劉紅智/中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司

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白樺山隧道通風(fēng)區(qū)段綜合病害搶修處置措施

劉紅智/中鐵十五局集團(tuán)第二工程有限公司

【摘 要】特長隧道通風(fēng)區(qū)施工，由于結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工難度大，交叉作業(yè)多，施工時(shí)容易出現(xiàn)諸多不可預(yù)見因素，本文通過對(duì)白樺山隧道通風(fēng)區(qū)施工時(shí)出現(xiàn)的一系列病害，以及搶修處置措施的介紹，為類似工程的施工提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】隧道；通風(fēng)區(qū)；綜合病害；搶修；處置

1.工程概況

某高速公路白樺山隧道設(shè)計(jì)為分離式隧道，左線長6678m，右線長6739m，隧道通風(fēng)采用互補(bǔ)式+右線集中排出式組合通風(fēng)方案，通風(fēng)斜井在右線YK19+520處與主洞聯(lián)通，左線主洞ZK19+539通過聯(lián)絡(luò)風(fēng)道與右線主洞YK19+520聯(lián)通排煙。通風(fēng)區(qū)段布置圖如下：

圖1-1　隧道通風(fēng)區(qū)段平面布置圖

2.出現(xiàn)病害情況

該通風(fēng)區(qū)段原設(shè)計(jì)圍巖為Ⅳ級(jí)，設(shè)計(jì)S4b復(fù)合式襯砌類型，而現(xiàn)場實(shí)際揭露圍巖為強(qiáng)風(fēng)化灰黑色頁巖，薄層狀巖體松散，變形時(shí)間效應(yīng)明顯，屬極軟巖，巖面潮濕，有裂隙水，巖體遇水軟化，洞身穩(wěn)定性差。根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及現(xiàn)場圍巖情況判定，該通風(fēng)區(qū)段圍巖屬于Ⅴ級(jí)圍巖，原設(shè)計(jì)的S4b圍巖支護(hù)參數(shù)無法保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，經(jīng)四方會(huì)議研究決定，將該段圍巖級(jí)別由Ⅳ級(jí)變更為V級(jí)，襯砌支護(hù)類型由S4b變更為S5b。

施工前制定了專項(xiàng)施工方案，施工過程中嚴(yán)格按照方案進(jìn)行施工，當(dāng)施工至互換式風(fēng)道及變電所橫洞開挖支護(hù)完成，風(fēng)機(jī)控制室開挖支護(hù)即將完成，風(fēng)機(jī)洞室開挖下臺(tái)階剩余不足10米時(shí)。發(fā)現(xiàn)主洞二次襯砌在各洞室口兩側(cè)位置、主洞邊墻、主洞拱腰等位置出現(xiàn)開裂、壓碎、剝落等現(xiàn)象，混凝土剝落位置二襯鋼筋嚴(yán)重變形，成U形或V形。緊接著風(fēng)機(jī)房和風(fēng)機(jī)控制室初支發(fā)生嚴(yán)重變形，側(cè)壁中間位置最大向外鼓出量超出50厘米。由于當(dāng)時(shí)處于雨季，且現(xiàn)有支護(hù)由于受力變形，支撐體系受到極大破壞，個(gè)別部位機(jī)構(gòu)作用處于失效狀態(tài)，對(duì)隧道的安全造成重大隱患，鑒于此項(xiàng)目部立即采取措施展開搶險(xiǎn)施工，對(duì)該段破壞較大的部位進(jìn)行修復(fù)和加固。

3.原因分析

3.1根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)及現(xiàn)場圍巖情況判定，該通風(fēng)區(qū)段圍巖屬于Ⅴ級(jí)圍巖，穩(wěn)定性極差，按照設(shè)計(jì)要求網(wǎng)絡(luò)通風(fēng)區(qū)段應(yīng)設(shè)置在IV級(jí)及以下等級(jí)圍巖內(nèi)，而實(shí)際情況處于V級(jí)圍巖區(qū)段。

