白樺山隧道通風區段綜合病害搶修處置措施

劉紅智/中鐵十五局集團第二工程有限公司

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白樺山隧道通風區段綜合病害搶修處置措施

劉紅智/中鐵十五局集團第二工程有限公司

【摘 要】特長隧道通風區施工，由于結構較為復雜，施工難度大，交叉作業多，施工時容易出現諸多不可預見因素，本文通過對白樺山隧道通風區施工時出現的一系列病害，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。

【關鍵詞】隧道；通風區；綜合病害；搶修；處置

1.工程概況

某高速公路白樺山隧道設計為分離式隧道，左線長6678m，右線長6739m，隧道通風采用互補式+右線集中排出式組合通風方案，通風斜井在右線YK19+520處與主洞聯通，左線主洞ZK19+539通過聯絡風道與右線主洞YK19+520聯通排煙。通風區段布置圖如下：

圖1-1　隧道通風區段平面布置圖

2.出現病害情況

該通風區段原設計圍巖為Ⅳ級，設計S4b復合式襯砌類型，而現場實際揭露圍巖為強風化灰黑色頁巖，薄層狀巖體松散，變形時間效應明顯，屬極軟巖，巖面潮濕，有裂隙水，巖體遇水軟化，洞身穩定性差。根據超前地質預報及現場圍巖情況判定，該通風區段圍巖屬于Ⅴ級圍巖，原設計的S4b圍巖支護參數無法保證施工安全和結構穩定，經四方會議研究決定，將該段圍巖級別由Ⅳ級變更為V級，襯砌支護類型由S4b變更為S5b。

施工前制定了專項施工方案，施工過程中嚴格按照方案進行施工，當施工至互換式風道及變電所橫洞開挖支護完成，風機控制室開挖支護即將完成，風機洞室開挖下臺階剩余不足10米時。發現主洞二次襯砌在各洞室口兩側位置、主洞邊墻、主洞拱腰等位置出現開裂、壓碎、剝落等現象，混凝土剝落位置二襯鋼筋嚴重變形，成U形或V形。緊接著風機房和風機控制室初支發生嚴重變形，側壁中間位置最大向外鼓出量超出50厘米。由于當時處于雨季，且現有支護由于受力變形，支撐體系受到極大破壞，個別部位機構作用處于失效狀態，對隧道的安全造成重大隱患，鑒于此項目部立即采取措施展開搶險施工，對該段破壞較大的部位進行修復和加固。

3.原因分析

3.1根據超前地質預報及現場圍巖情況判定，該通風區段圍巖屬于Ⅴ級圍巖，穩定性極差，按照設計要求網絡通風區段應設置在IV級及以下等級圍巖內，而實際情況處于V級圍巖區段。

3.2因業主通車目標和節點要求工期緊張，該區段左右線主洞、通風區的互換式風道、變電所橫洞、風機洞室、風機控制室等洞室同時施工，施工速度較快，加之各洞室斷面均較大，同時施工使各洞室之間施工擾動產生疊加效應，致使該區段較大范圍內的圍巖受擾動作用，處于不穩定狀態。

3.3此區段埋深400米左右，地應力較強，隧道開挖完成后隨著地應力的不斷釋放，對隧道結構造成較大影響。

3.4施工季節處于雨季，且降雨頻繁、持續不斷，圍巖內隨著雨水的下滲，含水量不斷加大。

4.處置方案

為保證施工安全和結構穩定，避免病害進一步擴大，應立即停止該段施工，并對已施工段落進行加固。經過多方論證，特制制定搶修處置方案：對通風區段出現病害嚴重的二襯段落增設臨時鋼支撐加固；對嚴重變形的風機洞室、風機控制室采用自進式中空錨桿注漿固化圍巖；對侵限初支進行換拱修復，將侵限部分挖除；對病害嚴重的二襯破除后重新施工，并將混凝土強度由原來的C25提升至C30。

4.1增設臨時鋼支撐

對病害嚴重的二襯段落采用臨時鋼支撐進行加強，臨時鋼支撐采用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，連接鋼筋環向間距1米。在各洞室口位置即風機洞室口、互換式風道洞室口、變電所橫洞、風機控制室洞室口等，洞口左右1米范圍內，以及病害嚴重二襯段落兩端的臨時支護進行加密設置，縱向間距30cm。臨時鋼支撐加固布置示意圖如下：

