张超伟
（南水北调中线干线工程建设管理局天津分局，天津 300134）
摘要：南水北调天津干线工程是南水北调中线一期工程的重要组成部分，是解决天津市水资源紧缺、保证国民经济可持续发展的重要战略性工程。目前整体运行状态良好，基本处于安全状态下。但在变形缝部位也出现了多处渗水的情况，在现场进行紧急处理，得到一定效果。然而，渗水现象仍时有发生，因此需要针对箱涵渗漏这一问题提出专业的堵漏方案，初步确定采用灌浆堵漏的方式对渗漏点位进行处理。
关键词：
1工程概况
天津干线工程是南水北调中线一期工程的重要组成部分，是解决天津市水资源紧缺、保证国民经济可持续发展的重要战略性工程。天津干线西起河北省保定市徐水县西黑山村，东至天津市外环河，途经河北省保定市的徐水、容城、雄县、白沟，廊坊市的固安、霸州、永清、安次和天津市的武清、北辰、西青，共 11 个区县，全长 155.352km。输水流量变化范围大，线路长，沿线分水口门多，终点泵站前池水位又有一定的变幅，干线可能的运行调度情况比较多，运用条件复杂。因此，确保天津干线箱涵安全，确保向天津市安全供水，在政治上和经济上至关重要。
2工程问题解决研究现状
工程中针对箱涵渗漏的问题进行注浆，注浆是指采用物理或化学方法，将不同的材料配成浆液，然后通过注浆设备注入裂隙或孔隙，待浆液凝固后形成的复合体可以起到加固止水的作用。其中注浆材料，注浆工艺的选取以及注浆理论的完善对注浆的效果有重要的影响，尤其是注浆材料的选取对注浆后土体性能的改善起着至关重要的作用。通过试验研究水泥复合浆液的的水灰比和注浆压力与浆液的扩散范围及浆液结石体抗压强度之间的关系，得出注浆压力对浆液的扩散范围的影响最为显著，并通过对比不同的浆液配比下，浆液的析水率、粘度和无侧限抗压强度的不同，最终得出了混合浆液的最佳配比。
3 模拟软件简述
FLAC3D 是二维的有限差分程序 FLAC2D 的拓展，能够进行土质、岩石和其它材料的三维结构受力特性模拟和塑性流动分析。通过调整三维网格中的多面体单元来拟合实际的结构。单元材料可采用线性或非线性本构模型，在外力作用下，当材料发生屈服流动后，网格能够相应发生变形和移动（大变形模式）。FLAC3D 采用了显式拉格朗日算法和混合-离散分区技术，能够非常准确地模拟材料的塑性破坏和流动。由于无须形成刚度矩阵，因此，基于较小内存空间就能够求解大范围的三维问题。
4 模拟工作内容
（1）钢筋混凝土箱涵的受力分析
对与橡胶带连接的箱涵部分，在箱涵不同的三个位置进行箱涵破坏后的渗漏模拟，模拟的主要内容包括箱涵产生渗漏后的外漏流线，以及进行注浆时浆体注浆流线，分析注浆过程对箱涵受力的影响，对渗漏过程和注浆过程进行说明，综合比较确定注浆对箱涵受力影响，进而确定对箱涵进行考虑时的最大注浆压力。箱涵变形缝化学灌浆压力关键控制研究
（2）箱涵的橡胶止水带受力分析
将箱涵部分模型单独考虑，这个时候考虑箱涵中的橡胶止水带，通过建立相应的模型，将箱涵的橡胶止水带置于最不利的受力情况下进行考虑，进而得出止水带在箱涵中可承受注浆压力的最大值，这部分内容主要包括注浆模拟时橡胶止水带的受力，要看达到止水带最大值时候的最大注浆压力值。
（3）箱涵的底部混凝土垫层受力分析
本标题研究内容中包化学注浆时注浆压力对地基的研究，但化学注浆的主要作用是针对箱涵的渗漏点进行堵漏，并非直接作用于地基，因此对地基本身的影响可以忽略不计。然而注浆过程中，注浆压力会作用在与地基相连的垫层上，若垫层在注浆压力下发生破坏，会对箱涵正常运行造成一定的影响。因此将对地基的研究主要转化为对箱涵底部混凝土垫层的受力分析。对与橡胶带连接的箱涵部分，将钢筋混凝土箱涵底部的混凝土垫层进行考虑。此时考虑到混凝土垫层处于最底部受力，处于最不利的受力状态，将注浆过程简化，在该过程中主要是考虑混凝土垫层的受力，比较分析并得出当混凝土垫层达到混凝土垫层最大应力时候的控制注浆压力值。
