§ 4.3. Гидроизоляция тоннелей и других подземных выработок (ч. 2)

Гидротехнические тоннели. Эти тоннели нуждаются в особо надежной гидроизоляции, так как она подвергается еще и воздействию напора воды изнутри скоростного потока. Кроме того, требуется ее высокая трещиноустойчивость в деформируемых грунтах.

На более ранних сооружениях облицовку из армированного бетона покрывали, как правило, гидроизоляцией из торкрета, иногда по сетке [39], но такие покрытия оказывались недостаточно трещиноустойчивыми; например, на некоторых тоннелях были зарегистрированы следующие удельные (на 1 м2 облицовки и 1 м напора) фильтрационные расходы (л/с):

Напорный тоннель ДзораГЭС (Грузия) 0,84
Храмской ГЭС (Грузия) 0,037
Отводящий тоннель ГЭС Гизельдон (Грузия) 0,035
Севанской ГЭС (Армения) 0,16
Опытный штрек отводящего тоннеля Храмской ГЭС 0,10
Напорный тоннель ГЭС Амстэ (Швейцария) 0,06
Штольня № 7 этого тоннеля 0,17
Напорный тоннель ГЭС Барбарине (Швейцария) 1,0
 

Как видим, фильтрация через такие облицовки недопустимо велика, в связи с чем во всех случаях пришлось провести дорогие цементационные работы. Поэтому тоннели чаще всего защищают оклеечной гидроизоляцией.

Гидроизоляция из рулонных материалов требует устройства многослойной облицовки (рис. 4.13), причем внешняя железобетонная рубашка выполняется из условия восприятия горного давления, а внутренняя — гидростатического напора (рис. 4.13, а и б), поскольку оклеечная гидроизоляция сама не воспринимает отрывающий напор, а передает его на внутреннюю облицовку.

Способы гидроизоляции гидротехнических тоннелей
Рис. 4.13. Способы гидроизоляции гидротехнических тоннелей
а — напорный тоннель; б — безнапорный Тоннель; в — внутренние подземные галерей
1 — наружная железобетонная облицовка; 2 — цементная Штукатурка; 3 — оклеечная гидроизоляция из трех-четырех слоев рулонного материала; 4 — внутренняя железобетонная облицовка; 5 — металлическая обшивка; 6 — герметизация асфальтовой мастикой; 7 — холодная асфальтовая гидроизоляция, работающая на отрыв; 8 — разгрузочные дренажные трубки

Рассмотрим пример неправильного решения данной проблемы. На построенном в 1937—1938 гг. напорном тоннеле ДзораГЭС с железобетонной облицовкой внутренним диаметром 2,3 м, рассчитанной на восприятие внешнего напора 32,5 м, в 1940 г. было отмечено раскрытие швов и трещин на 3—4 мм, которое усугубилось в 1941 г. смещением отдельных секций на 2 мм со средней скоростью 6,4×10–9 см/с, в результате чего фильтрационный расход из тоннеля достиг 10 м3/с и потребовался ремонт. С этой целью частично была выполнена металлическая обшивка, а частично — оклеечная гидроизоляция из четырех слоев рулонного материала, наклеенного на битуме БН 70/30; она усилена поверхностной окраской асфальтовой горячей мастикой АМ-40, причем внутри тоннеля оклеечная гидроизоляция была защищена торкретом по сетке, которая, конечно, не могла воспринять внешнее гидростатическое давление свыше 30 м, поэтому даже после столь сложного ремонта удельный фильтрационный расход все же составил 0,025 л/с («Гидротехническое строительство», 1952, № 5). Учитывая этот неудачный опыт, на напорном тоннеле Алма-Атинской ГЭС, где после землетрясения образовались трещины, изнутри была устроена оклеечная гидроизоляция и защищена мощной железобетонной рубашкой, рассчитанной на восприятие внешнего давления воды.

Другим примером, свидетельствующим о необходимости тщательного проектирования и выполнения гидроизоляции тоннелей, может служить опыт эксплуатации деривационных галерей Мингечаурской ГЭС (рис. 4.14). Напорные трубопроводы станции прокладывались в специальных подземных галереях сечением 7,5×7,5 м, объединяющих все шесть трубопроводов в виде монолитного железобетонного массива, проложенного в мягких лёссовых грунтах берега под намывным телом грунтовой плотины (рис. 4.14, а). Такое расположение галерей потребовало разрезки их частыми деформационными швами, а расчетный напор до 63 м — усиленной гидроизоляции и уплотнения швов сооружения, тем более, что ожидались значительные и неравномерные во времени осадки, которые могли вызвать деформации в швах со скоростью до 10–5 см/с.

Гидроизоляция деривационных галерей Мингечаурской ГЭС
Рис. 4.14. Гидроизоляция деривационных галерей Мингечаурской ГЭС (1952 г.)
а — разрез по оси галерей; б — поперечный разрез; в — уплотнение деформационного шва
1 — оклеечная гидроизоляция из асфальтовых армированных матов; 2 — защитная цементная штукатурка; 3 — асфальтовая шпонка; 4 — заполнение шва плитами из литого асфальта; 5 — бетонная подготовка

По предложению ВНИИГа, была запроектирована сложная система автоматических шпонок, обеспечивающих надежное уплотнение швов путем нагнетания в полости шпонок специально подобранной легкоподвижной мастики (40 % битума БН 90/30 и 60 % минерального порошка). К сожалению, при строительстве галерей некоторые автоматические шпонки (рис. 4.14, в) были заполнены нагнетаемым цементным раствором, который при осадках секций водоводов постоянно растрескивался и вызывал интенсивные течи, а в четвертом шве даже привел к выносу 75 м3 грунта из тела плотины, что требовало постоянного ремонта швов путем нагнетания цементного раствора в местах протечек. Наружная гидроизоляция галерей состояла из асфальтовых армированных матов толщиной 5—6 мм, наклеенных в два слоя и защищенных стяжкой из цементного раствора (рис. 4.14, б); она работала вполне удовлетворительно, однако из-за ее сложности и многодельности на последующих стройках от нее пришлось отказаться.

В теле плотины Нурекской ГЭС высотой до 300 м проложены смотровые и цементационные галереи, подвергающиеся действию напора воды до 300 м, давлению грунта до 6 МПа и значительным деформациям при неравномерных осадках тела плотины (рис. 4.15). Здесь, по предложению НИС Гидропроекта, была применена армированная эпоксидная гидроизоляция (рис. 4.15, а) из эпоксидно-каменноугольных композиций, технико-экономические характеристики которых приведены в табл. 4.3. Как видим, в данном случае эпоксидная окрасочная гидроизоляция по стоимости и трудоемкости превосходит асфальтовую, что объясняется весьма необычными условиями эксплуатации: высоким напором воды (до 300 м), давлением грунта на гидроизоляционное покрытие до 6 МПа при сдвигающем напряжении до 1 МПа, а также возможным раскрытием трещин и швов до 2 мм («Гидротехническое строительство», 1979, № 3). В таких условиях эпоксидная гидроизоляция может быть заменена лишь стальной обшивкой, стоимость которой при этом достигает 30 руб./м2.

Эпоксидная окрасочная гидроизоляция подземных галерей
Рис. 4.15. Эпоксидная окрасочная гидроизоляция подземных галерей (Гидропроект, 1978 г.)
а — подземные галереи в теле плотины Нурекской ГЭС; б — донные водоспуски плотины Костешты-Стынка в Румынии
1 — эпоксидно-каменноугольная окраска, армированная двумя слоями стеклоткани; 2 — неармированное окрасочное эпоксидно-каменноугольное покрытие