大連華昌變電站電纜隧道的套襯加固設計與施工

王蓉蓉， 漸明柱， 宋超業

(中鐵隧道勘測設計院有限公司, 天津　300133)

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大連華昌變電站電纜隧道的套襯加固設計與施工

王蓉蓉， 漸明柱， 宋超業

(中鐵隧道勘測設計院有限公司, 天津300133)

摘要：大連華昌變電站電纜隧道出現了嚴重的底鼓、襯砌裂縫等病害，采用現場測量、鉆芯取樣等方法對隧道的病害情況進行全面檢測，并對病害產生的原因進行分析，認為病害是由地下水作用、原支護結構強度不足和施工質量差等因素綜合引起的，決定采用電纜臨時移位、底板鉆孔注漿后鑿除、加設鋼筋混凝土內襯的整治方案。目前該工程已竣工，隧道結構穩定，電纜運行正常，取得了較好的整治效果。實踐證明： 大連華昌變電站電纜隧道的病害整治方案是可行的。

關鍵詞：電纜隧道； 底鼓； 套襯加固； 底板鉆孔注漿； 鋼筋混凝土內襯

0引言

近年來，國家在交通、水利、電力等基礎設施領域的大力投入，派生出了大量的隧道工程。早期建成的隧道因施工技術不成熟、規范標準要求相對較低，出現了底鼓、襯砌裂縫、滲水、漏水等病害。針對隧道的病害整治，已有許多工程經驗。如文獻[1-3]分別針對公路、煤礦及鐵路隧道的底鼓災害進行了原因分析、理論推導，并提出防治措施。針對電纜隧道的病害整治，也有部分工程經驗。如文獻[4]對基坑施工引起的電纜隧道開裂進行了分析和探討，提出了套拱加固方案；文獻[5]總結分析了常見的電纜隧道病害，并進行了分類，簡要探討了病害整治思路。但由于隧道工程內外部條件的復雜性，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境復雜、空間狹小、施工過程中需要電纜帶電運行等特點，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，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1.56 km，于2002年投資修建，于2004年6月投入運行，主要用于送電電纜敷設。隧道標準斷面凈寬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-中風化板巖，地質條件復雜。整治前的隧道斷面見圖1。

圖1　整治前的隧道斷面(單位： mm)

自隧道運行以來，隧道襯砌多處出現裂縫和滲漏水，底板隆起，斷裂嚴重，危害隧道內電纜安全。為全面深入了解隧道病害情況，分析隧道病害產生的原因，首先要對隧道進行全面調查，系統檢測。

2病害情況調查

調查評估的主要內容有4部分： 電纜隧道幾何尺寸調查，電纜隧道支護強度調查，電纜隧道支護厚度及背后空洞調查，電纜隧道襯砌裂縫、滲漏水情況調查[6-8]。

2.1隧道襯砌凈空斷面尺寸調查

采用BJSD-2B型激光隧道斷面檢測儀，對電纜隧道全線凈空斷面尺寸進行檢測。隧道內每隔20 m設置1個檢測斷面，每個檢測斷面上有40個測點，共測試76個斷面。檢測結果顯示，隧道存在9處凈空侵限現象。其中，樁號為DK0+160、DK0+545、DK0+605、DK0+930、DK1+451等處出現底部侵限，最大侵限斷面為DK0+932，底部出現上鼓，最大隆起達13 cm，并有繼續發展的態勢。

2.2隧道襯砌厚度及強度檢測分析

現場采用鉆芯法，沿隧道全長均布測點，底板共鉆芯取樣16處，邊墻鉆芯取樣5處。現場共取得芯樣21個，因長度不足或蜂窩嚴重(見圖2)，多數芯樣無法制作試件檢測強度，而可以做強度檢測的芯樣其抗壓強度值為16.5 MPa和17.8 MPa，不滿足設計要求。

(a)

(b)

