盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程實(shí)施效果評(píng)析

【摘要】已建工程病險(xiǎn)問(wèn)題除險(xiǎn)加固是確保工程安全運(yùn)行、延長(zhǎng)工程使用壽命的重要工程措施。病險(xiǎn)工程除險(xiǎn)加固首要任務(wù)分析清楚病險(xiǎn)問(wèn)題產(chǎn)生的原因，針對(duì)性提出解決問(wèn)題的設(shè)計(jì)方案，及時(shí)組織施工消除安全隱患。

【關(guān)鍵詞】除險(xiǎn)加固；效果；評(píng)析

一、盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程概況

盤(pán)道嶺隧洞長(zhǎng)15.728km，設(shè)計(jì)斷面為城門洞型反拱直墻斷面，凈寬4.2m，凈高4.4m，設(shè)計(jì)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(shù)N=0.015。洞身為復(fù)合式襯砌型式，一次支護(hù)襯砌采用錨桿、鋼筋網(wǎng)和鋼拱架噴C20砼厚0.1-0.15m，二次襯砌支護(hù)采用C20素砼澆筑。盤(pán)道嶺隧洞是在軟～極軟巖地層和少量的第四系地層通過(guò)，其地層巖性復(fù)雜，地質(zhì)條件惡劣。通水運(yùn)行22年來(lái)，幾經(jīng)大的加固處理，洞內(nèi)仍多處存在安全隱患：如多處洞身側(cè)墻和拱頂襯砌砼裂縫、鼓脹變形，不斷有新裂縫產(chǎn)生，原裂縫有發(fā)展變化趨勢(shì)；部分洞段地下水伴有白色析出物滲出；洞底、側(cè)墻及拱頂有砼腐蝕剝落現(xiàn)象。根據(jù)2010年3月管理局與省水利科學(xué)研究院對(duì)隧洞砼裂縫進(jìn)行的調(diào)查結(jié)果，其主要病險(xiǎn)段長(zhǎng)2756.6m，一般病險(xiǎn)段長(zhǎng)642m，普查觀測(cè)洞段長(zhǎng)11378.4m，無(wú)裂縫洞段長(zhǎng)946.154m。主要病險(xiǎn)地段是洞身裂縫縱橫交錯(cuò)、裂縫錯(cuò)位、寬度大，滲水量嚴(yán)重，影響工程安全運(yùn)行。除險(xiǎn)加固病險(xiǎn)段樁號(hào)為64+482.68～66+554.68、71+740.68～71+923.68、76+719.68～78+309.68三段共長(zhǎng)3845m。

二、設(shè)計(jì)優(yōu)化方案選擇

本次設(shè)計(jì)初步考慮三種加固維修方案，分述如下：

方案一（現(xiàn)澆C30鋼筋砼套襯方案）：該方案設(shè)計(jì)在盡可能小的占用隧洞過(guò)流斷面的前提下，現(xiàn)澆C30鋼筋砼襯砌加固方案，襯砌內(nèi)斷面型式為馬蹄形，厚度為0.25m。在裂縫嚴(yán)重段設(shè)隨機(jī)錨桿，錨桿直徑φ25，長(zhǎng)6m，排拒1.5m，梅花型布置；洞頂拱120?范圍內(nèi)布設(shè)回填灌漿孔，排距3.0m，梅花型布置；洞頂和側(cè)墻布設(shè)深8.0m固結(jié)灌漿孔，排距3.0m，梅花型布置。在洞內(nèi)迎水面為降低糙率、滿足過(guò)流要求，采用塑料板護(hù)壁。洞身設(shè)計(jì)水位以上隨機(jī)布設(shè)φ50排水孔，排拒3.0m。

