厚度小于　１１ｎｉｌｌ，可以保证不发生流淌。ＳＫ手刮聚脲的主要物理力学性　能见表３　表３　ＳＫ手刮聚脲物理力学性能　检测项目　固含量　抗拉强度　扯断伸长率　撕裂强度　表干时间　检测结果　１０Ｏ％　＞１６ＭＰａ　＞４００％　＞２２ｋＮ／ｍ　５ｈ　ＳＫ手刮聚脲材料作为双组分喷涂聚脲材料的补充，已　开始在水利水电工程中广泛应用，取得了良好效果，必将具　有广阔的应用前景。　３．３管片错台处理　根据万家寨引黄＿丁程和其他工程经验总结，对管片错台　拟采取如下处理措施：　１）土洞段　（１）对土洞段管片介于６～１０ｍｍ的错台，将错台部位用聚　合物水泥砂浆抹平，以增加管片的接触厚度，改善管片在接缝　处的承载状态，达到结构稳定的目的。此外，在衬砌环缝和纵　缝两侧各６ｒａｍ范围内涂刷柔性防水材料，以防内水外渗。　（２）对土洞段管片介于１１～５０ｒａｍ的错台采取全断面高　压灌浆加锚杆加固洞周围岩的处理方案。高压灌浆孔利用管　片原安装孔，沿洞周径向布置８个孔，灌浆孔深４ｍ，开孔直　径６０～８０ｍｍ。灌浆前先在灌浆孔中插入锚杆，长４ｍ，直径　＋２０。高压灌浆完成后，在错台部位用聚合物水泥砂浆抹平，　并在纵、环缝两侧各６ｒａｍ范围内涂刷柔性防水材料。　（３）对Ｑ，湿陷性黄土洞段和管片错台大于１０ｅｍ影响结　构稳定的洞段，对管片进行先复位后锚固，再用钢板加固。　２）岩洞段　（１）对岩洞段管片介于６－１５ｍｍ的错台，用聚合物水泥　砂浆抹平，坡度为１：２０。为使砂浆与老混凝土结合良好，应对　管片进行凿毛，凿毛厚度ｌｍｍ。　（２）对岩洞段管片介于１６～５０ｒａｍ的错台，除采用聚合物　水泥砂浆抹平后，还需对错台管片进行锚杆加固处理。锚杆　长４ｍ，直径＋２０，利用管片原安装孔径向布置，锚杆端部用　高标号水泥砂浆包裹并抹平顺。　（３）对管片错台大于１０ｅｍ影响结构稳定的洞段，对管片　进行先复位后锚固，再用钢板加固。　３．４不良地质洞段衬砌缺陷的处理　工程实践表明，对不良地质洞段的衬砌缺陷，一般需进　行锚杆加固，以增加衬砌结构的稳定性。　对断层破碎带及影响带首先应先进行全断面固结灌浆　处理。对管片破损严重的断层破碎带还需采取内衬钢板处　理，钢衬与管片之间回填水泥砂浆，并进行接触灌浆。　对富水洞段及高外水洞段建议用浓浆加速凝剂的固结　灌浆方法处理。对Ⅳ、Ｖ类围岩灌浆前需在顶拱及侧拱进行　锚杆加固。　对局部纵线超差严重，不满足隧洞设计净空要求及影响　过水能力的洞段，如溶洞段凹坑深度大于２０ｃｍ的洞段，应拆　除原管片，现浇混凝土。拆除管片前需根据围岩及外水情况　确定是否需进行预加固处理。　４结束语　ＴＢＭ全断面掘进机是当今世界上公认的快速开挖隧洞　的最有效的机具。２０世纪８０年代以来，我国从国外引进　ＴＢＭ设备进行了隧洞施工，取得了巨大成就。　ＴＢＭ施工中，由于工程地质、水文地质条件复杂，管片衬　砌接缝多而长，防渗、防裂问题较为突出；加上ＴＢＭ设备性　能及施工技术尚需进一步完善；因此，目前ＴＢＭ施工的隧洞　尚存在一些缺陷在所难免。为确保隧洞运行安全，必须对缺　陷进行处理。　本文通过工程实践，较详尽地分析了ＴＢＭ施工隧洞常　见缺陷的成因，简要总结了管片渗漏、裂缝、错台及不良地质　洞段缺陷处理的一般方法，　（下转第１２页）　・　５　・　第４期（一　、　期　２０１０年ｌ１月　张磊：水工泄水结构的抗磨防蚀设计探讨　廊：　上　。　厂岩　’刀　汉　。侨　Ｎｏ．４（Ｔｏｔａｌ　Ｎｏ．１７８）　ＮＯＶ．２０１０　磨蚀指标很难反映混凝土的真实抗磨蚀能力，因此，在选择　混凝土的抗磨蚀指标时，应同时提出混凝土的碳化、抗渗、抗　冻、裂缝控制系数、冲击韧度等耐久性综合指标。　［参考文献］　［３］王世夏．水工设计的理论和方法［Ｍ］．北京：中国水利水　电出版社，２０００：１１７－１３５．　［４］胡国平，等．延长水工抗冲磨混凝土结构寿命的新措施　［Ｊ］．水力发电，２００９（１）：５２—５４．　［５］戴会超，等．高水头大流量泄洪建筑物的泄洪安全研究　［Ｊ］．水力发电，２００９（１）：１４—１７．　［６］方达欧．加拿大美国混凝土建筑物抗冲蚀一磨冲材料的　［Ｉ］杨春光．水工混凝土抗冲磨机理及特性研究［Ｄ］．杨凌　西北农林科技大学，２００６．　［２］刘士和．高速水流ＥＭ］．北京：科学出版社，２００５：１３４—１４８　研究［Ｊ］．水利水电技术，１９９３（１０）：５１—５４．　Ａ　Ｐｒｏｂｅ　ｉｎｔｏ　ｔｈｅ　Ａｎｔｉ－Ａｂｒａｓｉｏｎ　ａｎｄ　Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　Ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　Ｒｅｌｅａｓｉｎｇ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　Ｚｈａｎｇ　Ｌｅｉ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｇｒｅａｔ　ｉｍｐｏｒｔａｎｃｅ　ｉｓ　ａｔｔａｃｈｅｄ　ｔｏ　ｔｈｅ　ａｂｒａｓｉｏｎ＆ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　ｄａｍａｇｅｓ　ｏｆ　ｈｙａｕｌｉｃ　ｒｅｌｅａｓｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ　ｆｒｏｍ　ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ　ｓｉｌｔ－ｌａｄｅｎ　ｆｌｏｗｓ．Ｓｏｍｅ　ｎｏｒｍｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ　ｓｔａｎｄａｒｄ　ｓｕｃｈ　ａｓ“Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｉｎ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｓｔｕｒｃｔｕｒｅｓ”（ＤＬ／Ｔ５２０７—２００５）ａｒｅ　ｕｎｒｅａｓｏｎａｂｌｅ，ａｎｄ　ｗｏｕｌｄ　ｇｉｖｅ　ｉｎａｄｅｑｕａｔｅ　ｉｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｈｙｄｒａｕｌｉｃ　ｒｅｌｅａｓｉｎｇ　ｓｔｒｃｔｕｒｅ．　