3.2因業(yè)主通車目標(biāo)和節(jié)點(diǎn)要求工期緊張，該區(qū)段左右線主洞、通風(fēng)區(qū)的互換式風(fēng)道、變電所橫洞、風(fēng)機(jī)洞室、風(fēng)機(jī)控制室等洞室同時(shí)施工，施工速度較快，加之各洞室斷面均較大，同時(shí)施工使各洞室之間施工擾動(dòng)產(chǎn)生疊加效應(yīng)，致使該區(qū)段較大范圍內(nèi)的圍巖受擾動(dòng)作用，處于不穩(wěn)定狀態(tài)。

3.3此區(qū)段埋深400米左右，地應(yīng)力較強(qiáng)，隧道開挖完成后隨著地應(yīng)力的不斷釋放，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)造成較大影響。

3.4施工季節(jié)處于雨季，且降雨頻繁、持續(xù)不斷，圍巖內(nèi)隨著雨水的下滲，含水量不斷加大。

4.處置方案

為保證施工安全和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，避免病害進(jìn)一步擴(kuò)大，應(yīng)立即停止該段施工，并對(duì)已施工段落進(jìn)行加固。經(jīng)過多方論證，特制制定搶修處置方案：對(duì)通風(fēng)區(qū)段出現(xiàn)病害嚴(yán)重的二襯段落增設(shè)臨時(shí)鋼支撐加固；對(duì)嚴(yán)重變形的風(fēng)機(jī)洞室、風(fēng)機(jī)控制室采用自進(jìn)式中空錨桿注漿固化圍巖；對(duì)侵限初支進(jìn)行換拱修復(fù)，將侵限部分挖除；對(duì)病害嚴(yán)重的二襯破除后重新施工，并將混凝土強(qiáng)度由原來的C25提升至C30。

4.1增設(shè)臨時(shí)鋼支撐

對(duì)病害嚴(yán)重的二襯段落采用臨時(shí)鋼支撐進(jìn)行加強(qiáng)，臨時(shí)鋼支撐采用I20b鋼支撐，縱向間距1米，每榀鋼支撐之間采用Φ 22鋼筋連接，連接鋼筋環(huán)向間距1米。在各洞室口位置即風(fēng)機(jī)洞室口、互換式風(fēng)道洞室口、變電所橫洞、風(fēng)機(jī)控制室洞室口等，洞口左右1米范圍內(nèi)，以及病害嚴(yán)重二襯段落兩端的臨時(shí)支護(hù)進(jìn)行加密設(shè)置，縱向間距30cm。臨時(shí)鋼支撐加固布置示意圖如下：

圖1-2　臨時(shí)鋼支撐加固布置示意圖

施工注意事項(xiàng)：

4.1.1先從互換式風(fēng)道洞室口位置開始施工，向小里程方向連續(xù)進(jìn)行施工。

4.1.2臨時(shí)支護(hù)拱架與襯砌間縫隙采用三角木楔塞緊，使拱架與襯砌能夠共同受力，起到臨時(shí)支護(hù)的支撐作用。

4.1.3拱架的底部必須堅(jiān)實(shí)，嚴(yán)禁脫空，可以采用型鋼和鋼板的支墊的方式進(jìn)行。

4.2自進(jìn)式錨桿固化圍巖

鑒于風(fēng)機(jī)洞室（SF1）、風(fēng)機(jī)操控室（SF2）施工初支后，軟巖變形較大，在已施作的初支基礎(chǔ)上，增設(shè)R32N自進(jìn)式中空注漿錨桿，以穩(wěn)定固化圍巖，預(yù)防后期修復(fù)施工造成二次擾動(dòng)變形加大，導(dǎo)致坍塌等不安全隱患事故發(fā)生。采用自進(jìn)式中空注漿錨桿原因，一是施工擾動(dòng)小，二是施工速度較快，三是圍巖固化半徑大，施工便利。自進(jìn)式錨桿錨桿布置間距60cm（縱）*100cm（環(huán)），全斷面梅花型布置，錨桿長8m，直徑φ 32mm。自進(jìn)式中空注漿錨桿采用水泥漿液，注漿參數(shù)：水泥水灰比1:1，注漿壓力初壓0.5-1MPa。自進(jìn)式錨桿布置示意圖如下：

