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          管道研究

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          西氣東輸二線東江水下穿越隧道本體結構檢測與評價分析

          來源:《管道保護》2023年第2期 作者:柳雄 云少闖 吳磊 吳必章 時間:2023-4-25 閱讀:

          柳雄1 云少闖1 吳磊1 吳必章2

          1. 國家管網集團西氣東輸武漢輸氣分公司; 2.川氣東送天然氣管道有限公司 

           

          摘要:通過對西氣東輸二線東江水下穿越隧道本體結構現場檢測,取得隧道襯砌混凝土厚度及背后病害、襯砌裂紋深度、襯砌混凝土強度、凈空斷面、混凝土碳化深度、滲漏水水質等檢測結果,依據國內隧道檢測技術規范與評價標準綜合分析和評價,判斷隧道本體結構質量狀況,為制定維護檢修方案提供決策依據,對管道江河穿越工程設計和運行管理具有參考作用。

          關鍵詞:西氣東輸二線;水下隧道本體結構檢測;沖擊映像法;地質雷達法

           

          當前國內輸氣管道通過江河的方式主要有:高架跨越、頂管穿越、定向鉆穿越、水下隧道穿越和溝埋敷設穿越等。水下隧道結構在長期運營過程中因發生物理、化學反應,導致隧道襯砌、鋼筋被侵蝕破壞。同時,地下水長期滲流導致泥沙大量流失,降低了圍巖的穩定性和強度,隧道襯砌背后發生病害,嚴重時威脅管道安全運行,有必要定期對水封隧道質量狀況進行全面檢測。本文以西氣東輸二線東江水下隧道穿越工程為例,對隧道本體結構檢測結果進行分析評價,及時發現安全隱患,提高管道運行的安全性。

          1  東江水下隧道現狀

          1.1  隧道概況

          東江水下隧道長1826米,于2012年竣工投產。穿越北岸(進口)位于廣東省惠州市龍溪鎮,南岸(出口)位于惠州市潼湖鎮。隧道內自然充水保護,進出口設洞門,洞口采用厚約3 m~5 m的覆土保護。隧道采用“斜井+平洞+斜井”結構[1],其中,北岸斜井長310.2 m、坡度24.6°,平洞長度1061.2 m,南岸斜井長454.7 m、坡度23.34°。斜井和平洞斷面均為直墻圓弧形(3 m×3 m),斜井與平洞之間為馬頭門,底部設排水倉。

          1.2  隧道現狀

          打開隧道洞口,經45天連續抽排水作業,底板仍存在部分積水無法排盡,F場勘查發現,隧道底板被混凝土骨料大范圍覆蓋;襯砌多處裂縫,且有滲水、出砂、出泥以及泌鈣析出等現象,部分襯砌已破裂,出現露筋;襯砌拼接處,幾處排水口出水量較大,導致抽水進度遲緩;南、北斜巷段的底板和支墩底部由于被水長期沖蝕,部分區域已出現露筋,支墩底部不同程度被沖蝕;隧道拱頂存在多處修補區域,且其周圍已出現裂縫和滲水,如圖 1所示。



          圖 1 東江水下隧道破損現狀

          2  隧道本體結構檢測

          2.1  檢測內容和方法

          依據Q/GGWXQ 290―2021《油氣管道隧道穿越段全面檢測技術規范》第7章“隧道及附屬結構全面檢測”要求,本次主要檢測內容和采用方法如下。

          (1)現場詳細踏勘隧道本體結構現狀,確定具備檢測條件的區域,區分測點、測線、斷面布置。

          (2)采用地質雷達法檢測隧道襯砌鋼筋分布、混凝土厚度及其背后病害(疏松、脫空),在隧道左右邊墻、底板、拱腰和拱頂分別布置測線進行探查。

          (3)底板積水區域使用沖擊映像法(PHALANX密集陣病害掃描技術)檢測襯砌混凝土厚度及其背后病害(疏松、脫空)分布,以及底板厚度和底板下病害(疏松、脫空)等。

          (4)采用回彈法無損檢測隧道襯砌混凝土強度,采用試劑法檢測混凝土碳化深度。

          (5)通過目測、拍照,采用裂縫寬度測量儀、超聲波法和鉆孔取芯法對隧道襯砌、支墩、錨固墩混凝土裂縫及露筋進行檢測。

          (6)采用激光斷面檢測系統對隧道襯砌凈空斷面進行檢測,采用全站儀對隧底中心高程和支墩、錨固墩進行定位測量。

          (7)采用鋼筋位置測定儀檢測鋼筋保護層厚度。

          (8)通過目測、拍照方式調查隧道滲水情況、斜井洞口以及附屬設施安全狀況;隧道內取水樣檢測滲水水質。

          (9)綜合評價隧道襯砌脫空、混凝土強度、隧道結構安全性能。

          (10)出具檢測評價報告并提出需修復的缺陷點位置及維修保養建議。

          隧道本體結構檢測路線如圖 2所示。


          圖 2 東江水下穿越隧道本體結構檢測路線框圖

          2.2  檢測結果

          (1)地質雷達法完成左側墻、左拱腰、拱頂、右拱腰、右側墻5條測線(1826 m/條)和500 m底板非積水區共計10 956 m襯砌檢測,襯砌與圍巖接觸[2]異常(疏松、脫空)77處。由于竣工資料缺失,檢測數據無法與竣工數據對比分析。

