水力発電所放水トンネルにおけるコンクリートひび割れの処置および予防措置

水力発電所の洪水放水トンネルにおけるコンクリートひび割れの修復および予防措置

1.1 蒙江流域双河口水力発電所の洪水放流トンネルプロジェクトの概要
貴州省蒙江流域の双河口水力発電所の洪水放流トンネルは城門の形状を採用している。トンネル全体の長さは528mで、入口と出口の床面標高はそれぞれ536.65mと494.2mである。その中で、双河口水力発電所の最初の貯水後、現地調査の結果、貯水池の水位が洪水トンネルのプラグアーチの頂部標高よりも高い場合、長頭傾斜立坑の底板の施工継手とコンクリートコールドジョイントから水が浸透し、その浸透量は貯水池の水位の上昇に伴って増加し続けることが判明した。同時に、長荘傾斜立坑区間の側壁コンクリートコールドジョイントと施工継手からも水が浸透している。関係者による調査と研究の結果、これらの箇所における水の浸透の主な原因は、トンネル内の岩盤の地質条件の悪さ、施工継手の不適切な処理、コンクリート打設工程中のコールドジョイントの発生、および斗迅トンネルプラグの不十分な固化とグラウト注入にあることが判明した。賈らは、このため、浸透箇所への化学グラウト注入法を提案し、浸透を効果的に抑制し、ひび割れを修復した。
​​
1.2 蒙江流域双河口水力発電所の洪水放流トンネルにおける亀裂の処理
瀘定水力発電所の洪水放水トンネルの浸食された部分はすべてHFC40コンクリートでできており、水力発電所のダム建設によって生じたひび割れのほとんどがここに分布しています。統計によると、ひび割れは主にダムの0+180～0+600セクションに集中しています。ひび割れの主な位置は底板から1～7mの距離にある側壁で、ほとんどのひび割れの幅は約0.1mmで、特に各倉庫の中央部分の分布が最も多くなっています。その中で、ひび割れの発生角度と水平角度は45以上で、形状はひび割れて不規則で、水漏れを起こしたひび割れは通常少量の水漏れがあり、ほとんどのひび割れは接合面が濡れているだけでコンクリート表面に水跡が現れますが、明らかな水漏れ跡はほとんどありません。わずかな流水の痕跡はほとんどありません。ひび割れの発生時期を観察すると、初期段階ではコンクリート打設後24時間で型枠を取り外した時点でひび割れが発生し、その後、型枠取り外し後約7日で徐々にピークに達し、脱型後15～20日後までゆっくりと進行することがわかった。