圖1-3　自進(jìn)式錨桿加固布置示意圖

施工注意事項(xiàng)：

4.2.1錨桿打設(shè)盡量做到垂直于工作面，以達(dá)到最好的受力狀態(tài)。

4.2.2錨桿打設(shè)盡量采用干鉆打設(shè)，干鉆打設(shè)困難時(shí)采用水鉆法，水壓力要小，起到疏通、排渣效果即可。

4.2.3錨桿打設(shè)完成后，采用L形或U形鋼筋與拱架焊接牢固，形成一體。

4.2.4注漿時(shí)嚴(yán)禁壓力過大，以免造成應(yīng)力過大對(duì)既有結(jié)構(gòu)的二次傷害，以孔口注漿飽滿，四周小范圍擴(kuò)散即可。

4.2.5注漿前，認(rèn)真做好機(jī)具設(shè)備的檢修工作，并用清水進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)排除和修復(fù)，使其處于良好工作狀態(tài)。對(duì)注漿管路系統(tǒng)，包括接頭、閥門等，認(rèn)真檢查，如有破損，予以更換，不好用的接頭、閥門，不得使用，以免注漿時(shí)在較高壓力下發(fā)生脫扣的危險(xiǎn)事故。

4.2.6漿液在高速攪拌機(jī)內(nèi)攪拌，嚴(yán)格按照施工配合比進(jìn)行投料，攪拌機(jī)布置有兩個(gè)制漿桶，保證水泥漿液的施工供應(yīng)和漿液拌制質(zhì)量。

4.2.7結(jié)束注漿后，防止管路堵塞，應(yīng)盡快卸開孔口接頭，開清水泵沖洗管路，以免造成管路中的剩余漿液凝結(jié)、堵塞管路。注漿作業(yè)前后配合，統(tǒng)一指揮，保證注漿計(jì)劃的實(shí)現(xiàn)。

4.3侵限初支換拱修復(fù)

自進(jìn)式錨桿施工完畢，注漿強(qiáng)度符合要求后，開始對(duì)變形侵限的初支進(jìn)行換拱修復(fù)。修復(fù)前，先將未封閉成環(huán)的仰拱初支、仰拱及仰拱填充等施作完畢，封閉成環(huán)以保證整體穩(wěn)定。采用風(fēng)鎬在侵限變形段初期支護(hù)拱架處開槽，槽寬50cm，開槽長度覆蓋變形拱架的整根單元件，去除連接板的螺栓、連接鋼筋等，拆除變形拱架，清理突出巖面至設(shè)計(jì)輪廓線，立即安裝新的拱架，并按設(shè)計(jì)要求施作系統(tǒng)錨桿、鎖腳錨桿等，新拱架也與打設(shè)好的自進(jìn)式錨桿焊接牢固。采用同種方法處理好第二榀侵限拱架后，利用風(fēng)鎬鑿除兩榀拱架之間侵限初期支護(hù)噴射混凝土等，按設(shè)計(jì)圖安裝新的鋼筋網(wǎng)片、縱向連接筋、系統(tǒng)錨桿等，報(bào)監(jiān)理檢查合格后立即噴射混凝土封閉，以此類推施工替換下一循環(huán)侵限拱架。施工注意事項(xiàng)：

4.3.1換拱施工、清理突出圍巖等，應(yīng)由洞口向洞內(nèi)，由上向下盡量采用人工形式施工，以避免對(duì)圍巖的震動(dòng)過大，人工清理困難時(shí)可采用小破碎錘輔助施工，嚴(yán)禁采用爆破清理侵限作業(yè)。

4.3.2各個(gè)施工工序要做到施工迅速不脫節(jié)，在最短的時(shí)間內(nèi)施工完成，在每道工序結(jié)束前，下道工序的人員和材料要抵達(dá)施工現(xiàn)場，做到工序緊密連接。

4.3.3換拱時(shí)，新舊拱架間要連接牢固，螺栓施做困難時(shí)可采用焊接方式，焊接前要將連接板之間縫隙用鋼筋或鋼板填塞并焊接牢固。

4.3.4縮腳錨桿應(yīng)向下帶一傾角，提高拱架的抗收斂效果，拱架與鎖腳小導(dǎo)管以及拱架與錨桿的接頭要焊接牢固。

4.3.5換拱的施工要一榀一榀進(jìn)行，嚴(yán)禁冒進(jìn)施工，引起塌方。

4.4受損二襯破除修復(fù)