圖1-2　臨時鋼支撐加固布置示意圖

施工注意事項：

4.1.1先從互換式風道洞室口位置開始施工，向小里程方向連續進行施工。

4.1.2臨時支護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，起到臨時支護的支撐作用。

4.1.3拱架的底部必須堅實，嚴禁脫空，可以采用型鋼和鋼板的支墊的方式進行。

4.2自進式錨桿固化圍巖

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

圖1-3　自進式錨桿加固布置示意圖

施工注意事項：

4.2.1錨桿打設盡量做到垂直于工作面，以達到最好的受力狀態。

4.2.2錨桿打設盡量采用干鉆打設，干鉆打設困難時采用水鉆法，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注漿時嚴禁壓力過大，以免造成應力過大對既有結構的二次傷害，以孔口注漿飽滿，四周小范圍擴散即可。

4.2.5注漿前，認真做好機具設備的檢修工作，并用清水進行試運轉，發現問題及時排除和修復，使其處于良好工作狀態。對注漿管路系統，包括接頭、閥門等，認真檢查，如有破損，予以更換，不好用的接頭、閥門，不得使用，以免注漿時在較高壓力下發生脫扣的危險事故。

4.2.6漿液在高速攪拌機內攪拌，嚴格按照施工配合比進行投料，攪拌機布置有兩個制漿桶，保證水泥漿液的施工供應和漿液拌制質量。

4.2.7結束注漿后，防止管路堵塞，應盡快卸開孔口接頭，開清水泵沖洗管路，以免造成管路中的剩余漿液凝結、堵塞管路。注漿作業前后配合，統一指揮，保證注漿計劃的實現。

4.3侵限初支換拱修復

自進式錨桿施工完畢，注漿強度符合要求后，開始對變形侵限的初支進行換拱修復。修復前，先將未封閉成環的仰拱初支、仰拱及仰拱填充等施作完畢，封閉成環以保證整體穩定。采用風鎬在侵限變形段初期支護拱架處開槽，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，清理突出巖面至設計輪廓線，立即安裝新的拱架，并按設計要求施作系統錨桿、鎖腳錨桿等，新拱架也與打設好的自進式錨桿焊接牢固。采用同種方法處理好第二榀侵限拱架后，利用風鎬鑿除兩榀拱架之間侵限初期支護噴射混凝土等，按設計圖安裝新的鋼筋網片、縱向連接筋、系統錨桿等，報監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侵限拱架。施工注意事項：

4.3.1換拱施工、清理突出圍巖等，應由洞口向洞內，由上向下盡量采用人工形式施工，以避免對圍巖的震動過大，人工清理困難時可采用小破碎錘輔助施工，嚴禁采用爆破清理侵限作業。

4.3.2各個施工工序要做到施工迅速不脫節，在最短的時間內施工完成，在每道工序結束前，下道工序的人員和材料要抵達施工現場，做到工序緊密連接。

4.3.3換拱時，新舊拱架間要連接牢固，螺栓施做困難時可采用焊接方式，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縮腳錨桿應向下帶一傾角，提高拱架的抗收斂效果，拱架與鎖腳小導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行，嚴禁冒進施工，引起塌方。

4.4受損二襯破除修復

為減少對圍巖和初期支護的擾動，確保安全，對病害嚴重的二襯采用靜態爆破聯合小破碎錘、風鎬破除。靜態破碎拆除前為避免靜態破碎影響相鄰二襯，預破除二襯與相鄰二襯之間應鑿除30cm左右的凹槽，作為應力釋放區。炮孔采用多排孔方格網型布設，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，施工經驗數據如下：

