大連華昌變電站電纜隧道的套襯加固設(shè)計(jì)與施工

王蓉蓉， 漸明柱， 宋超業(yè)

(中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司, 天津　300133)

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大連華昌變電站電纜隧道的套襯加固設(shè)計(jì)與施工

王蓉蓉， 漸明柱， 宋超業(yè)

(中鐵隧道勘測(cè)設(shè)計(jì)院有限公司, 天津300133)

摘要：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，采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量、鉆芯取樣等方法對(duì)隧道的病害情況進(jìn)行全面檢測(cè)，并對(duì)病害產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，認(rèn)為病害是由地下水作用、原支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足和施工質(zhì)量差等因素綜合引起的，決定采用電纜臨時(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，取得了較好的整治效果。實(shí)踐證明： 大連華昌變電站電纜隧道的病害整治方案是可行的。

關(guān)鍵詞：電纜隧道； 底鼓； 套襯加固； 底板鉆孔注漿； 鋼筋混凝土內(nèi)襯

0引言

近年來，國(guó)家在交通、水利、電力等基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域的大力投入，派生出了大量的隧道工程。早期建成的隧道因施工技術(shù)不成熟、規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求相對(duì)較低，出現(xiàn)了底鼓、襯砌裂縫、滲水、漏水等病害。針對(duì)隧道的病害整治，已有許多工程經(jīng)驗(yàn)。如文獻(xiàn)[1-3]分別針對(duì)公路、煤礦及鐵路隧道的底鼓災(zāi)害進(jìn)行了原因分析、理論推導(dǎo)，并提出防治措施。針對(duì)電纜隧道的病害整治，也有部分工程經(jīng)驗(yàn)。如文獻(xiàn)[4]對(duì)基坑施工引起的電纜隧道開裂進(jìn)行了分析和探討，提出了套拱加固方案；文獻(xiàn)[5]總結(jié)分析了常見的電纜隧道病害，并進(jìn)行了分類，簡(jiǎn)要探討了病害整治思路。但由于隧道工程內(nèi)外部條件的復(fù)雜性，以上研究成果都具有一定的局限性。

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)，是以前類似隧道整治工程中比較少見的，本文提出的整治方案在確保施工過程安全可靠的同時(shí)，較好地解決了隧道病害問題。

1工程概況

大連華昌變電站電纜隧道全長(zhǎng)1.56 km，于2002年投資修建，于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。整治前的隧道斷面見圖1。

圖1　整治前的隧道斷面(單位： mm)

自隧道運(yùn)行以來，隧道襯砌多處出現(xiàn)裂縫和滲漏水，底板隆起，斷裂嚴(yán)重，危害隧道內(nèi)電纜安全。為全面深入了解隧道病害情況，分析隧道病害產(chǎn)生的原因，首先要對(duì)隧道進(jìn)行全面調(diào)查，系統(tǒng)檢測(cè)。

2病害情況調(diào)查

調(diào)查評(píng)估的主要內(nèi)容有4部分： 電纜隧道幾何尺寸調(diào)查，電纜隧道支護(hù)強(qiáng)度調(diào)查，電纜隧道支護(hù)厚度及背后空洞調(diào)查，電纜隧道襯砌裂縫、滲漏水情況調(diào)查[6-8]。

2.1隧道襯砌凈空斷面尺寸調(diào)查

采用BJSD-2B型激光隧道斷面檢測(cè)儀，對(duì)電纜隧道全線凈空斷面尺寸進(jìn)行檢測(cè)。隧道內(nèi)每隔20 m設(shè)置1個(gè)檢測(cè)斷面，每個(gè)檢測(cè)斷面上有40個(gè)測(cè)點(diǎn)，共測(cè)試76個(gè)斷面。檢測(cè)結(jié)果顯示，隧道存在9處凈空侵限現(xiàn)象。其中，樁號(hào)為DK0+160、DK0+545、DK0+605、DK0+930、DK1+451等處出現(xiàn)底部侵限，最大侵限斷面為DK0+932，底部出現(xiàn)上鼓，最大隆起達(dá)13 cm，并有繼續(xù)發(fā)展的態(tài)勢(shì)。

2.2隧道襯砌厚度及強(qiáng)度檢測(cè)分析

現(xiàn)場(chǎng)采用鉆芯法，沿隧道全長(zhǎng)均布測(cè)點(diǎn)，底板共鉆芯取樣16處，邊墻鉆芯取樣5處?，F(xiàn)場(chǎng)共取得芯樣21個(gè)，因長(zhǎng)度不足或蜂窩嚴(yán)重(見圖2)，多數(shù)芯樣無法制作試件檢測(cè)強(qiáng)度，而可以做強(qiáng)度檢測(cè)的芯樣其抗壓強(qiáng)度值為16.5 MPa和17.8 MPa，不滿足設(shè)計(jì)要求。