Ｉｎ　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ，ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ａｂｒａｓｉｏｎ　ａｎｄ　ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ　ｆｏｒ　ｒｅｌｅａｓｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｕｎｄｅｒ　ｈｉｇｈ　ｓｐｅｅｄ　ｆｌｏｗ．ｓｏｍｅ　ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｐｕｔ　ｆｏｒｗａｒｄ　ｆｏｒ　ｓｕｃｈ　ｄｅｓｉｇｎ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｒｅｌｅａｓｉｎｇ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ａｂｒａｓｉｏｎ；ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ；ｄｅｓｉｇｎ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｓｈａｐｅ；ａｎｔｉ－ａｂｒａｓｉｏｎ　ｍａｔｅｒｉａｌ，　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｊｌ止　．　（上接第５页）　［２］王国秉，孙志恒等．山西引黄７号、８号输水隧洞防渗处　具体介绍了一些新型修补材料和较为成功的缺陷处理经验，　理工程工作报告［Ｒ］．北京中水科丁程总公司，２００１．　可供类似工程建设借鉴。　［３］王国秉．关于引黄南干４号洞管片裂缝成因的调查报告　工程实践表明，在选择治理方案和修补材料时，应结合　［Ｒ］．山西省万家寨引黄工程咨询公司．１９９９．　隧洞的地质条件、运行方式、经济成本、具体病害特征及可能　［４］王国秉，赵廷式．万家寨引黄工程总干线土质隧洞设计、　带来的后果综合确定，以达到最佳的技术经济效果。应不断　施工和修补［Ｊ］．山西水利科技，２００５（２）：１－４．　总结工程实践经验，对ＴＢＭ掘进机的施工技术和缺陷处理　［５］王国秉，孙志恒等．万家寨引黄水１二隧洞工程检测和缺陷　方案进一步完善和提高。　处理［Ｊ］．山西水利科技，２００５（４）：１－３．　［６］孙志恒．渠道建筑物混凝土防护新材料及渡槽伸缩缝快　［参考文献］　速修补技术．第十届全国水工混凝土建筑物修补与加固　［１］王国秉，孙志恒等．水工隧洞的渗漏与综合治理［Ｊ］．山西　技术交流会论文集［Ｃ］，２００９：３－９．　水利科技，２００４（４）：３９—４３．　Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ　Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｔｏ　Ｄｅａｌ　Ｄｅｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｔｕｎｎｅｌ　Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ　Ｂｙ　ＴＢＭ　ＷＡＮＧ　Ｇｕｏ－ｂｉｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　ｐｒｏｊｅｃｔｓ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ａｎａｌｙｚｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｍｏｎ　ｃａｕｓｅｓ　ｏｆ　ｄｅｆｅｃｔ　ｉｎ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ｃｏｎｓｔｕｒｃｔｅｄ　ｂｙ　ＴＢＭ　ｉｎ　ｄｅｔａｉｌ．Ｔｈｅ　ｇｅｎｅｒａｌ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔｏ　ｄｅａｌ　ｗｉｔｈ　ｓｅｅｐａｇｅ，ｃｒａｃｋ，ｕｎｅｖｅｎｎｅｓｓ　ｏｆ　ｊｏｉｎｔｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｌｉｎ－　ｉｎｇ　ｂｌｏｃｋｓ　ａｎｄ　ｄｅｆｅｃｔ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌ　ｉｎ　ｐｏｏｒ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ　ｔｏ　ｍｅｎｄ　ｔｕｎｎｅｌ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｃｏｎｃｒｅａｔｅｌｙ，ａｎｄ　ｓｏｍｅ　ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｄｅｆｅｃｔ　ｔｒｅａｔｍｅｎｔ　ｏｆ　ｔｕｎｎｅｌｓ　ａｒｅ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ　ｔｏｏ．　Ｔｈｅｓｅ　ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅｓ　ｗｉｌｌ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｔｈｅ　ｒｅｆｅｆｅｎｃｅ　ｔｏ　ｏｔｈｅｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｔｕｎｎｅｌ　ｐｒｏｊｅｃｔ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ＴＢＭ；ｄｅｆｅｃｔ；ｄｅａｌｉｎｇ　ｍｅａｓｕｒｅ　・１２・