盤道嶺隧洞除險加固工程實施效果評析

【摘要】已建工程病險問題除險加固是確保工程安全運行、延長工程使用壽命的重要工程措施。病險工程除險加固首要任務分析清楚病險問題產生的原因，針對性提出解決問題的設計方案，及時組織施工消除安全隱患。

【關鍵詞】除險加固；效果；評析

一、盤道嶺隧洞除險加固工程概況

盤道嶺隧洞長15.728km，設計斷面為城門洞型反拱直墻斷面，凈寬4.2m，凈高4.4m，設計流量為29 m3/s，加大流量為34 m3/s，縱坡I=1/1000，洞身砼襯砌糙率系數N=0.015。洞身為復合式襯砌型式，一次支護襯砌采用錨桿、鋼筋網和鋼拱架噴C20砼厚0.1-0.15m，二次襯砌支護采用C20素砼澆筑。盤道嶺隧洞是在軟～極軟巖地層和少量的第四系地層通過，其地層巖性復雜，地質條件惡劣。通水運行22年來，幾經大的加固處理，洞內仍多處存在安全隱患：如多處洞身側墻和拱頂襯砌砼裂縫、鼓脹變形，不斷有新裂縫產生，原裂縫有發展變化趨勢；部分洞段地下水伴有白色析出物滲出；洞底、側墻及拱頂有砼腐蝕剝落現象。根據2010年3月管理局與省水利科學研究院對隧洞砼裂縫進行的調查結果，其主要病險段長2756.6m，一般病險段長642m，普查觀測洞段長11378.4m，無裂縫洞段長946.154m。主要病險地段是洞身裂縫縱橫交錯、裂縫錯位、寬度大，滲水量嚴重，影響工程安全運行。除險加固病險段樁號為64+482.68～66+554.68、71+740.68～71+923.68、76+719.68～78+309.68三段共長3845m。

二、設計優化方案選擇

本次設計初步考慮三種加固維修方案，分述如下：

方案一（現澆C30鋼筋砼套襯方案）：該方案設計在盡可能小的占用隧洞過流斷面的前提下，現澆C30鋼筋砼襯砌加固方案，襯砌內斷面型式為馬蹄形，厚度為0.25m。在裂縫嚴重段設隨機錨桿，錨桿直徑φ25，長6m，排拒1.5m，梅花型布置；洞頂拱120?范圍內布設回填灌漿孔，排距3.0m，梅花型布置；洞頂和側墻布設深8.0m固結灌漿孔，排距3.0m，梅花型布置。在洞內迎水面為降低糙率、滿足過流要求，采用塑料板護壁。洞身設計水位以上隨機布設φ50排水孔，排拒3.0m。

方案二（鋼拱架+錨桿加固方案）：根據盤道嶺隧洞現狀存在的問題， 該加固方案設計在盡可能小的占用隧洞過流斷面的前提下，采用鋼拱架結合錨桿加固處理方案， 系統錨桿采用直徑φ25，長6m，間距3m，梅花型布置， 隧洞底部拱腳處布設拱架鎖腳錨桿（與拱架同間距，0.5m）。鋼拱架（I18工字鋼）的布設在二次襯砌砼結構表面，在洞內迎水面為降低糙率、滿足過流要求，采用厚8mm鋼板護壁，鋼板背部澆筑C25自密實砼，厚度為18cm。洞頂拱120?范圍內布設回填灌漿孔，間距3.0m，梅花型布置；洞頂和側墻布設深8.0m固結灌漿孔，間距3.0m，梅花型布置。洞身設計水位以上隨機布設φ50排水孔，排距3.0m。

方案三（病險洞段繞線方案）：由于盤道嶺隧洞破損段不連續，重點病線段主要集中在1#斜井～2#斜井、7#斜井～洞出口段，1#、2#、7#斜井出口均位于盤洞左側，該方案需利用原來的斜井在盤洞左側平行新建兩段隧洞，替換現狀盤洞重點病險段。根據地形條件，在地形圖上量測得1#斜井～2#斜井段繞線新建洞身長度為1.45km，7#斜井～洞出口段繞線新建洞身長度為2.3km。綜合分析三種加固方案，各方案的優缺點如下：

