王曉艷
(江西省贛撫平原水利工程管理局,江西 南昌 330096)
東江水源工程是深圳市政府為長遠(yuǎn)解決深圳水資源短缺問題而投資建設(shè)的大型跨流域調(diào)水工程[1],是深圳兩大境外引水工程之一。工程東起惠州東江,西至深圳市寶安區(qū),引水干線全長106 km,以“長藤結(jié)瓜”的形式橫穿深惠兩地。工程分一期、二期建設(shè),分別在2001 年和2010 年建成并全面通水,引水規(guī)模達(dá)到7.2 億m3。作為廣東省“九五”重點水源建設(shè)項目,東江水源工程在2010年特區(qū)建立30 周年之際當(dāng)選“深圳市30 年30 個特色建設(shè)項目”之一,被譽(yù)為深圳的“生命線工程”。為保證該工程的安全運(yùn)行,每年10月左右均會全線停水進(jìn)行檢修,檢修時間為期30 d。碧嶺隧洞是東江水源工程的重要組成部分,全長1.7958 km,斷面型式為城門洞型的低流速無壓隧洞,隧洞設(shè)計斷面為凈寬4.2 m,高5.3 m。該隧洞進(jìn)口底高程為44.05 m,出口底高程為38.06 m,隧洞設(shè)計底坡1/3000;隧洞工程等別為Ⅱ等,主要建筑為級別為2 級次要建筑物級別為3 級。
在2011 年停水檢修期間發(fā)現(xiàn)部分洞段邊墻出現(xiàn)細(xì)微裂縫。2012 年3 月,坪山新區(qū)湯坑社區(qū)保障性住房項目開工建設(shè),該項目施工范圍臨近碧嶺隧洞(受影響洞段K64+754.5 ~K64 +972.5),保障房施工基礎(chǔ)距碧嶺隧洞結(jié)構(gòu)最近僅為十幾米。受施工影響,隧洞已發(fā)現(xiàn)裂縫將進(jìn)一步發(fā)展擴(kuò)大,存在較大安全隱患;若對方施工不慎,極有可能造成隧洞結(jié)構(gòu)損傷,嚴(yán)重將導(dǎo)致隧洞坍塌,后果不堪設(shè)想。因此需要立即對隧洞洞段進(jìn)行加固處理,以保障隧洞結(jié)構(gòu)安全。
在裂縫檢測過程中發(fā)現(xiàn)大小裂縫30 余條,其中有5m 以上的縱向裂縫18 條,10 m以上的縱向裂縫8 條,4 條貫穿性裂縫。裂縫具有以下特點:大部分縱向裂縫位于拱頂,并向邊墻擴(kuò)展延伸,裂縫分布呈不規(guī)則;4 條貫穿性裂縫有滲水和鈣質(zhì)析出,呈白色;檢測初期僅有少量裂縫,但裂縫擴(kuò)大發(fā)展很快,裂縫分布密集。根據(jù)有關(guān)資料及現(xiàn)場分析,產(chǎn)生裂縫的原因有:
(1)地質(zhì)情況。碧嶺隧洞洞線圍巖分布主要有石英砂巖、粉砂巖、含炭泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖等,巖石較為軟弱,巖體破碎易風(fēng)化,部分洞段位于地下水位以下,巖體穩(wěn)定性較差。在設(shè)計施工時對圍巖地質(zhì)情況探測分析不到位,是產(chǎn)生裂縫的主要原因。
(2)支護(hù)及襯砌方式。碧嶺隧洞初期支護(hù)方式有圍巖較穩(wěn)定洞段采用噴錨支護(hù),噴混凝土厚度5 cm,較差洞段采用10 cm,在圍巖不穩(wěn)定及地下水影響較大洞段采用鋼拱架,間距1 m,二襯采用C25 素混凝土和C25 鋼筋砼厚30 cm兩種方式,洞頂只進(jìn)行回填灌漿,未進(jìn)行固結(jié)灌漿,選用的支護(hù)和襯砌形式不滿足圍巖穩(wěn)定及襯砌承載力要求。