為減少對(duì)圍巖和初期支護(hù)的擾動(dòng)，確保安全，對(duì)病害嚴(yán)重的二襯采用靜態(tài)爆破聯(lián)合小破碎錘、風(fēng)鎬破除。靜態(tài)破碎拆除前為避免靜態(tài)破碎影響相鄰二襯，預(yù)破除二襯與相鄰二襯之間應(yīng)鑿除30cm左右的凹槽，作為應(yīng)力釋放區(qū)。炮孔采用多排孔方格網(wǎng)型布設(shè)，孔徑φ 40，孔距20cm，炮孔排距60cm，最小抵抗線30cm，孔深45cm，單孔裝藥量1.5kg，施工經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

被破碎物體　孔徑mm　孔距cm　抵抗線cm　孔深　用藥量kg/m3巖石　32-40　15-40　100-200　90%H　5--15無筋混凝土　32-40　20-40　30-60　90%H　8--10鋼筋混凝土　32-40　15-20　20-30　90%H　15--25

靜態(tài)破碎后，二襯破除應(yīng)按照“先拱后墻，自上而下”的原則進(jìn)行，嚴(yán)禁隨意進(jìn)行開槽鑿除作業(yè)。混凝土拆除后，拆除原有鋼筋、防水板、盲管等，切割二襯鋼筋時(shí)預(yù)留搭接長度，接頭錯(cuò)開35d。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，在出露的初支混凝土表面埋設(shè)監(jiān)控點(diǎn)，如有初支侵限情況，修復(fù)后再進(jìn)行下一環(huán)節(jié)施工。根據(jù)二襯模板臺(tái)車工作長度，每拆除一個(gè)工作長度的二襯后，立即按設(shè)計(jì)要求重新布設(shè)盲管、防水板、無紡布、止水帶等，綁扎鋼筋后，重新澆筑二襯混凝土。待混凝土達(dá)到強(qiáng)度后，再進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)。施工注意事項(xiàng)：

4.4.1二襯混凝土破除前，對(duì)設(shè)計(jì)的靜態(tài)爆破參數(shù)可進(jìn)行現(xiàn)場試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后，方可進(jìn)行大面積拆除工作。如果試驗(yàn)段破碎效果不理想，可及時(shí)修正施工參數(shù)，試驗(yàn)段可設(shè)置為兩排炮眼。

4.4.2靜態(tài)爆破施工作業(yè)人員，需佩戴護(hù)目鏡，不戴護(hù)目鏡屬違章操作。在藥劑灌入鉆孔到巖石或混凝土開裂前，不可將面部直接近距離面對(duì)已裝藥的鉆孔。觀察裂隙發(fā)展情況時(shí)應(yīng)更加小心，盡量遠(yuǎn)離裝灌點(diǎn)。此外施工現(xiàn)場應(yīng)專門備好清水和毛巾，沖孔時(shí)如藥劑進(jìn)入眼內(nèi)和皮膚上，應(yīng)立即用清水沖洗，情況嚴(yán)重者立即送醫(yī)院清洗治療。

4.4.3鑿除二襯混凝土?xí)r，如果對(duì)初支混凝土表面造成損傷，應(yīng)首先將初支混凝土修補(bǔ)至表面平整密實(shí)，達(dá)到鋪設(shè)防水板、無紡布的平整要求。

4.4.4二襯混凝土每循環(huán)破除施工長度，應(yīng)根據(jù)需破除的二襯總長度合理布置,單節(jié)破除長度易設(shè)置為3-5米/循環(huán),不宜過長。環(huán)向拆除作業(yè)時(shí)可分5次拆除，即按照“拱部--破損較重側(cè)拱腰--另一側(cè)拱腰—破損較重側(cè)邊墻—另一側(cè)邊墻”施工順序作業(yè)。二襯混凝土破除順序示意圖如下：