方案一：主要優點是除險加固方案比較常規；施工相對較簡單，工期容易保證。主要缺點是套襯斷面最小襯砌厚度為0.25m，隧洞過流斷面縮小，需在洞壁采取減糙措施。方案二：主要優點是隧洞過流斷面面積相對較大，內襯鋼板可以當做砼澆筑的模板，避免了砼澆筑時的臨時支護。主要缺點內襯鋼板距原洞壁僅18cm，焊接困難；內襯鋼板需要防腐。方案三：主要優點是隧洞施工可以連續進行，不受灌溉期供水影響，施工干擾小。主要缺點新建隧洞不可預見的因素較多，施工難度較難預測，需做一定的地質勘查工作進一步論證可行性。

綜上所述，三種加固維修方案均可行，但從施工難度、工期、風險因素等方面綜合考慮，方案三需要做一定的地質勘查工作做技術支撐。方案一、方案二是在原洞身內除險加固，原洞段地質情況、支護、襯砌情況比較清楚，除險加固方案可靠性大，所以，本次設計重點將方案一和方案二作為主選方案進行技術、經濟方面比較。

經比較：方案一施工相對較簡單，工期短，建筑工程投資低，在套襯斷面減糙（n=0.012）的情況下，可以滿足隧洞過流要求。方案二較方案一難度大，內襯鋼板焊接難度較大，進度慢，工期長，建筑工程投資高（方案二每公里投資比方案一高292.57萬元）。綜合考慮分析，本次設計推薦方案一為盤道嶺隧洞除險加固方案。

三、施工管理效果顯著

盤道嶺隧洞除險加固工程三段總長3845m，加固斷面型式為馬蹄型，斷面尺寸3.7×3.9m（寬×高），襯砌混凝土為現澆C30（抗酸、抗凍F200、抗滲W4），δ=25CM?；炷凉こ塘?5146 m3，鋼筋制安1963t。劃分為兩個施工標段，分別由兩家施工單位中標承建，隧洞進、出口方向設兩個施工斷面。

（一）現場施工的難度分析

1、施工空間比較狹窄。施工作業場地均在隧洞內，側墻、拱頂混凝土澆筑以20米為單元，采用2臺軌道行走全自動液壓模板臺車流水作業?；炷涟韬蠄龅卦O在洞外，由混凝土罐車從拌合場地運輸到澆筑現場，混凝土泵送入倉，平均運輸距離為2.5km，施工車輛洞內無法掉頭，只能倒進順出?，F場作業環境狹窄，洞內滲水較多，環境潮濕，機械設備倒轉存放、人員進出不便，施工進度受現場各種因素制約，無法加快。

2、施工合同工期為2013年9月20日至2015年12月31日，有效施工時段均為灌溉停水期。其中秋季8月10日至9月30日50天，冬春季為11月15日至次年3月25日，有效施工天數為130天。灌溉停水期結束前，按要求及時撤出施工設備，通水運行。施工連續性較差，混凝土工程質量控制難度較大，冬季混凝土拌合工程需采取嚴格保溫措施。

（二）施工進度控制

施工開始后，由于施工單位管理人員缺少類似工程施工經驗，對施工難度估計不足，施工準備不充分，導致混凝土工程開工后，施工工序錯亂，先后銜接不順，機械設備故障頻出。冬春季130天施工期，實際完成200m，和計劃施工進度相差600m。施工進度嚴重滯后。針對施工過程中出現的困難和問題，建設方、施工單位、監理單位認真分析施工過程，分解施工段，確定采用流水施工組織方法控制施工進度。

流水施工組織作業法進度控制計劃編制

將隧洞加固工程分解為6個施工過程，按施工過程成立相應工作隊，各工作隊按施工過程順序依次完成施工任務，施工在施工過程上連續、均衡地進行，是相應專業工作對間最大限度地實現搭接施工。

1.1 施工過程順序分解。刨毛→排水防滲→鋼筋綁扎→鋼模臺車就位校正→混凝土澆筑→拆模養護。

1.2流水施工組織形式及步距的確定。盤道嶺隧洞除險加固工程進度控制經過施工勞力調整分配，進度計劃控制采用了等節奏流水施工。

1.3將隧洞混凝土澆筑施工過程流水線進度安排畫成橫道圖。

1.4把多條流水線搭接起來，成為初步進度計劃。搭接方法與確定流水步距相同，只是把各相鄰流水線，在前施工的最后一個隊組與在后施工流水線的最先施工隊組搭接即可，各流水線內各隊組相對間隔時間不變。