(3)施工方式。施工方式及施工工藝也是造成隧洞裂縫的原因,初期支護(hù)、襯砌、混凝土澆筑、保養(yǎng)等施工方式不當(dāng),以及施工縫、變形縫及沉降縫施工不合理,也會造成隧洞開裂。
(1)回填壓注。當(dāng)隧道襯砌的后部與周圍巖石之間存在空腔時,引起襯砌承受不均勻的載荷,并且空腔部分不能產(chǎn)生被動抵抗力以抑制襯砌的變形。在這種情況下,可以采取回填壓注法進(jìn)行隧洞加固。
(2)內(nèi)表面加固。內(nèi)表面加固是在隧洞襯砌表面粘貼鋼板或玻璃纖維[2],以此限制裂縫的發(fā)展及結(jié)構(gòu)內(nèi)側(cè)開裂。從加固材料來說,無論是鋼板還是玻璃纖維均能較好地承受二次襯砌內(nèi)表面的拉應(yīng)力。由于玻璃纖維及鋼板彈性模量不同,總體來講鋼板的加固效果更好,但同時鋼板也存在自重大、加工不便的缺點。
(3)內(nèi)套鋼拱架加固。當(dāng)隧洞變形或裂縫主要是受到外部壓力而產(chǎn)生時,可以選用此方法。內(nèi)套鋼拱架加固是鋼拱架和混凝土結(jié)合體,既提高了加固強(qiáng)度,又提高了結(jié)構(gòu)剛度。但該方法必須以隧洞內(nèi)有足夠的富裕凈空為前提。
碧嶺隧洞應(yīng)急加固主要考慮以下幾個方面:①東江水源工程停水檢修時間短,總工期為30 天,碧嶺隧洞加固必須在30 天內(nèi),甚至更短時間內(nèi)完成,以確保通水;②碧嶺隧洞加固段距檢修支洞口較遠(yuǎn),且隧洞斷面凈寬僅為4.2 m,大型機(jī)械設(shè)備、車輛及材料等運(yùn)輸不便;③碧嶺隧洞加固主要是預(yù)防隧洞受外部施工影響出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性損傷;④碧嶺隧洞為引水隧洞,隧洞加固、恢復(fù)供水后不能影響過流面。
基于以上隧洞加固方法的優(yōu)缺點分析及結(jié)合碧嶺隧洞的實際情況,內(nèi)套鋼拱架加固方法作為碧嶺隧洞應(yīng)急加固優(yōu)選方法。
本次施工主要內(nèi)容為:對樁號K64 +754.5~K64 +972.5洞段按間距75 cm進(jìn)行環(huán)向加固支撐,共計291 榀。鋼拱架結(jié)構(gòu)為:隧洞環(huán)向采用I14 工字鋼及8#槽鋼連接,沿隧洞軸線方向每0.75 m設(shè)置一道;相鄰兩鋼拱架之間通過角鋼連接;鋼拱架與隧洞襯砌之間通過M20 螺栓固定;對K64+932.5~K64 +972.5 間共計55 榀拱架底板槽鋼埋入底板并用細(xì)石砼回填。鋼拱架斷面見圖1。
圖1 內(nèi)套鋼拱架斷面圖
(1)施工流程
施工準(zhǔn)備、測量放線→鋼拱架制作→防腐處理→鋼拱架安裝→焊接角鋼→焊接槽鋼(回填細(xì)石砼)→補(bǔ)漆→驗收。
(2)施工工藝
開工前組織測量放樣,復(fù)測隧洞加固洞段樁號及斷面,準(zhǔn)確放出頂部拱架底端水平面。如果復(fù)測成果與設(shè)計圖有較大出入,應(yīng)報監(jiān)理工程師及時進(jìn)行調(diào)整,并在施工中及時復(fù)核。
鋼拱架嚴(yán)格按照設(shè)計要求采用型鋼制作,頂拱在鋼結(jié)構(gòu)加工場集中進(jìn)行冷彎加工。由于頂拱采用單根長度為6 m的工字鋼進(jìn)行彎制,長度稍短于頂拱弧長。相差部分,提前將部分彎制好的工字鋼按適當(dāng)長度進(jìn)行切割,然后與6 m彎拱進(jìn)行焊接,形成完整頂拱。