方案二（鋼拱架+錨桿加固方案）：根據(jù)盤(pán)道嶺隧洞現(xiàn)狀存在的問(wèn)題， 該加固方案設(shè)計(jì)在盡可能小的占用隧洞過(guò)流斷面的前提下，采用鋼拱架結(jié)合錨桿加固處理方案， 系統(tǒng)錨桿采用直徑φ25，長(zhǎng)6m，間距3m，梅花型布置， 隧洞底部拱腳處布設(shè)拱架鎖腳錨桿（與拱架同間距，0.5m）。鋼拱架（I18工字鋼）的布設(shè)在二次襯砌砼結(jié)構(gòu)表面，在洞內(nèi)迎水面為降低糙率、滿足過(guò)流要求，采用厚8mm鋼板護(hù)壁，鋼板背部澆筑C25自密實(shí)砼，厚度為18cm。洞頂拱120?范圍內(nèi)布設(shè)回填灌漿孔，間距3.0m，梅花型布置；洞頂和側(cè)墻布設(shè)深8.0m固結(jié)灌漿孔，間距3.0m，梅花型布置。洞身設(shè)計(jì)水位以上隨機(jī)布設(shè)φ50排水孔，排距3.0m。

方案三（病險(xiǎn)洞段繞線方案）：由于盤(pán)道嶺隧洞破損段不連續(xù)，重點(diǎn)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(pán)洞左側(cè)，該方案需利用原來(lái)的斜井在盤(pán)洞左側(cè)平行新建兩段隧洞，替換現(xiàn)狀盤(pán)洞重點(diǎn)病險(xiǎn)段。根據(jù)地形條件，在地形圖上量測(cè)得1#斜井～2#斜井段繞線新建洞身長(zhǎng)度為1.45km，7#斜井～洞出口段繞線新建洞身長(zhǎng)度為2.3km。綜合分析三種加固方案，各方案的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

方案一：主要優(yōu)點(diǎn)是除險(xiǎn)加固方案比較常規(guī)；施工相對(duì)較簡(jiǎn)單，工期容易保證。主要缺點(diǎn)是套襯斷面最小襯砌厚度為0.25m，隧洞過(guò)流斷面縮小，需在洞壁采取減糙措施。方案二：主要優(yōu)點(diǎn)是隧洞過(guò)流斷面面積相對(duì)較大，內(nèi)襯鋼板可以當(dāng)做砼澆筑的模板，避免了砼澆筑時(shí)的臨時(shí)支護(hù)。主要缺點(diǎn)內(nèi)襯鋼板距原洞壁僅18cm，焊接困難；內(nèi)襯鋼板需要防腐。方案三：主要優(yōu)點(diǎn)是隧洞施工可以連續(xù)進(jìn)行，不受灌溉期供水影響，施工干擾小。主要缺點(diǎn)新建隧洞不可預(yù)見(jiàn)的因素較多，施工難度較難預(yù)測(cè)，需做一定的地質(zhì)勘查工作進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)因素等方面綜合考慮，方案三需要做一定的地質(zhì)勘查工作做技術(shù)支撐。方案一、方案二是在原洞身內(nèi)除險(xiǎn)加固，原洞段地質(zhì)情況、支護(hù)、襯砌情況比較清楚，除險(xiǎn)加固方案可靠性大，所以，本次設(shè)計(jì)重點(diǎn)將方案一和方案二作為主選方案進(jìn)行技術(shù)、經(jīng)濟(jì)方面比較。

經(jīng)比較：方案一施工相對(duì)較簡(jiǎn)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(guò)流要求。方案二較方案一難度大，內(nèi)襯鋼板焊接難度較大，進(jìn)度慢，工期長(zhǎng)，建筑工程投資高（方案二每公里投資比方案一高292.57萬(wàn)元）。綜合考慮分析，本次設(shè)計(jì)推薦方案一為盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固方案。

三、施工管理效果顯著

盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程三段總長(zhǎng)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(xiàn)澆C30（抗酸、抗凍F200、抗?jié)BW4），δ=25CM?；炷凉こ塘?5146 m3，鋼筋制安1963t。劃分為兩個(gè)施工標(biāo)段，分別由兩家施工單位中標(biāo)承建，隧洞進(jìn)、出口方向設(shè)兩個(gè)施工斷面。