2.3隧道襯砌背后空洞、不密實檢測

現場采用地質雷達法對電纜隧道進行了支護檢測，沿隧道軸線方向在右拱腰(1.8 m)、左拱腰(1.8 m)、拱頂、仰拱布置了4條測線。檢測結果發現，隧道拱頂處有4處空洞、11處不密實；左拱腰處有8處不密實；右拱腰處有1處空洞、12處不密實；底板處有15處空洞、24處不密實。

2.4隧道襯砌裂縫、滲漏水調查

根據現場觀察，隧道存在多處開裂及滲水現象。采用人工目測分格素描的方法進行詳細檢測，檢測結果見表1。

表1　隧道襯砌裂縫、滲漏水統計

綜上所述，病害已對隧道運行安全構成威脅，需要采取措施進行整修、加固或改造。

3病害成因分析

通過現場調查檢測，隧道主要病害為底板隆起。

3.1地下水作用

大連地區地下水豐富，基巖裂隙水發育。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，使得隧道支護結構混凝土與圍巖產生脫離，外水壓力作用在隧道結構上，造成受力最大的隧道底板產生隆起破壞。

3.2支護結構強度不足

根據鉆芯取樣結果，隆起地段混凝土強度不足20 MPa。對于小斷面巖質隧道采用噴射混凝土單層結構，存在混凝土質量不均勻現象，且噴射混凝土本身耐久性差，隨著時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，使強度降低，從而造成結構有效厚度明顯小于原設計值。

3.3隧道背后存在空洞和不密實情況

隧道底板采用爆破施工時，可能存在底板虛渣清理不干凈、混凝土澆筑不規范等現象，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生的原因，提出病害整治主要分為底板隆起和襯砌強度不足整治、裂縫和滲漏水整治、空洞和不密實整治3方面。為了達到隧道長期耐久運行的目的，采用以下整治方案[3，6，9-12]。

4.1底板隆起和襯砌強度不足整治

破除底板混凝土，全線隧道增設鋼筋混凝土內襯，采用全包防水，并補充施作防排水系統。

底板隆起破壞嚴重，并存在多處空洞、不密實，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，埋深不大，根據環保和水資源保護要求，結合城市地鐵建設經驗，同時考慮減少后期運行抽水和維護費用，所以采用全包防水。隧道內設排水系統，排水系統結合主線隧道和風井改造而成。將隧道全線的2個最低點調整至風井位置處，少量的滲漏水通過隧道兩側流至隧道最低點的風井位置處，在風井內設置集水坑和泵站，以便于后期維護。

4.2裂縫和滲漏水整治

針對隧道拱墻裂縫和滲漏水點，采用涂刷水泥基滲透結晶型防水材料進行處置。

首先徹底清除附近的泥沙等雜物，露出新鮮混凝土面，用機械或手工方法在滲漏處開鑿內大外小的倒梯形槽或U型槽口，并清洗孔內殘渣；待鑿槽混凝土濕飽后，填塞水灰質量比為0.25∶1的水泥基滲透結晶型防水材料A料至擠壓縫密實；待A料終凝后，涂刷2遍水灰質量比為0.4∶1的水泥基滲透結晶型防水材料B料，一層終凝后，再涂刷下一層，后一層涂刷方向應與前一層相互垂直；待水泥基滲透結晶型防水材料B料終凝后，在上面涂刷1層水灰質量比為1∶1的水泥基滲透結晶型防水材料B料和C料。

4.3空洞和不密實整治

對隧道空洞、不密實區沿隧道拱部及邊墻設置注漿孔，注漿孔環向間距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。

根據隧道目前的情況，隧道內寬2.0 m，其中人行道寬0.6 m，兩側支架寬度均為0.48 m。根據規范和受力要求，增設二次襯砌C30防水混凝土最小厚度250 mm，考慮剔除隧道原設計邊墻防水砂漿，補強后隧道內凈空為1.6 m，其中人行道寬度0.5 m。重新調整電纜布置方式后，兩側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設的套襯組成復合式襯砌，防水層設于2層襯砌之間。結構穩定性和承載能力分施工階段和使用階段。選取覆土最大處進行計算，施工階段由原有襯砌和臨時支撐全部承擔，使用階段由內設套襯全部承擔，原來的襯砌不承擔。經計算，內設襯砌滿足受力要求。