鋼結(jié)構(gòu)防腐涂裝工程前鋼結(jié)構(gòu)工程已檢查驗收,并符合設(shè)計要求;防腐涂裝在結(jié)合井外開闊地帶進(jìn)行,周邊設(shè)置警示帶進(jìn)行隔離。另外,現(xiàn)場需放置2 臺~4 臺干粉滅火器,防止發(fā)生火災(zāi);露天防腐施工作業(yè)應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)奶鞖?,大風(fēng)、遇雨等均不應(yīng)作業(yè)。
刷漆前,應(yīng)采用人工用鋼絲刷等將鐵銹、油污等清除干凈,避免涂刷后漆膜附著不牢。 底漆、刷漆、面漆以及涂層檢查與驗收均需要符合相關(guān)規(guī)定。
架立前,先用角鋼制作支架固定在叉車上,配合進(jìn)行安裝。安裝時,先進(jìn)行頂拱的安裝,將頂拱固定在叉車支架頂部進(jìn)行固定,垂直上升至頂拱,然后打入M 20 膨脹螺栓進(jìn)行固定,然后焊接安裝立柱,通過用吊線錘的方法調(diào)整拱架立柱的傾斜度,保證拱架在一豎直平面內(nèi),最后焊接底板槽鋼,即拼裝成一榀。架設(shè)鋼拱架時在拱腳以上30 cm高度處、頂拱處、豎向工字鋼及底板槽鋼共計打入16 組M20 膨脹螺栓,確保受力可靠。
待鋼結(jié)構(gòu)焊接完成后,應(yīng)對全部鋼拱架進(jìn)行檢查,對焊接接縫及安裝過程中掉漆部分及時進(jìn)行補(bǔ)漆施工,防止通水后銹蝕。補(bǔ)漆施工前先搭設(shè)活動腳手架,上下配合,提高效率。由于是引水隧洞,補(bǔ)漆作業(yè)時下部應(yīng)隨上部作業(yè)進(jìn)度鋪設(shè)彩條布等,避免油漆污染水源。
因2012 年隧洞加固時,前55 榀采用底板開槽埋入方式,后回填混凝土修復(fù)。受檢修時間影響,混凝土凝結(jié)時間不夠,通水后,部分混凝土被水流沖刷,本年停水檢修期間對其進(jìn)行進(jìn)一步修復(fù)。采用C25 細(xì)石砼修復(fù),并搭設(shè)砂袋圍堰,保證干地施工。
(1)拱架的制作及安裝
每榀鋼拱架全長13 m,頂部為拱形。為此,鋼拱架頂拱部分由工廠先進(jìn)行拉彎處理,運(yùn)至施工現(xiàn)場后進(jìn)行接長,然后在洞內(nèi)與立柱和底板槽鋼進(jìn)行焊接連接。
(2)鋼拱架的運(yùn)輸
由于施工面是在引水隧洞內(nèi),洞口距地面垂直高度約15 m,洞內(nèi)水平運(yùn)距最遠(yuǎn)達(dá)250 m。鋼拱架頂拱及立柱制作完成并進(jìn)行防腐后,統(tǒng)一由25 t吊車由結(jié)合井外吊入洞內(nèi),然后再由人工推車等配合轉(zhuǎn)運(yùn)至工作面。
(3)合理安排施工
停水檢修總工期共30 天,碧嶺隧洞的加固必須在停水檢修期間完成。為此,提前安排充足人員采用兩班倒輪流施工的同時,安排油漆班組、拱架架設(shè)班組、焊接班組、混凝土班組進(jìn)行流水作業(yè)。
(4)底板槽鋼焊接
隧洞內(nèi)有大量自產(chǎn)水影響焊接施工。為此,除在洞口結(jié)合井處安排2 臺7.5 kW水泵進(jìn)行24 h不間斷抽水外,還要在施工作業(yè)面前后搭設(shè)砂袋圍堰確保焊接作業(yè)。
因停水檢修時間短、工期緊,碧嶺隧洞加固采用了施工速度快、效果好的內(nèi)套鋼拱架加固方法。內(nèi)套鋼拱架作為隧洞應(yīng)急加固的一種處理方案,緩解了引水隧洞的險情,確保了整個“生命線工程”的安全運(yùn)行,但鋼拱架水下部分長期受水流沖刷及浸泡,水上部分長期處于潮濕環(huán)境中,極易產(chǎn)生銹蝕,需要在每年的停水檢修中進(jìn)行檢查及必要的維護(hù)保養(yǎng)。