變電站電纜隧道維修加固方案的探討

車建濤，王旭澤，王蓉蓉，漸明柱，鄭 研

（1.國網(wǎng)大連供電公司，遼寧 大連 116011；2.中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300133）

變電站電纜隧道維修加固方案的探討

車建濤1，王旭澤1，王蓉蓉2，漸明柱2，鄭 研1

（1.國網(wǎng)大連供電公司，遼寧 大連 116011；2.中鐵隧道勘測設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300133）

通過對(duì)大連220kV華昌變電站電纜隧道出現(xiàn)滲漏水及底板隆起現(xiàn)象進(jìn)行調(diào)查、分析后，提出了更換底板和破除底板后套襯的維修加固方案。實(shí)踐證明，兩種方案都是可行的，可為同類的隧道病害整治提供參考。

電纜隧道；維修加固；底板鑿除；套襯；電纜移位

電纜隧道作為電纜敷設(shè)的一種形式，具有容量大、方便檢修維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因此在電網(wǎng)建設(shè)中被越來越多應(yīng)用到實(shí)際工程。在隧道建成投運(yùn)后，隨著時(shí)間的推移，隧道出現(xiàn)影響正常運(yùn)行檢修或結(jié)構(gòu)安全等病害，如何治理電纜隧道病害是亟待解決的問題。許多學(xué)者對(duì)鐵路、公路等隧道病害已經(jīng)做了深入研究，有許多工程經(jīng)驗(yàn)可以參考［1－3］。大連華昌變電站電纜隧道具有周邊環(huán)境復(fù)雜、空間狹小、施工過程中需要電纜帶電運(yùn)行等特點(diǎn)，是以往類似隧道整治工程中比較少見的。本文提出該電纜隧道的整治方案，為同類隧道病害整治提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

1 工程概況及病害調(diào)查

經(jīng)過10多年的運(yùn)行使用，大連華昌變電站電纜隧道出現(xiàn)了嚴(yán)重的底鼓、襯砌裂縫等病害，經(jīng)過檢測和分析后決定在隧道局部病害嚴(yán)重段（約250 m處）采用底板鉆孔注漿后鑿除更換的整治方案，施工完成后發(fā)現(xiàn)更換底板段整治效果較好，但未更換底板段有病害加重趨勢，存在嚴(yán)重的安全隱患。因此，為徹底解決隧道的病害問題，隧道進(jìn)行了第2次維修整治，隧道全線采用電纜臨時(shí)移位、底板鉆孔注漿后鑿除、加設(shè)鋼筋混凝土內(nèi)襯的整治方案。目前該工程已竣工，隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，電纜運(yùn)行正常，整治效果較好，較徹底地解決了隧道的病害問題。

1.1 工程概況

大連華昌變電站電纜隧道全長1 560 m，于2002年投資修建，2004年6月投入運(yùn)行，主要用于送電電纜敷設(shè)。隧道標(biāo)準(zhǔn)斷面凈寬2.0 m，凈高2.3 m，采用鉆爆法施工，拱、墻采用單層250 mm厚C20噴射混凝土襯砌，底板采用400 mm，厚C20現(xiàn)澆混凝土襯砌。隧道拱頂覆土厚度5～14 m，沿線穿越溝谷、坡地，洞身為素填土、強(qiáng)－中風(fēng)化板巖，地質(zhì)條件復(fù)雜。其斷面形式如圖1所示。

自運(yùn)行以來，隧道襯砌多處出現(xiàn)裂縫、滲漏水、底板隆起、斷裂嚴(yán)重，危害隧道內(nèi)電纜安全。

1.2 病害調(diào)查［4］

a.底板隆起

隧道多段底板嚴(yán)重起鼓變形，人行道板斷裂。病害影響電纜隧道的正常使用，并影響結(jié)構(gòu)的安全性，如圖2所示。

圖1 整治前隧道斷面

圖2 底板病害

b.隧道混凝土襯砌層內(nèi)普遍存在疏松離析情況，襯砌層實(shí)際有效厚度普遍低于設(shè)計(jì)值，內(nèi)部配筋無法得到混凝土的有效保護(hù)，嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，如圖3所示。

c.現(xiàn)場采用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)電力隧道進(jìn)行支護(hù)檢測，沿隧道軸線方向在右拱腰（1.8 m）、左拱腰（1.8 m）、拱頂、仰拱共布置4條測線。根據(jù)檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)，隧道拱頂處有4處背后空洞、11處不密實(shí)；左拱腰處有8處不密實(shí)；右拱腰處有1處背后空洞、12處不密實(shí)；底板處有15處背后空洞、24處不密實(shí)。