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；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步為敷設拱墻防水層，模筑拱墻襯砌；第6步為施作隧道內部結構。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—臨時橫撐； 3—電纜防護板； 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

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，設置I22b@500 mm工字鋼水平支撐，支撐于隧道拱腳。在洞身底角設置鎖腳錨管，并注入水泥-水玻璃雙液漿。隧道拱部壁后注漿，為開挖底板提供穩定結構。

用雙層絕緣板對全線隧道電纜及支架進行圍閉，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，進行隧道底板混凝土的破除開挖，按設計深度進行跳槽分段施工。破除采用風鎬或電鎬進行，并割除結構中的鋼筋。

破除開挖過程中為確保圍巖穩定，保證施工質量，對地下水采用“堵排結合”的方法，在隧道底板范圍內打設垂直導管注漿，隧道內設截水溝、排水井等進行降水，認真做好殘留地下水和施工廢水的排放工作，確保隧道內無積水。

開挖過程中控制循環進尺，以減少開挖施工對巖層的擾動；加快封閉速度，確保隧道結構的穩定。開挖過程中應加強監控量測，及時反饋分析數據，根據監測數據指導現場施工。

5.2.3施作底部防水層及保護墊層，澆筑底板混凝土

施作防水板后要立即施作保護層，綁扎底板鋼筋，鋼筋驗收后，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，保護后恢復送電運行。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車上，施工過程中不拆裝，臺車下部為可調節整體臺車升降的150 mm絲桿，絲桿下部為可帶動整體臺車行走的行走輪，與可升降行走的臺車同步前進。臺車為750 mm/圈，用水平工字鋼相連，全長9 m，拱部預留3個混凝土進料口。

隧道共有4個地面井口供施工時使用，井口間的最大距離約400 m，隧道兩邊相向施工，因此，最遠泵送距離為200 m。根據隧道施工經驗，隧道二次襯砌最遠可以泵送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，通過調節泵送壓力，在最后只剩拱部混凝土時，調小泵送壓力，均勻泵送。同時，間隙開動附著于臺車上的附著振動器，通過振動使澆筑于臺車內的結構混凝土密實，從而保證混凝土結構質量。

二次襯砌結構混凝土強度達到設計強度時，及時進行背后填充注漿。

5.2.6施作內部結構

恢復電纜支架和電纜，澆筑人行道結構，全隧道安裝調試照明設備及視頻監控設備。

5.3整治效果

目前該整治工程已竣工，隧道結構穩定，隧道內無漏水，只有少量滲水，空間安排合理，滿足電纜運行和人員檢修需要，且電纜運行正常，取得了較好的整治效果。整治后的隧道內景見圖5。

圖5　整治后的隧道內景

6結論與體會

1)隧道產生病害的過程很復雜，主要包括設計、施工、地質等因素，只有對隧道進行詳細調查后才能找到病害產生的真正原因。該隧道病害整治工程對隧道進行了全面檢測，提出破除底板后增設內襯的病害處理方案，較好地解決了隧道病害問題。實踐證明，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)該隧道整治的關鍵在于對水的處理，保證無水施工是工程順利進行的必要條件。該隧道出現如此嚴重的病害，其原因之一就是在勘察設計階段未重視對地下水的處理。

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

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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：U 455

文獻標志碼：B

文章編號：1672-741X(2016)04-0474-05

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

第一作者簡介：王蓉蓉(1986—)，女，山東茌平人，2010年畢業于天津大學，結構工程專業，碩士，工程師，現從事地下工程結構設計和研究工作。E-mail: wxrl2002@126.com。

收稿日期：2015-08-21; 修回日期: 2015-11-18