圖1-4　二襯混凝土破除順序示意圖

4.4.5鋼筋及防水板臺(tái)車就位后，應(yīng)首先清理殘留的混凝土塊、鋼筋、防水板等，理順盲管排水網(wǎng)絡(luò)，無紡布、防水板鋪設(shè)時(shí)松緊適度，避免過緊被撕裂或過松形成人為蓄水點(diǎn)，接頭、搭接等嚴(yán)格按規(guī)范施作。重新施工二襯段的防排水系統(tǒng)應(yīng)格外注意，尤其新舊交接部位，重新鋪設(shè)的排水盲管可適當(dāng)加密，并在二襯環(huán)向施工縫位置和縱向施工縫上方位置各增設(shè)一道，并預(yù)留出水口，確保排水通暢。

5.安全注意事項(xiàng)

5.1隧道搶修施工前，制定專項(xiàng)的安全應(yīng)急預(yù)案和領(lǐng)導(dǎo)值班制度，明確責(zé)任人。所有施工人員和管理人員必須進(jìn)行安全教育，進(jìn)入施工現(xiàn)場佩戴好安全防護(hù)用品，高度2m以上施工作業(yè)即屬于高空作業(yè)，必須配備高空安全防護(hù)用品，每班施工前，專職安全人員必須進(jìn)行安全講話，提醒危險(xiǎn)源和不安全征兆。

5.2所有施工平臺(tái)應(yīng)做必要的加固措施，檢修各連接點(diǎn)，設(shè)置好護(hù)欄、作業(yè)平臺(tái)、防墜落物等安全防護(hù)措施。施工前，各類施工設(shè)備必須進(jìn)行檢查，特殊設(shè)備操作人員持證上崗，普通設(shè)備操作者也應(yīng)培訓(xùn)合格后方可上崗。

5.3無關(guān)人員不得進(jìn)入施工現(xiàn)場，施工期間現(xiàn)場帶班人員要注意協(xié)調(diào)指揮好現(xiàn)場的施工，保證各工序緊密連續(xù)，平穩(wěn)可控，不得冒進(jìn)施工。現(xiàn)場配備專職安全人員，注意觀察各作業(yè)面的情況，發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情及時(shí)通知現(xiàn)場人員，避免出現(xiàn)機(jī)翻人傷，墜落物傷人、傷機(jī)械等事故。

5.4施工時(shí)配備專業(yè)電工，備用電源等，防止電路、電器設(shè)備發(fā)生問題，中途停電，造成意外事故。保證工作面的良好狀態(tài)，做到現(xiàn)場照明良好、現(xiàn)場整潔，電工檢查、連接好各用電線路、施工所需各種材料充足，避免出現(xiàn)停工帶料現(xiàn)象。

5.5合理布置監(jiān)控量測點(diǎn)，在施工過程中產(chǎn)生的變化進(jìn)行觀測，提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)施工。監(jiān)控量測的頻率根據(jù)相應(yīng)規(guī)范要求進(jìn)行，可適當(dāng)增加，由于原初期支護(hù)變形量較大，部分結(jié)構(gòu)受力出現(xiàn)損傷，每天監(jiān)測頻次不少于3次，監(jiān)測結(jié)果及時(shí)反饋。如果發(fā)現(xiàn)圍巖變形突變，應(yīng)該馬上停止所有施工作業(yè)，人員撤離現(xiàn)場，分析突變原因，并及時(shí)向應(yīng)急處置小組匯報(bào)，研究進(jìn)一步處理方案。

6.小結(jié)

白樺山隧道通風(fēng)區(qū)搶修施工，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，施工難度較大，危險(xiǎn)系數(shù)高，期間多次邀請(qǐng)專家進(jìn)行現(xiàn)場查勘指導(dǎo)，搶修方案經(jīng)多方論證，處置措施有效得當(dāng)，目前該隧道已全線通車，并投入使用。該通風(fēng)區(qū)段洞室數(shù)量較多，且均處在交叉狀態(tài)，洞室之間距離也較近，相互之間干擾大，以后如遇類似地質(zhì)復(fù)雜兼結(jié)構(gòu)復(fù)雜的隧道施工應(yīng)嚴(yán)格遵守“先治水，短開挖，弱爆破，強(qiáng)支護(hù)，早襯砌，勤量測”的十八字真言，利用先進(jìn)探測技術(shù)輔助施工，預(yù)防隧道出現(xiàn)坍塌或不良災(zāi)害。