圖3 底板疏松

d.隧道2004年6月竣工，為直墻式單層襯砌結(jié)構(gòu)，采用噴混凝土支護(hù)，故裂縫、漏水采用人工目測分格素描的方法進(jìn)行檢查。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，襯砌裂縫多，滲漏水嚴(yán)重，病害情況詳見表1、圖4。

表1 隧道裂縫、滲漏水統(tǒng)計(jì)

圖4 裂縫檢測

由于地下水量大，水泵故障多，長期處于積水狀態(tài)，部分地段隧道被全部淹沒，隧道的2個(gè)最低點(diǎn)的集水坑需要全天24 h不間斷抽水，嚴(yán)重影響隧道的正常運(yùn)營和日常檢修維護(hù)，如圖5所示。

圖5 隧道內(nèi)存有積水

2 第1次病害整治

隧道主要病害為隧道底板隆起，最大隆起達(dá)13 cm，隧道底板已產(chǎn)生受力破壞，部分威脅電纜運(yùn)營安全。另襯砌存在多條裂縫，裂縫寬度0～5 mm不等，結(jié)構(gòu)多處存在滲水現(xiàn)象；地質(zhì)雷達(dá)顯示部分地段隧道背后存在空洞和不密實(shí)現(xiàn)象。

2.1 底板病害整治

對(duì)底板隆起及斷裂嚴(yán)重段（共6段，約250 m）：對(duì)既有底板中間部分進(jìn)行拆除，清除軟弱層施作仰拱，澆筑300 mm／350 mm厚C30防水混凝土，后施工防水涂料和仰拱回填。最后恢復(fù)既有底板和人行道板［5－6］。

具體實(shí)施方法如下。

a.運(yùn)營電纜保護(hù)和隧道加固

為防止施工過程中人員、機(jī)械設(shè)備及火花觸碰到電纜及電纜支架，保障電纜的正常運(yùn)營，在施工前用防火板對(duì)運(yùn)營電纜進(jìn)行遮擋保護(hù)。為防止隧道整病害治理過程中因隧道底板被割除而產(chǎn)生收斂變形，在底板破除前在底板上10 cm高處架設(shè)工字鋼，支撐于隧道兩側(cè)下邊墻，并用膨脹螺絲進(jìn)行固定好。同時(shí)在隧道兩側(cè)打設(shè)鎖角錨管進(jìn)行注漿加固，鎖角錨管起到鎖定原格柵作用，注漿采用水泥水玻璃雙液漿，起到止水加固作用，為后續(xù)底板開挖做保證，如圖6（a）所示。

b.隧道底板結(jié)構(gòu)破除并向下開挖

進(jìn)行隧道人行道板和底板中部結(jié)構(gòu)破除。隧道底板中部結(jié)構(gòu)混凝土為噴射混凝土，破除需用風(fēng)鎬進(jìn)行破除，破除后將原隧道已變形的底板結(jié)構(gòu)中的格柵割除，并在割除的格柵頭上焊上1 cm厚的鋼板，為后續(xù)底板恢復(fù)作準(zhǔn)備。每次破除距離不超過3 m。隧道仰拱開挖時(shí)先豎向開挖隧道中間部分，開挖至基底標(biāo)高后，在兩側(cè)既有底板下方水平向掏挖兩側(cè)部分，開挖后，在保留的原隧道底板下部，用工字鋼豎向支撐，以防隧道整體下沉，如圖6（b）所示。