(a)

(b)

2.3隧道襯砌背后空洞、不密實(shí)檢測(cè)

現(xiàn)場(chǎng)采用地質(zhì)雷達(dá)法對(duì)電纜隧道進(jìn)行了支護(hù)檢測(cè)，沿隧道軸線方向在右拱腰(1.8 m)、左拱腰(1.8 m)、拱頂、仰拱布置了4條測(cè)線。檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隧道拱頂處有4處空洞、11處不密實(shí)；左拱腰處有8處不密實(shí)；右拱腰處有1處空洞、12處不密實(shí)；底板處有15處空洞、24處不密實(shí)。

2.4隧道襯砌裂縫、滲漏水調(diào)查

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，隧道存在多處開裂及滲水現(xiàn)象。采用人工目測(cè)分格素描的方法進(jìn)行詳細(xì)檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見表1。

表1　隧道襯砌裂縫、滲漏水統(tǒng)計(jì)

綜上所述，病害已對(duì)隧道運(yùn)行安全構(gòu)成威脅，需要采取措施進(jìn)行整修、加固或改造。

3病害成因分析

通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查檢測(cè)，隧道主要病害為底板隆起。

3.1地下水作用

大連地區(qū)地下水豐富，基巖裂隙水發(fā)育。本隧道底板埋深在9.0～12.0 m，靜水壓力約為0.1 MPa。由于電纜隧道內(nèi)部不允許地下水滲入，而采用將地下水阻擋在隧道之外的理念和做法。由于地下水的滲流作用，使得隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)混凝土與圍巖產(chǎn)生脫離，外水壓力作用在隧道結(jié)構(gòu)上，造成受力最大的隧道底板產(chǎn)生隆起破壞。

3.2支護(hù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不足

根據(jù)鉆芯取樣結(jié)果，隆起地段混凝土強(qiáng)度不足20 MPa。對(duì)于小斷面巖質(zhì)隧道采用噴射混凝土單層結(jié)構(gòu)，存在混凝土質(zhì)量不均勻現(xiàn)象，且噴射混凝土本身耐久性差，隨著時(shí)間的推移和地下水的影響，再加上局部遇水易形成滲流通道，使強(qiáng)度降低，從而造成結(jié)構(gòu)有效厚度明顯小于原設(shè)計(jì)值。

3.3隧道背后存在空洞和不密實(shí)情況

隧道底板采用爆破施工時(shí)，可能存在底板虛渣清理不干凈、混凝土澆筑不規(guī)范等現(xiàn)象，容易形成地下水滲流通道。

4病害整治方案

通過分析隧道病害產(chǎn)生的原因，提出病害整治主要分為底板隆起和襯砌強(qiáng)度不足整治、裂縫和滲漏水整治、空洞和不密實(shí)整治3方面。為了達(dá)到隧道長(zhǎng)期耐久運(yùn)行的目的，采用以下整治方案[3，6，9-12]。

4.1底板隆起和襯砌強(qiáng)度不足整治

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)。

底板隆起破壞嚴(yán)重，并存在多處空洞、不密實(shí)，因此，需破除底板混凝土。底板下虛渣厚度約500 mm，考慮仰拱400 mm的矢高，所以破除底板混凝土并向下開挖1 m左右比較合理。

考慮到本隧道位于城區(qū)，埋深不大，根據(jù)環(huán)保和水資源保護(hù)要求，結(jié)合城市地鐵建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)考慮減少后期運(yùn)行抽水和維護(hù)費(fèi)用，所以采用全包防水。隧道內(nèi)設(shè)排水系統(tǒng)，排水系統(tǒng)結(jié)合主線隧道和風(fēng)井改造而成。將隧道全線的2個(gè)最低點(diǎn)調(diào)整至風(fēng)井位置處，少量的滲漏水通過隧道兩側(cè)流至隧道最低點(diǎn)的風(fēng)井位置處，在風(fēng)井內(nèi)設(shè)置集水坑和泵站，以便于后期維護(hù)。

4.2裂縫和滲漏水整治

針對(duì)隧道拱墻裂縫和滲漏水點(diǎn)，采用涂刷水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行處置。