（一）現(xiàn)場(chǎng)施工的難度分析

1、施工空間比較狹窄。施工作業(yè)場(chǎng)地均在隧洞內(nèi)，側(cè)墻、拱頂混凝土澆筑以20米為單元，采用2臺(tái)軌道行走全自動(dòng)液壓模板臺(tái)車流水作業(yè)?；炷涟韬蠄?chǎng)地設(shè)在洞外，由混凝土罐車從拌合場(chǎng)地運(yùn)輸?shù)綕仓F(xiàn)場(chǎng)，混凝土泵送入倉(cāng)，平均運(yùn)輸距離為2.5km，施工車輛洞內(nèi)無(wú)法掉頭，只能倒進(jìn)順出?，F(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境狹窄，洞內(nèi)滲水較多，環(huán)境潮濕，機(jī)械設(shè)備倒轉(zhuǎn)存放、人員進(jìn)出不便，施工進(jìn)度受現(xiàn)場(chǎng)各種因素制約，無(wú)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(shí)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(shù)為130天。灌溉停水期結(jié)束前，按要求及時(shí)撤出施工設(shè)備，通水運(yùn)行。施工連續(xù)性較差，混凝土工程質(zhì)量控制難度較大，冬季混凝土拌合工程需采取嚴(yán)格保溫措施。

（二）施工進(jìn)度控制

施工開(kāi)始后，由于施工單位管理人員缺少類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)施工難度估計(jì)不足，施工準(zhǔn)備不充分，導(dǎo)致混凝土工程開(kāi)工后，施工工序錯(cuò)亂，先后銜接不順，機(jī)械設(shè)備故障頻出。冬春季130天施工期，實(shí)際完成200m，和計(jì)劃施工進(jìn)度相差600m。施工進(jìn)度嚴(yán)重滯后。針對(duì)施工過(guò)程中出現(xiàn)的困難和問(wèn)題，建設(shè)方、施工單位、監(jiān)理單位認(rèn)真分析施工過(guò)程，分解施工段，確定采用流水施工組織方法控制施工進(jìn)度。

流水施工組織作業(yè)法進(jìn)度控制計(jì)劃編制

將隧洞加固工程分解為6個(gè)施工過(guò)程，按施工過(guò)程成立相應(yīng)工作隊(duì)，各工作隊(duì)按施工過(guò)程順序依次完成施工任務(wù)，施工在施工過(guò)程上連續(xù)、均衡地進(jìn)行，是相應(yīng)專業(yè)工作對(duì)間最大限度地實(shí)現(xiàn)搭接施工。

1.1 施工過(guò)程順序分解。刨毛→排水防滲→鋼筋綁扎→鋼模臺(tái)車就位校正→混凝土澆筑→拆模養(yǎng)護(hù)。

1.2流水施工組織形式及步距的確定。盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程進(jìn)度控制經(jīng)過(guò)施工勞力調(diào)整分配，進(jìn)度計(jì)劃控制采用了等節(jié)奏流水施工。

1.3將隧洞混凝土澆筑施工過(guò)程流水線進(jìn)度安排畫(huà)成橫道圖。

1.4把多條流水線搭接起來(lái)，成為初步進(jìn)度計(jì)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(gè)隊(duì)組與在后施工流水線的最先施工隊(duì)組搭接即可，各流水線內(nèi)各隊(duì)組相對(duì)間隔時(shí)間不變。

1.5調(diào)整進(jìn)度計(jì)劃。檢查進(jìn)度計(jì)劃是否符合工期要求，如果不符合則要進(jìn)行調(diào)整，可以通過(guò)加強(qiáng)關(guān)鍵線路上施工投入來(lái)縮短工期。

盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固項(xiàng)目按照流水施工編制了施工進(jìn)度總計(jì)劃，總進(jìn)度計(jì)劃按照合同工期控制；按年度編制進(jìn)度年度計(jì)劃；并編制了秋季停水期50天施工進(jìn)度計(jì)劃和冬季停水期130天施工進(jìn)度計(jì)劃。