為了確保圍巖穩(wěn)定，確保施工質(zhì)量，應(yīng)保證不帶水施工。根據(jù)隧道原地質(zhì)勘察報(bào)告，本隧道標(biāo)高內(nèi)無地下水，但施工過程中資料和評(píng)估報(bào)告中均顯示隧道底板存在較豐富的地下水，主要為基巖裂隙水。施工中采用“堵排結(jié)合”的方式，在隧道底板范圍內(nèi)打設(shè)超前導(dǎo)管注漿堵水、結(jié)合內(nèi)設(shè)截水溝、排水井等方式隧道內(nèi)降水。

c.仰拱模筑施工

圖6 第1次整治施工工序

仰拱開挖完成后人工清除仰拱底部浮碴、積水等雜物，使圍巖表面外露，確保無水施工。墊層施工完成后及時(shí)進(jìn)行鋼筋綁扎，并澆筑混凝土。仰拱混凝土采用型鋼支架＋組合鋼模板底板襯砌體系，輸送泵灌注混凝土。仰拱防水砼經(jīng)驗(yàn)收后再進(jìn)行2 mm厚水泥滲透結(jié)晶型防水涂料鋪設(shè)，如圖6（c）所示。

d.仰拱回填，澆筑人行道結(jié)構(gòu)，如圖6（d）、（e）所示。

2.2 滲漏水病害整治

對(duì)于隧道拱墻滲水或滴水的病害，采用封堵，涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料A、B、C、D料進(jìn)行整治。

具體實(shí)施方法如下。

a.配備高壓水槍，徹底清除裂紋附近的泥沙、石膏等雜物，露出新鮮混凝土面。用機(jī)械或手工方法在滲漏點(diǎn)處開鑿內(nèi)大外小倒梯形槽或U型槽口，并清洗孔內(nèi)殘?jiān)豁樠亓严蹲呦蚩蘒型槽，槽寬3～5 cm，深3～5 cm，并清洗槽縫。

b.待鑿槽混凝土濕飽和后，填塞水灰比為0.25∶1的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料A料至擠壓縫密實(shí)。

c.待A料終凝后，將裂縫兩邊各25 cm范圍內(nèi)涂刷水灰比0.4∶1的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料B料2遍，在1層終凝后，再涂刷下1層，后1層涂刷方向應(yīng)與前1層相互垂直。

d.待水泥基滲透結(jié)晶型防水材料B料終凝后，在其上面涂刷1層1∶1的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料B＆C料即可。

2.3 背后空洞及不密實(shí)病害整治

針對(duì)拱部及邊墻結(jié)構(gòu)背后空洞及不密實(shí)區(qū)，對(duì)隧道空洞不密實(shí)區(qū)沿隧道拱部及邊墻設(shè)置注漿孔，環(huán)向間距0.8 m，縱向間距3 m，梅花型布置，注漿管采用?32 mm鋼焊管，注漿深度為0.5 m，漿液采用水泥漿。

3 第2次病害整治

圖7 第2次整治施工工序

第1次整治僅對(duì)底板病害嚴(yán)重的地段進(jìn)行了更換底板，該范圍內(nèi)整治施工完成后，效果顯著。但施工完成后，發(fā)現(xiàn)在改造里程范圍以外，多處隧道底板有病害加重趨勢，亟須處理。為徹底解決隧道病害問題，最后決定對(duì)隧道進(jìn)行第2次整治，破除底板混凝土，全線隧道增設(shè)鋼筋混凝土內(nèi)襯，采用全包防水，并補(bǔ)充施作防排水系統(tǒng)［5－6］。

3.1 施工工序

a.隧道加固和既有電纜防護(hù)同2.1（a），見圖7（a）。

b.分段鑿除隧道底板混凝土和鋼筋，向下開挖至底板底部。同2.1（b），見圖7（b）。

c.施作底部防水層及保護(hù)墊層，澆筑底板混凝土。施作防水板后要立即施作保護(hù)層，綁扎底板鋼筋，鋼筋驗(yàn)收后，支立模板，澆筑底板混凝土，見圖7（c）。

d.電纜移位。隧道底板更換完畢后，電纜自下而上逐條停電，將既有電纜移位至隧道中部位置底板上，且采用槽盒加以保護(hù)［7］，保護(hù)后恢復(fù)送電運(yùn)行。槽盒由6層180槽鋼搭接而成，配以8 mm鐵板，且逐層加蓋防火隔板，加M12螺栓緊固，見圖7（d）。

e.施作拱墻防水層，澆筑拱墻混凝土。隧道二襯直線段采用襯砌模板臺(tái)車施工，拐彎段采用型鋼支架扣鋼模板組合方式施工，見圖7（e）。

二襯結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度及時(shí)進(jìn)行后背填充注漿。

f.施作內(nèi)部結(jié)構(gòu)。恢復(fù)電纜支架和電纜，澆筑人行道結(jié)構(gòu)，全隧道安裝調(diào)試照明設(shè)備及視頻監(jiān)控設(shè)備，見圖7（f）。