首先徹底清除附近的泥沙等雜物，露出新鮮混凝土面，用機(jī)械或手工方法在滲漏處開鑿內(nèi)大外小的倒梯形槽或U型槽口，并清洗孔內(nèi)殘?jiān)?；待鑿槽混凝土濕飽后，填塞水灰質(zhì)量比為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)；待A料終凝后，涂刷2遍水灰質(zhì)量比為0.4∶1的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料B料，一層終凝后，再涂刷下一層，后一層涂刷方向應(yīng)與前一層相互垂直；待水泥基滲透結(jié)晶型防水材料B料終凝后，在上面涂刷1層水灰質(zhì)量比為1∶1的水泥基滲透結(jié)晶型防水材料B料和C料。

4.3空洞和不密實(shí)整治

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，注漿孔環(huán)向間距0.8 m，縱向間距3 m，梅花形布置，注漿管采用φ32鋼焊管，注漿深度為0.5 m，漿液采用水泥漿。

根據(jù)隧道目前的情況，隧道內(nèi)寬2.0 m，其中人行道寬0.6 m，兩側(cè)支架寬度均為0.48 m。根據(jù)規(guī)范和受力要求，增設(shè)二次襯砌C30防水混凝土最小厚度250 mm，考慮剔除隧道原設(shè)計(jì)邊墻防水砂漿，補(bǔ)強(qiáng)后隧道內(nèi)凈空為1.6 m，其中人行道寬度0.5 m。重新調(diào)整電纜布置方式后，兩側(cè)安裝支架寬度分別為0.48 m和0.26 m，隧道空間能滿足電纜運(yùn)行需求。整治后的隧道斷面見圖3。

圖3　整治后的隧道斷面(單位： mm)

套襯后，原來的噴射混凝土與內(nèi)設(shè)的套襯組成復(fù)合式襯砌，防水層設(shè)于2層襯砌之間。結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和承載能力分施工階段和使用階段。選取覆土最大處進(jìn)行計(jì)算，施工階段由原有襯砌和臨時(shí)支撐全部承擔(dān)，使用階段由內(nèi)設(shè)套襯全部承擔(dān)，原來的襯砌不承擔(dān)。經(jīng)計(jì)算，內(nèi)設(shè)襯砌滿足受力要求。

5病害整治施工

5.1施工工序流程

隧道病害整治施工工序共分6步。第1步為隧道加固和既有電纜防護(hù)；第2步為分段鑿除隧道底板混凝土和鋼筋，向下開挖至底板底部；第3步為施作底板墊層，澆筑仰拱；第4步為電纜移位至隧道中部；第5步為敷設(shè)拱墻防水層，模筑拱墻襯砌；第6步為施作隧道內(nèi)部結(jié)構(gòu)。施工工序流程見圖4。

(a)第1步(b)第2步(c)第3步(d)第4步(e)第5步(f)第6步

1—鎖腳錨管； 2—臨時(shí)橫撐； 3—電纜防護(hù)板； 4—墊層； 5—底板防水層； 6—底板模筑混凝土； 7—底部回填； 8—電纜槽盒； 9—拱墻模筑混凝土； 10—拱墻防水層； 11—人行道板。

圖4施工工序

Fig. 4Construction processes

5.2整治施工

5.2.1隧道加固和既有電纜防護(hù)

為了抑制因隧道底板混凝土破除可能造成的隧道位移，在隧道底板混凝土破除前，設(shè)置I22b@500 mm工字鋼水平支撐，支撐于隧道拱腳。在洞身底角設(shè)置鎖腳錨管，并注入水泥-水玻璃雙液漿。隧道拱部壁后注漿，為開挖底板提供穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。

用雙層絕緣板對(duì)全線隧道電纜及支架進(jìn)行圍閉，以防在施工過程中有外物或外力傷及電纜。

5.2.2分段鑿除隧道底板混凝土和鋼筋，向下開挖至底板底部

隧道加固后，進(jìn)行隧道底板混凝土的破除開挖，按設(shè)計(jì)深度進(jìn)行跳槽分段施工。破除采用風(fēng)鎬或電鎬進(jìn)行，并割除結(jié)構(gòu)中的鋼筋。

破除開挖過程中為確保圍巖穩(wěn)定，保證施工質(zhì)量，對(duì)地下水采用“堵排結(jié)合”的方法，在隧道底板范圍內(nèi)打設(shè)垂直導(dǎo)管注漿，隧道內(nèi)設(shè)截水溝、排水井等進(jìn)行降水，認(rèn)真做好殘留地下水和施工廢水的排放工作，確保隧道內(nèi)無積水。

開挖過程中控制循環(huán)進(jìn)尺，以減少開挖施工對(duì)巖層的擾動(dòng)；加快封閉速度，確保隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。開挖過程中應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，及時(shí)反饋分析數(shù)據(jù)，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工。