施工進(jìn)度計(jì)劃監(jiān)測(cè)依據(jù)編制的施工計(jì)劃進(jìn)度和每天實(shí)際施工進(jìn)度記錄的進(jìn)行對(duì)照檢查，找出進(jìn)度計(jì)劃和實(shí)際進(jìn)度偏差，對(duì)進(jìn)度偏差時(shí)間較小的工序適當(dāng)?shù)脑黾訉I(yè)施工隊(duì)勞力和機(jī)械設(shè)備，盡量調(diào)整到進(jìn)度計(jì)劃控制的進(jìn)度時(shí)間。由于施工進(jìn)度監(jiān)測(cè)期間，隨著施工工藝的熟練，實(shí)際施工過(guò)程各專業(yè)隊(duì)施工進(jìn)度均有進(jìn)步，不斷壓縮施工時(shí)間，施工進(jìn)度計(jì)劃均提前完成，總的施工實(shí)際進(jìn)度超計(jì)劃進(jìn)度15天完成。

（三）施工質(zhì)量控制

施工質(zhì)量控制是施工管理的重點(diǎn)工作。盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程施工質(zhì)量控制的核心工作是C30鋼筋混凝土襯砌施工澆筑質(zhì)量，從設(shè)計(jì)到施工階段建設(shè)單位進(jìn)行了全過(guò)程、全方位、全天候的質(zhì)量控制。

1.施工設(shè)計(jì)階段設(shè)計(jì)單位認(rèn)真分析盤(pán)道嶺隧洞襯砌混凝土受破壞的原因，結(jié)合混凝土工程的生產(chǎn)使用特殊環(huán)境，從混凝土抗壓、抗剪、抗拉、抗酸、抗凍、抗?jié)B等指標(biāo)方面，反復(fù)計(jì)算校核，選擇了抗壓強(qiáng)度為C30鋼筋混凝土，抗酸、抗凍為F200，抗?jié)BW4，δ=25CM的混凝土設(shè)計(jì)指標(biāo)。

2.混凝土工程開(kāi)工前，在監(jiān)理人員的監(jiān)督下，施工單位將混凝土拌合所采購(gòu)的水泥、砂石骨料、外加劑等材料送到省水科所水工實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行材料合格檢驗(yàn)和施工用配合比確定。施工過(guò)程中監(jiān)理人嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)室確定的配合比監(jiān)督執(zhí)行，對(duì)進(jìn)場(chǎng)水泥、砂石料進(jìn)行嚴(yán)格檢查，嚴(yán)格執(zhí)行不同批次和數(shù)量進(jìn)行送檢的規(guī)范要求，合格后方可使用，檢驗(yàn)不合格材料及時(shí)清理出場(chǎng)地。

3.嚴(yán)格控制混凝土拌合、運(yùn)輸、入倉(cāng)操作等施工工序。

在隧洞進(jìn)、口設(shè)置兩座混凝土拌合站，分別配置1臺(tái)JS500雙臥軸強(qiáng)制式拌和機(jī)，1臺(tái)3斗HPD-800自動(dòng)配料機(jī)，1臺(tái)200T散裝水泥儲(chǔ)罐，1臺(tái)ZL50D裝載機(jī)后臺(tái)上料，2臺(tái)6m3混凝土攪拌運(yùn)輸車輛，配備一臺(tái)HB40柴油混凝土輸送泵?；炷凉こ贪韬仙狭吓浔确Q重全部實(shí)行自動(dòng)化控制，混凝土運(yùn)輸由2臺(tái)攪拌運(yùn)輸車輛輪流運(yùn)輸至澆筑面，配合輸送泵快速入倉(cāng)?；炷吝\(yùn)輸期間罐車保持?jǐn)嚢柰厕D(zhuǎn)動(dòng)，有效防止混凝土運(yùn)輸過(guò)程中產(chǎn)生凝固現(xiàn)象和污染。