3.2 整治效果

該整治工程已竣工，收到了較好的整治效果，隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，隧道內(nèi)無漏水，有少量滲水，空間安排合理，滿足電纜運(yùn)行和人員檢修需要，電纜運(yùn)行正常，如圖8所示。

圖8 整治后隧道內(nèi)景

4 結(jié)論

a.該工程目前已竣工，實(shí)踐證明，該隧道病害整治工程采用的2種病害處理方案是可行的，較好地解決了隧道病害問題，可為類似工程提供相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。

b.第1種整治方案的優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，電纜不用移位，缺點(diǎn)是病害治理不徹底。該方案對(duì)病害較嚴(yán)重的底板進(jìn)行了更換，較大程度消除了安全隱患，但拱部和側(cè)墻只進(jìn)行了裂縫封堵和空洞注漿，這種做法有效期較短。第2種整治方案的優(yōu)點(diǎn)是病害治理較徹底，缺點(diǎn)是造價(jià)高，需對(duì)電纜進(jìn)行臨時(shí)斷電和移位，并需要外部過渡工程配合，施工工序復(fù)雜，施工周期長。

c.該隧道整治的關(guān)鍵是對(duì)水的處理，保證無水施工是工程順利進(jìn)行的必要條件。該隧道出現(xiàn)嚴(yán)重病害的原因之一就是在開始的勘察設(shè)計(jì)階段，未重視地下水的處理。

d.因該隧道埋深較深，水壓較大，增設(shè)襯砌厚度有限，該隧道采用了增設(shè)鋼筋混凝土內(nèi)襯的方案。如隧道受力較小或襯砌厚度可加大，可考慮素混凝土或其他內(nèi)襯型式，其他類似工程可對(duì)此做進(jìn)一步研究。

［1］鐘祖良，劉新榮，王道良，等.桃樹埡隧道底鼓發(fā)生機(jī)理與防治技術(shù)研究［J］.巖土工程學(xué)報(bào)，2012，34（3）：471－476.

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［3］王立川，肖小文，林 輝.某鐵路隧道底部結(jié)構(gòu)隆起病害成因分析及治理對(duì)策探討［J］.隧道建設(shè)，2014，34（9）：823－836.

［4］關(guān)寶樹.隧道工程維修管理要點(diǎn)集［M］.北京：人民交通出版社，2004.

［5］方利成，杜 彬.隧道工程病害防治圖集［M］.北京：中國電力出版社，2001.

［6］楊新安，黃宏偉.隧道病害與整治［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，2003.

［7］申德昌，徐 瑛.對(duì)電力系統(tǒng)電纜防火問題的探討［J］.東北電力技術(shù)，2001，22（4）：38－41.

Discussion on Reinforcement Plan of Cable Tunnel Connected with Substation

CHE Jian?tao1，WANG Xu?ze1，WANG Rong?rong2，JIAN Ming?zhu2，ZHENG Yan1
（1.State Grid Dalian Power Electric Supply Company，Dalian，Liaoning 116011，China；2.China Railway Tunnel Survey＆Design Institute Co.，Ltd.，Tianjin 300133，China）

Phenomenon of floor structure heaving and lining cracks for a operating cable tunnel in Dalian 220kV Huachang substation is analyzed.Maintenance and reinforcement plan of loor replace and the reinforced concrete lined are proposed.Practical experience proves that two proposals are feasible which can provide relevant experience for the same kind of tunnel disease control.

Cable tunnel；Maintenance and reinforcement；Floor chisel；Lining；Cable isplacement

TM63；U455.4

A

1004－7913（2016）07－0034－05

車建濤（1972—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事電力電纜運(yùn)行管理工作。

2016－04－21）