1.5調整進度計劃。檢查進度計劃是否符合工期要求，如果不符合則要進行調整，可以通過加強關鍵線路上施工投入來縮短工期。

盤道嶺隧洞除險加固項目按照流水施工編制了施工進度總計劃，總進度計劃按照合同工期控制；按年度編制進度年度計劃；并編制了秋季停水期50天施工進度計劃和冬季停水期130天施工進度計劃。

施工進度計劃監測依據編制的施工計劃進度和每天實際施工進度記錄的進行對照檢查，找出進度計劃和實際進度偏差，對進度偏差時間較小的工序適當的增加專業施工隊勞力和機械設備，盡量調整到進度計劃控制的進度時間。由于施工進度監測期間，隨著施工工藝的熟練，實際施工過程各專業隊施工進度均有進步，不斷壓縮施工時間，施工進度計劃均提前完成，總的施工實際進度超計劃進度15天完成。

（三）施工質量控制

施工質量控制是施工管理的重點工作。盤道嶺隧洞除險加固工程施工質量控制的核心工作是C30鋼筋混凝土襯砌施工澆筑質量，從設計到施工階段建設單位進行了全過程、全方位、全天候的質量控制。

1.施工設計階段設計單位認真分析盤道嶺隧洞襯砌混凝土受破壞的原因，結合混凝土工程的生產使用特殊環境，從混凝土抗壓、抗剪、抗拉、抗酸、抗凍、抗滲等指標方面，反復計算校核，選擇了抗壓強度為C30鋼筋混凝土，抗酸、抗凍為F200，抗滲W4，δ=25CM的混凝土設計指標。

2.混凝土工程開工前，在監理人員的監督下，施工單位將混凝土拌合所采購的水泥、砂石骨料、外加劑等材料送到省水科所水工實驗室進行材料合格檢驗和施工用配合比確定。施工過程中監理人嚴格按照實驗室確定的配合比監督執行，對進場水泥、砂石料進行嚴格檢查，嚴格執行不同批次和數量進行送檢的規范要求，合格后方可使用，檢驗不合格材料及時清理出場地。

3.嚴格控制混凝土拌合、運輸、入倉操作等施工工序。

在隧洞進、口設置兩座混凝土拌合站，分別配置1臺JS500雙臥軸強制式拌和機，1臺3斗HPD-800自動配料機，1臺200T散裝水泥儲罐，1臺ZL50D裝載機后臺上料，2臺6m3混凝土攪拌運輸車輛，配備一臺HB40柴油混凝土輸送泵?；炷凉こ贪韬仙狭吓浔确Q重全部實行自動化控制，混凝土運輸由2臺攪拌運輸車輛輪流運輸至澆筑面，配合輸送泵快速入倉?；炷吝\輸期間罐車保持攪拌筒轉動，有效防止混凝土運輸過程中產生凝固現象和污染。

4.混凝土襯砌澆筑模板均采用鋼模臺車，保證了澆筑質量。洞身頂拱混凝土澆筑模板，按照澆筑尺寸在中鐵二十局定制加工4臺鋼模臺車，模板采用8mm鋼板加工成型后，現場焊接拼制，以電機驅動行走機構帶動臺車行，利用液壓油缸和螺旋千斤頂調整模板到位及收模。通過臺車的移位→模板到位→混凝土澆筑→收?！B護，完成一段混凝土澆筑的施工過程。鋼模臺車具有結構可靠、操作方便、移動速度快、隧洞成型面光滑等優點，鋼模臺車襯砌時混凝土大面積襯砌成型，減少了小型模板施工時模板接縫空隙對壁面糙率的影響；表面經拋光處理，相對糙度較低，大大減小了混凝土表面的蜂窩麻面、微小凹凸物，使混凝土表面光滑、糙率減小。

施工質量控制從審查施工單位質量管理體系是否健全有效，嚴把施工材料進場檢驗關口，監督 “三檢制”交接班制度執行，嚴格規范施工工序，監理單位落實旁站、巡視、平行檢驗等制度，施工質量得到有效控制。