5.2.3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， 9 m/段澆筑底板混凝土。

5.2.4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)，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，M12螺栓緊固。

5.2.5施作拱墻防水層，澆筑拱墻混凝土

隧道二次襯砌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。施工前，將模板安裝固定在工字鋼臺(tái)車上，施工過程中不拆裝，臺(tái)車下部為可調(diào)節(jié)整體臺(tái)車升降的150 mm絲桿，絲桿下部為可帶動(dòng)整體臺(tái)車行走的行走輪，與可升降行走的臺(tái)車同步前進(jìn)。臺(tái)車為750 mm/圈，用水平工字鋼相連，全長(zhǎng)9 m，拱部預(yù)留3個(gè)混凝土進(jìn)料口。

隧道共有4個(gè)地面井口供施工時(shí)使用，井口間的最大距離約400 m，隧道兩邊相向施工，因此，最遠(yuǎn)泵送距離為200 m。根據(jù)隧道施工經(jīng)驗(yàn)，隧道二次襯砌最遠(yuǎn)可以泵送300 m，滿足泵送距離要求。因混凝土輸送泵泵送力量較大，在施工過程中要密切注意泵送的力度，通過調(diào)節(jié)泵送壓力，在最后只剩拱部混凝土?xí)r，調(diào)小泵送壓力，均勻泵送。同時(shí)，間隙開動(dòng)附著于臺(tái)車上的附著振動(dòng)器，通過振動(dòng)使?jié)仓谂_(tái)車內(nèi)的結(jié)構(gòu)混凝土密實(shí)，從而保證混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。

二次襯砌結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)，及時(shí)進(jìn)行背后填充注漿。

5.2.6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。

5.3整治效果

目前該整治工程已竣工，隧道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，隧道內(nèi)無漏水，只有少量滲水，空間安排合理，滿足電纜運(yùn)行和人員檢修需要，且電纜運(yùn)行正常，取得了較好的整治效果。整治后的隧道內(nèi)景見圖5。

圖5　整治后的隧道內(nèi)景

6結(jié)論與體會(huì)

1)隧道產(chǎn)生病害的過程很復(fù)雜，主要包括設(shè)計(jì)、施工、地質(zhì)等因素，只有對(duì)隧道進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查后才能找到病害產(chǎn)生的真正原因。該隧道病害整治工程對(duì)隧道進(jìn)行了全面檢測(cè)，提出破除底板后增設(shè)內(nèi)襯的病害處理方案，較好地解決了隧道病害問題。實(shí)踐證明，采用的整治措施是合理、有效的，可為今后類似工程提供借鑒。

2)該隧道整治的關(guān)鍵在于對(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)如此嚴(yán)重的病害，其原因之一就是在勘察設(shè)計(jì)階段未重視對(duì)地下水的處理。

3)因該隧道埋深較大，水壓較大，增設(shè)襯砌厚度有限，所以采用了增設(shè)鋼筋混凝土內(nèi)襯的方案。如隧道受力較小或加大襯砌厚度，考慮素混凝土方案，則可能會(huì)更節(jié)省成本。

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Design and Construction of Lining Reinforcement of A Cable Tunnel of Huachang Substation in Dalian

WANG Rongrong, JIAN Mingzhu, SONG Chaoye

(ChinaRailwayTunnelSurvey&DesignInstituteCo.,Ltd.,Tianjin300133,China)

Abstract:Floor structure heaving and lining cracks occurred at an operating cable tunnel of Huachang Substation in Dalian, China. These disasters of the cable tunnel are detected by means of site measuring and core drilling; and then the causes of the disasters are analyzed. It is concluded that the groundwater, the insufficient strength of the primary supporting structure and the bad construction quality comprehensively give rise to the tunnel diseases. Countermeasures, such as temporary translocation of the cables, cutting of floor after borehole drilling and the reinforced concrete lining, are taken. The practice shows that the tunnel structure is stable and the cable runs just fine after using the above-mentioned measures.

Keywords:cable tunnel; floor structure heaving; lining reinforcement; floor borehole drilling and grouting; reinforced concrete lining

中圖分類號(hào)：U 455

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號(hào)：1672-741X(2016)04-0474-05

DOI:10.3973/j.issn.1672-741X.2016.04.016

第一作者簡(jiǎn)介：王蓉蓉(1986—)，女，山東茌平人，2010年畢業(yè)于天津大學(xué)，結(jié)構(gòu)工程專業(yè)，碩士，工程師，現(xiàn)從事地下工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和研究工作。E-mail: wxrl2002@126.com。

收稿日期：2015-08-21; 修回日期: 2015-11-18