4.混凝土襯砌澆筑模板均采用鋼模臺(tái)車，保證了澆筑質(zhì)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(tái)鋼模臺(tái)車，模板采用8mm鋼板加工成型后，現(xiàn)場(chǎng)焊接拼制，以電機(jī)驅(qū)動(dòng)行走機(jī)構(gòu)帶動(dòng)臺(tái)車行，利用液壓油缸和螺旋千斤頂調(diào)整模板到位及收模。通過(guò)臺(tái)車的移位→模板到位→混凝土澆筑→收?！B(yǎng)護(hù)，完成一段混凝土澆筑的施工過(guò)程。鋼模臺(tái)車具有結(jié)構(gòu)可靠、操作方便、移動(dòng)速度快、隧洞成型面光滑等優(yōu)點(diǎn)，鋼模臺(tái)車襯砌時(shí)混凝土大面積襯砌成型，減少了小型模板施工時(shí)模板接縫空隙對(duì)壁面糙率的影響；表面經(jīng)拋光處理，相對(duì)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(zhì)量控制從審查施工單位質(zhì)量管理體系是否健全有效，嚴(yán)把施工材料進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)關(guān)口，監(jiān)督 “三檢制”交接班制度執(zhí)行，嚴(yán)格規(guī)范施工工序，監(jiān)理單位落實(shí)旁站、巡視、平行檢驗(yàn)等制度，施工質(zhì)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(shí)，內(nèi)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(dǎo)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(dǎo)流）：在施工段洞內(nèi)視地下水出水部位分別在洞頂、拱肩、洞壁設(shè)深孔集流引排設(shè)施，首先選適當(dāng)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(nèi)，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(hào)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(lái)排水。

2. 雙模盲溝網(wǎng)引排滲水：為防止洞壁滲水進(jìn)入混凝土澆筑倉(cāng)內(nèi)，在洞身滲水面安放雙模盲溝網(wǎng)，外護(hù)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(tái)車底部縫隙處排出。

五、盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程實(shí)施效果評(píng)價(jià)

1.有效解決隧洞存在的主要病險(xiǎn)問(wèn)題，保證了工程安全運(yùn)行

盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固段工程在設(shè)計(jì)階段對(duì)加固方案進(jìn)行了優(yōu)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(qiáng)，特別是洞身穿越軟巖-極軟巖地質(zhì)構(gòu)造，增強(qiáng)了洞身的承壓力，防止外力對(duì)洞身破壞。經(jīng)過(guò)三年的運(yùn)行觀測(cè)，加固段襯砌混凝土洞身結(jié)構(gòu)未產(chǎn)生裂縫等破壞情況，除險(xiǎn)加固項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案優(yōu)選比較成功，消除了隧洞安全隱患，達(dá)到項(xiàng)目建設(shè)預(yù)期目的。

2.混凝土工程施工工藝先進(jìn)，質(zhì)量控制效果顯著，節(jié)省了施工工序，節(jié)約了預(yù)算投資

混凝土襯砌工程模板全部采用鋼模臺(tái)車，襯砌時(shí)混凝土大面積襯砌成型，減少了小型模板施工時(shí)模板接縫空隙對(duì)壁面糙率的影響；表面經(jīng)拋光處理，相對(duì)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(duì)盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固段進(jìn)行了糙率原型值觀測(cè)，隧洞進(jìn)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(shí)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(shè)計(jì)為保證安全，應(yīng)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(zhì)量、使用年限、養(yǎng)護(hù)條件等因素歸并到糙率中考慮，這時(shí)的糙率系數(shù)為綜合糙率。在結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果并綜合考慮上述因素的前提下，省水科所根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果推薦糙率取值為0.0112，并以此糙率計(jì)算分析盤(pán)道嶺隧道加固段過(guò)流能力。

盤(pán)道嶺隧洞除險(xiǎn)加固工程原設(shè)計(jì)中利用粘貼塑料板護(hù)壁來(lái)減少糙率（n=0.012），以該種方法達(dá)到隧洞斷面減小，但不影響過(guò)流能力的效果。粘貼塑料板護(hù)壁預(yù)算投資1195.62萬(wàn)元，經(jīng)除險(xiǎn)加固后未粘貼塑料板護(hù)壁洞段的糙率原型觀測(cè)和過(guò)流能力分析，糙率原型觀測(cè)值為0.01116、0.01052，小于原設(shè)計(jì)粘貼塑料板護(hù)壁后的設(shè)計(jì)值。在先進(jìn)的鋼模臺(tái)車施工條件下，混凝土避免糙率大幅減小，隧洞過(guò)流能力明顯提高的前提下，可不再實(shí)施粘貼塑料板護(hù)壁的措施，減少工程投資1195.62萬(wàn)元。

參考文獻(xiàn)：

[1]盤(pán)道嶺隧洞過(guò)流能力觀測(cè)分析研究

作者簡(jiǎn)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。