四、混凝土澆筑面滲漏水處理

隧洞洞身、拱頂混凝土澆筑面地下水從縫隙不斷滲水，混凝土澆筑時，內部滲水在混凝土洞身形成滲水通道，致使混凝土終凝后形成裂縫。未解決混凝土澆筑面滲水，采取了深孔集流引排（導流）和表面雙模盲溝引滲水的工程措施，取的了良好的效果。

1. 深孔集流引排（導流）：在施工段洞內視地下水出水部位分別在洞頂、拱肩、洞壁設深孔集流引排設施，首先選適當位置造孔，孔深6米、孔徑42mm，而后用土工布將Φ32聚乙烯花管包裹并用鐵絲纏繞置入孔內，并在洞壁臨界接觸面將花管周邊用防水材料封堵，用同型號聚乙烯彎頭將花管與引水管連接，固定后沿洞壁至洞底面，接彎頭伸向二次澆筑層外用來排水。

2. 雙模盲溝網引排滲水：為防止洞壁滲水進入混凝土澆筑倉內，在洞身滲水面安放雙模盲溝網，外護1mm鍍鋅鐵皮，用射釘槍將鋼釘打入洞壁混凝土固定，將滲水引入鋼模臺車底部縫隙處排出。

五、盤道嶺隧洞除險加固工程實施效果評價

1.有效解決隧洞存在的主要病險問題，保證了工程安全運行

盤道嶺隧洞除險加固段工程在設計階段對加固方案進行了優化篩選，將加固段隧洞城門洞反拱直墻斷面型式改建為馬蹄形斷面型式，混凝土襯砌洞身承壓得到加強，特別是洞身穿越軟巖-極軟巖地質構造，增強了洞身的承壓力，防止外力對洞身破壞。經過三年的運行觀測，加固段襯砌混凝土洞身結構未產生裂縫等破壞情況，除險加固項目設計方案優選比較成功，消除了隧洞安全隱患，達到項目建設預期目的。

2.混凝土工程施工工藝先進，質量控制效果顯著，節省了施工工序，節約了預算投資

混凝土襯砌工程模板全部采用鋼模臺車，襯砌時混凝土大面積襯砌成型，減少了小型模板施工時模板接縫空隙對壁面糙率的影響；表面經拋光處理，相對糙度較低，大大減小了混凝土表面的蜂窩麻面、微小凹凸物，使混凝土表面光滑、糙率減小。2015年10月至2016年10月，總干渠管理處對盤道嶺隧洞除險加固段進行了糙率原型值觀測，隧洞進口CH64+482.68-66+554.68已加固中間段為0.01116、隧洞出口CH76+719.68-78+309.68已加固中間段為0.01052。實際輸水工程總是存在彎道、斷面變化以及渠系建筑物等阻水因素，工程設計為保證安全，應將壁面粗糙度、斷面幾何形狀、彎道、漸變段、渠系建筑物、渠道淤積物、施工質量、使用年限、養護條件等因素歸并到糙率中考慮，這時的糙率系數為綜合糙率。在結合試驗結果并綜合考慮上述因素的前提下，省水科所根據試驗結果推薦糙率取值為0.0112，并以此糙率計算分析盤道嶺隧道加固段過流能力。

盤道嶺隧洞除險加固工程原設計中利用粘貼塑料板護壁來減少糙率（n=0.012），以該種方法達到隧洞斷面減小，但不影響過流能力的效果。粘貼塑料板護壁預算投資1195.62萬元，經除險加固后未粘貼塑料板護壁洞段的糙率原型觀測和過流能力分析，糙率原型觀測值為0.01116、0.01052，小于原設計粘貼塑料板護壁后的設計值。在先進的鋼模臺車施工條件下，混凝土避免糙率大幅減小，隧洞過流能力明顯提高的前提下，可不再實施粘貼塑料板護壁的措施，減少工程投資1195.62萬元。

參考文獻：

[1]盤道嶺隧洞過流能力觀測分析研究

作者簡介：呂青春，（1974.09--），男， 漢族，甘肅永登人 ，?？乒こ處?，甘肅省引大入秦工程管理局，研究方向，水利工程管理。