5 混凝土箱涵受力性能研究
对箱涵进行注浆模拟时，需要对箱涵内部界面构造进行说明，以明确结构各连接部位之间的位置及联系。箱涵垫层位于模型最底部，箱涵的混凝土垫层为10cm，相对于整体箱涵厚度而言较薄；橡胶止水带位于箱涵混凝土中间，橡胶止水带厚度为 1cm，与箱涵混凝土截面一同将过水断面包裹，形成密封的不透水层，为箱涵输水提供必要保障。对箱涵进行注浆模拟时，主要对注浆位置、注浆压力、注浆方式等进行考虑。本节对箱涵底板渗漏，箱涵侧边渗漏，箱涵顶板渗漏进箱涵变形缝化学灌浆压力关键控制研究行渗漏模拟和注浆模拟，在不同的位置进行注浆模拟，变化注浆的压力，观察注浆对混凝土箱涵受力的影响。
6 侧板不同注浆压力下箱涵结构受力分析
为研究结构受力，还需要对注浆条件下箱涵的受力情况进行模拟分析，以确定在该注浆压力下，箱涵是否能够保持本身的完整性，是否会因注浆而导致压力过大，产生某些对箱涵安全较大破坏的情况。因此在注浆情况下，对箱涵受力进行分析。如下所示：
在以上的边界条件及渗漏条件下，当在箱涵右侧边，渗漏点上方0.36m 位置进行注浆是，当注浆压力达到 7.5MPa 时，箱涵的受力分箱涵变形缝化学灌浆压力关键控制研究布情况如图所示。如下图，在箱涵注浆部位，箱涵受力最大，箱涵由此产生的最大应力为 0.92MPa，最大应力位置处在注浆位置和渗漏点位之间，在箱涵右侧呈现红色的部位代表箱涵承受的最大拉应力。由图可见，主要在注浆位置产生较大应力，在箱涵的其它部位产生的应力相对较小。
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可见，当注浆产生一定压力时，箱涵由于注浆压力和渗漏水压的共同作用，在相应位置出现最大应力，当应力值达到一定范围后，由于注浆产生的这种应力是不利于箱涵的正常使用的。因此，为防止箱涵产生过大应力，需要对注浆压力在压力值上给出控制值。为达到该目的，将注浆压力不断提升，通过反复地迭代试算，得出达到箱涵混凝土抗拉强度标准值时的注浆压力。
7 注浆模拟所得建议及方法局限
根据上述注浆试验的模拟结果，在顶板进行注浆时，建议在渗漏点两侧进行两点注浆，注浆压力宜控制在 4～8MPa；在侧板进行注浆时，建议在渗漏点靠上一侧进行单点注浆，注浆压力宜控制在 8～2MPa；在底板进行注浆时，建议在渗漏点周围多个点位进行多点注浆，注浆压力宜控制在 3～5MPa。建议在实际工程应用中，需要针对实际注浆过程时刻关注注浆进展情况，针对不同的现场实际情况进行有效的条件更改。
8 结语
通过上的模拟可知，若将泡沫板的抗拉强度指标(≥1.2MPa)箱涵变形缝化学灌浆压力关键控制研究和压缩试验(≥0.35MPa)指标的最低值作为泡沫板可正常工作的性能指标，由于直接将注浆压力作用在泡沫板上，注浆压力至少应大于渗漏水压，渗漏水压又大于泡沫板的性能指标，可见在任何一种模拟情况下，在模拟计算中泡沫板结构都有所损伤，因此直接泡沫板基本上都破坏，不能直接进行封堵注浆。推荐在正常进行注浆时，需要运用橡胶条、无纺布、水不漏等材料进行协助注浆补漏，以保证注浆成功。
参考文献：
〔1〕《拉伸强度试验》GB 6344-1963；
〔2〕《水工混凝土试验规程》SL352-2006
〔3〕《塑性悬臂量冲击方案》GB1843-1996
作者简介：
张超伟，（1979-），男，河北省藁城市人，高级工程师，主要从事水利工程管理工作