2. 水力発電所の放水トンネルにおけるコンクリートひび割れの処理と効果的な予防
2.1 双河口水力発電所放水路トンネルの化学グラウト工法
2.1.1 材料の概要、特性および構成
化学スラリーの材料は、PCI-CW高浸透性変性エポキシ樹脂です。この材料は高い凝集力を持ち、室温で硬化可能で、硬化後の収縮が少なく、同時に高い機械的強度と安定した耐熱性を備えているため、優れた止水・漏水防止効果を発揮します。この種の補強グラウト材は、水利事業の補修・補強に広く使用されています。さらに、この材料は、施工が簡単で、優れた環境保護性能を持ち、環境汚染がないという利点も備えています。
​​
2.1.2 建設手順
まず、継ぎ目を探して穴を開けます。放水路に見つかったひび割れを高圧水で洗浄し、コンクリート基礎面を裏返して、ひび割れの原因と方向を確認します。そして、スリット穴と傾斜穴を組み合わせた方法で穴あけを行います。傾斜穴の穴あけが完了したら、高圧空気と高圧水銃を使用して穴とひび割れを確認し、ひび割れのサイズに関するデータ収集を完了する必要があります。
次に、布​​穴、シーリング穴、シーリング継ぎ目。再度、高圧空気を使用して施工するグラウト穴を清掃し、溝の底と穴の壁に堆積した沈殿物を取り除き、グラウト穴ブロッカーを取り付けてパイプ穴にマーキングします。グラウト穴と通気孔の識別。グラウト穴を配置した後、PSI-130 速乾性充填剤を使用して空洞を密閉し、エポキシセメントを使用して空洞の密閉をさらに強化します。開口部を閉じた後、コンクリートのひび割れの方向に沿って幅 2cm、深さ 2cm の溝をノミで削る必要があります。ノミで削った溝と逆流圧力水を清掃した後、速乾性充填剤を使用して溝を密閉します。
埋設管の換気を確認した後、再度グラウト注入作業を開始します。グラウト注入中は、まず奇数番目の斜め孔を充填し、孔の数は実際の施工工程の長さに応じて配置します。グラウト注入時には、隣接する孔のグラウト注入状況を十分に考慮する必要があります。隣接する孔にグラウト注入が完了したら、グラウト注入孔内の水をすべて排出し、グラウト注入管に接続してグラウト注入を行います。上記の方法に従って、各孔は上から下、下から上へとグラウト注入されます。
水力発電所の洪水放水トンネルにおけるコンクリートひび割れの修復および予防措置
最後に、グラウト注入終了基準について説明します。放水路のコンクリートひび割れに対する化学グラウト注入の圧力基準は、設計で定められた標準値です。一般的に、最大注入圧力は1.5MPa以下である必要があります。注入終了の判定は、注入量と注入圧力の大きさに基づいて行われます。基本的な要件は、注入圧力が最大に達した後、グラウトが30mm以内の穴に流入しなくなることです。この時点で、配管の結束とスラリーの閉鎖作業を行うことができます。
瀘定水力発電所放水トンネルの亀裂の原因と対策
2.2.1 瀘定水力発電所放水トンネルの洪水原因分析
第一に、原材料の適合性と安定性が低い。第二に、配合比におけるセメント量が多いため、コンクリートの水和熱が過剰に発生する。第二に、河川流域の岩石骨材の熱膨張係数が大きいため、温度変化時に骨材やいわゆる凝集材がずれる。第三に、HFコンクリートは施工技術の要求が高く、施工工程での習得が難しく、振動時間と方法の制御が基準要件を満たせない。加えて、瀘定水力発電所の放水トンネルが貫通しているため、強い気流が発生し、トンネル内部の温度が低くなり、コンクリートと外部環境との間に大きな温度差が生じる。
​​
2.2.2 洪水排水トンネルの亀裂に対する処置および予防措置
（１）トンネル内の換気を減らし、コンクリートの温度を保護し、コンクリートと外部環境との温度差を減らすために、漏水トンネルの出口に曲​​げフレームを設置し、キャンバスカーテンを吊るすことができる。
（２）強度要件を満たすことを前提として、コンクリートの配合を調整し、セメント量をできるだけ減らし、同時にフライアッシュ量を増やすことで、コンクリートの水和熱を減らし、コンクリートの内部と外部の温度差を減らす。
（３）コンピュータを使用して添加する水の量を制御して、コンクリートの混合工程における水セメント比を厳密に管理する。混合中は、原料出口の温度を下げるために、比較的低い温度を採用する必要があることに留意すべきである。夏季にコンクリートを輸送する場合は、輸送中のコンクリートの発熱を効果的に低減するために、適切な断熱および冷却対策を講じる必要がある。
（４）施工工程では振動工程を厳密に管理する必要があり、直径１００mmと７０mmのフレキシブルシャフト振動棒を使用することで振動作業を強化する。
（５）コンクリートが倉庫に入る速度を厳密に制御し、上昇速度が0.8m/h以下になるようにする。
（６）コンクリート型枠の撤去時間を元の時間の１倍、すなわち２４時間から４８時間に延長する。
（７）型枠を解体した後、専門の担当者を派遣して、コンクリート工事のスプレーメンテナンス作業を適時に実施する。メンテナンス用水は２０℃以上の温水とし、コンクリート表面を湿った状態に保つ。
（８）温度計をコンクリート倉庫に埋め込み、コンクリート内部の温度を監視し、コンクリートの温度変化とひび割れ発生の関係を効果的に分析する。
​​
双河口水力発電所放水トンネルと瀘定水力発電所放水トンネルのひび割れの原因と対策を分析した結果、前者は地質条件の悪さ、施工継手の不適切な処理、コンクリート打設時のコールドジョイントやドゥシュン空洞が原因であることが分かった。放水トンネルのひび割れは、プラグの固めとグラウト注入の不備が原因であり、高透水性改質エポキシ樹脂材料を用いた化学グラウト注入によって効果的に抑制できる。後者のひび割れは、コンクリートの水和による過剰な熱が原因であり、セメント量を適切に減らし、ポリカルボン酸系高性能減水剤とC9035コンクリート材料を使用することで、ひび割れを効果的に防止し、対策することができる。