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

靜態破碎后，二襯破除應按照“先拱后墻，自上而下”的原則進行，嚴禁隨意進行開槽鑿除作業。混凝土拆除后，拆除原有鋼筋、防水板、盲管等，切割二襯鋼筋時預留搭接長度，接頭錯開35d。根據現場實際情況，在出露的初支混凝土表面埋設監控點，如有初支侵限情況，修復后再進行下一環節施工。根據二襯模板臺車工作長度，每拆除一個工作長度的二襯后，立即按設計要求重新布設盲管、防水板、無紡布、止水帶等，綁扎鋼筋后，重新澆筑二襯混凝土。待混凝土達到強度后，再進行下一循環作業。施工注意事項：

4.4.1二襯混凝土破除前，對設計的靜態爆破參數可進行現場試驗，試驗合格后，方可進行大面積拆除工作。如果試驗段破碎效果不理想，可及時修正施工參數，試驗段可設置為兩排炮眼。

4.4.2靜態爆破施工作業人員，需佩戴護目鏡，不戴護目鏡屬違章操作。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已裝藥的鉆孔。觀察裂隙發展情況時應更加小心，盡量遠離裝灌點。此外施工現場應專門備好清水和毛巾，沖孔時如藥劑進入眼內和皮膚上，應立即用清水沖洗，情況嚴重者立即送醫院清洗治療。

4.4.3鑿除二襯混凝土時，如果對初支混凝土表面造成損傷，應首先將初支混凝土修補至表面平整密實，達到鋪設防水板、無紡布的平整要求。

4.4.4二襯混凝土每循環破除施工長度，應根據需破除的二襯總長度合理布置,單節破除長度易設置為3-5米/循環,不宜過長。環向拆除作業時可分5次拆除，即按照“拱部--破損較重側拱腰--另一側拱腰—破損較重側邊墻—另一側邊墻”施工順序作業。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鋼筋及防水板臺車就位后，應首先清理殘留的混凝土塊、鋼筋、防水板等，理順盲管排水網絡，無紡布、防水板鋪設時松緊適度，避免過緊被撕裂或過松形成人為蓄水點，接頭、搭接等嚴格按規范施作。重新施工二襯段的防排水系統應格外注意，尤其新舊交接部位，重新鋪設的排水盲管可適當加密，并在二襯環向施工縫位置和縱向施工縫上方位置各增設一道，并預留出水口，確保排水通暢。

5.安全注意事項

5.1隧道搶修施工前，制定專項的安全應急預案和領導值班制度，明確責任人。所有施工人員和管理人員必須進行安全教育，進入施工現場佩戴好安全防護用品，高度2m以上施工作業即屬于高空作業，必須配備高空安全防護用品，每班施工前，專職安全人員必須進行安全講話，提醒危險源和不安全征兆。

5.2所有施工平臺應做必要的加固措施，檢修各連接點，設置好護欄、作業平臺、防墜落物等安全防護措施。施工前，各類施工設備必須進行檢查，特殊設備操作人員持證上崗，普通設備操作者也應培訓合格后方可上崗。

5.3無關人員不得進入施工現場，施工期間現場帶班人員要注意協調指揮好現場的施工，保證各工序緊密連續，平穩可控，不得冒進施工。現場配備專職安全人員，注意觀察各作業面的情況，發現險情及時通知現場人員，避免出現機翻人傷，墜落物傷人、傷機械等事故。

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

5.5合理布置監控量測點，在施工過程中產生的變化進行觀測，提供數據指導施工。監控量測的頻率根據相應規范要求進行，可適當增加，由于原初期支護變形量較大，部分結構受力出現損傷，每天監測頻次不少于3次，監測結果及時反饋。如果發現圍巖變形突變，應該馬上停止所有施工作業，人員撤離現場，分析突變原因，并及時向應急處置小組匯報，研究進一步處理方案。

6.小結

白樺山隧道通風區搶修施工，其結構較為復雜，施工難度較大，危險系數高，期間多次邀請專家進行現場查勘指導，搶修方案經多方論證，處置措施有效得當，目前該隧道已全線通車，并投入使用。該通風區段洞室數量較多，且均處在交叉狀態，洞室之間距離也較近，相互之間干擾大，以后如遇類似地質復雜兼結構復雜的隧道施工應嚴格遵守“先治水，短開挖，弱爆破，強支護，早襯砌，勤量測”的十八字真言，利用先進探測技術輔助施工，預防隧道出現坍塌或不良災害。