          (2)隧道北岸斜巷段里程K1+520 m~ K1+790 m、南岸斜巷段里程K0+240 m~K0+445 m與平巷段里程K0+446 m~K1+521 m(南岸進洞口起點里程為0+000)底板受水流影響區域,沖擊映像法檢測底板下病害(疏松、剝離、脫空)異常102處。其中K0+340 m~K0+445 m和K1+441 m~K1+521 m兩處,檢測結果顯示底板混凝土質量均較差,前者大部分區域已剝離、部分區域出現脫空,后者底板整體出現疏松和脫空狀態,缺陷斷面檢測結果分別如圖 3、圖 4所示。


          圖 3 K0+340 m~ K0+445 m底板檢測結果

          圖 4 K1+441 m~ K1+521 m底板檢測結果

          (3)利用回彈法檢測隧道14個斷面共計70個測區,襯砌混凝土強度最小值4.5 MPa、最大值30.8 MPa。試劑法檢測混凝土碳化深度均值為1.14 mm。結果表明部分襯砌混凝土強度不足。

          (4)檢測發現315處襯砌裂縫(包含環向、橫向、縱向),平均寬度0.68 mm、平均深度307.8 mm。斜巷段多為環向裂縫、平巷段多為縱向裂縫,大部分裂縫充滿填充物,部分裂縫出現滲水、滲泥等現象。

          (5)激光斷面檢測系統檢測37個凈空斷面,以工程設計斷面作為標準斷面,發現6個存在輕微變形,結果如表 1所示。

          表 1 東江水下隧道凈空斷面檢測結果匯總表


          (6)全站儀檢測37個凈空斷面中心高程和支墩、錨固墩定位;以南岸進洞口外布設的基準點向洞內布設水準路線,由洞口向隧道內測量20個點,對隧底中心高程測量結果(圖 5)表明,隧道中心線未發現明顯的變形變位。檢測支墩和錨固墩,未發現明顯位移;部分支墩和錨固墩底部存在沖蝕現象且混凝土強度偏低,其中斜巷段的支墩和錨固墩底部四周沖蝕較為嚴重。


          圖 5 東江水下隧道隧底中心高程測量結果

          (7)目測法檢測46個凈空斷面露筋情況,每個斷面布置5條測線,每條測線上測點間距為20 cm。測得鋼筋保護層最大厚度95 mm,最小厚度11 mm,F場目測部分里程段鋼筋保護層混凝土剝離,出現結構露筋、銹蝕等現象。

          (8)隧道共發現49處滲水點,部分拱頂滲漏水嚴重,每處滲水量達60~100 L/min。水樣及淤泥中腐蝕性因子檢測結果如表 2所示,顯示所有腐蝕性因子腐蝕等級均為微弱。

          表 2 東江水下隧道滲漏水中腐蝕性因子檢測結果


          2.3  分析評價

          Q/GGWXQ 290―2021第9.1節將隧道結構按照完好(I)、良好(II)、合格(III)、不合格(IV)和危險(V)分為五級。I~III可常規保養或者小修,IV和V應進一步評估后修復。根據本次檢測結果,東江水下隧道結構評價結果如表 3所示。最終隧道總體狀況評定為III級,判斷目前東江水下隧道為合格狀態。

          表 3 東江水下隧道本體結構評價結果


          3  結論與建議

          (1)東江水下隧道本體結構合格,不需要立刻處理。但今后管道運行中需要密切關注穿越隧道的滲漏水以及由此引起的襯砌脫空病害的發展。

          (2)針對部分襯砌嚴重脫空區域,建議選取適當工藝修復,以增強隧道安全性能。

          (3)隧道存在較為嚴重的漏水病害,表現為襯砌與圍巖連接處存在脫空異常,建議進行加固和密封處理。

           

          參考文獻:

          [1]胡文君,陳海鵬,馬紅,等.管道隧道Ⅵ級圍巖試驗段支護結構的穩定性分析—以“西氣東輸”二線東江水下隧道為例[J]. 天然氣工業,2012(01):85-89.

          [2]孫勇,王武斌.油氣管道穿越工程隧道襯砌質量檢測技術[J]. 四川建筑,2013(01):159-161.

           

          作者簡介:柳雄,1986年生,工程師,主要從事工程項目管理、油氣管道保護、管道完整性管理等工作。聯系方式:13477711311,376547840@qq.com。

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