内套钢拱架在沙湾供水隧洞纵向裂缝应急处理中的应用

马晋毅

(深圳市东江水源工程管理处，广东 深圳 518000)

内套钢拱架在沙湾供水隧洞纵向裂缝应急处理中的应用

马晋毅

(深圳市东江水源工程管理处，广东 深圳 518000)

隧洞内套钢拱架具有施工简单、速度快的特点，适用于停水检修时间短的供水隧洞出现纵向裂缝时需采取应急处理的情况。该处理方案在东江水源供水网络干线工程沙湾隧洞纵向裂缝应急处理中得到了应用，取得了明显效果。

隧洞 裂缝 钢拱架 处理

1 工程概况

东江水源供水网络干线工程是深圳市供水系统的重要组成部分，由东至西全长47.89公里，设计流量24m3/s，是“生命线”工程。沙湾隧洞位于网络干线的中部，起点在深圳水库库尾西侧，终点在深圳市戒毒所南侧，正洞全长3590m，城门洞型，门洞直墙段高3.2m，洞顶圆弧半径为2.1m，断面净尺寸4.2*5.3m（宽×高）。

2013 年停水检修期间，发现沙湾隧洞桩号K85+917～K85+977段左边墙隧洞起拱处和左边墙出现了纵向裂缝，衬砌裂缝中渗水较为严重，部分段携带着泥沙渗出，桩号约K85+960处涌水量较大，衬砌有隆起变形迹象，局部出现错台现象，情况较为紧急。

2 工程任务

根据现场调查及有关水文地质勘探资料，经专家现场研究，认为该处（桩号K85+917～K85+977段）产生问题主要有三个方面，一是该处围岩裂隙较为发育；二是本次停水检修时间正处于深圳的雨季，地下水较为丰富；三是该段隧洞中大部分排水管堵塞失效。为此，确定工程任务如下：（1）对衬砌出现较大纵向裂缝段进行加固处理；（2）疏通及增设排水孔。

3工程方案

3.1 隧洞裂缝处理的一般方法

根据国内外隧洞裂缝处理经验，针对不同裂缝产生原因及产生的危害，需采取不同加固措施，具体包括增加钢筋砼衬砌厚度或拆除原衬砌重新浇筑钢筋砼衬砌、增加钢板内衬或粘贴高强纤维布、灌浆等。结合本工程实际主要介绍灌浆封堵法以及钢衬加固法。

3.1.1灌浆封堵法

灌浆封堵法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂等化学材料。工艺流程：裂缝清洗→钻斜孔→清孔、埋管→表面封缝→通风检查→浆液配制→注浆→封孔处理→待凝检查→表面处理。

3.1.2钢衬加固

通过内衬钢板对混凝土结构进行补强加固，加固后，钢板、砼衬砌及围岩可共同承受水压力，改善衬砌结构安全，阻止裂缝进一步开展。相比于拆除衬砌重新浇筑而言，具有造价低、施工快速、效果好等优点。钢衬加固的一般工序为原混凝土衬砌凿毛及清洗→测量→设置锚杆→钢板放样及安装→焊接→外漏锚杆切除→灌浆→防腐处理。但要注意的是对外水压力较大或地质情况不良的洞段，应进行详细计算，避免钢衬出现失稳破坏。

3.2 加固措施分析

根据隧洞裂缝处理的一般方法及现场实际，由于该工程为水源工程，受每年停水检修时间短的影响，难以采用灌浆、内衬钢板加固等手段，仅能通过应急处理措施进行临时加固，然后再根据裂缝情况，通过永久措施，逐年、逐段解决裂缝问题。鉴于此，根据地质雷达监测结果，拟采用内套钢拱架、结合增设排水孔等方式对沙湾隧洞进行加固处理。

3.2.1内套钢拱架

（1）隧洞横向支撑：两侧边墙及拱部布置I14工字钢支撑，底板布置8#热轧普通槽钢支撑，隧洞钢拱架沿隧洞轴线方向在桩号K85+927～K85+972每0.5m设置一道；在桩号K85+917～K85+927、K85+972～K85+977每1.0m设置一道；

（2）内嵌套钢拱架与隧洞衬砌之间采用植筋（2级钢，直径20mm）、上螺栓的方式连接；每榀钢拱架之间通过型号为100×8的角钢双面焊接连接，并在桩号K85+927～K85+972段钢拱架之间间隔5.0m用I18工字钢横撑；I18工字钢与I14工字钢、I14工字钢与槽钢用对接焊缝连接。

（3）防腐：待钢结构焊接完成后，及时进行补漆施工，防止锈蚀。

（4）安装监测仪器：拱架安装完后，安装裂缝计、应力应变计进行监测。

3.2.2增设排水

桩号K85+927～K85+972左侧墙排水孔间距为2m，桩号K85+927～K85+972右侧墙排水孔间距为4m，顶拱排水孔间距为4m，桩号K85+917～K85+927、桩号K85+972～K85+977侧墙和顶拱排水孔间距均为4m；与底板距离为0.5m和1.0m，梅花形布置。

排水管采用外包无纺布、具有反滤作用的DN50PVC排水花管，无纺布与土工反滤管口部用钢丝扎紧；排水孔钻孔孔径为63mm，排水孔钻孔以钻穿二衬和一衬并进入围岩115cm或165cm为原则控制，排水管长度有1.5m和2.0m两种；排水孔应避开施工缝设置，其间距遇施工缝可作适当调整，排水管与排水孔间采用麻兰填缝。

3.3 施工难点及对策分析

3.3.1钢拱架的制作及安装

由于钢拱架顶部为拱形，且工字钢部分总长13m，不能一次成型，顶拱部分搬运过程中极易发生由于捆绑不到位导致脱落。为此，钢拱架顶拱与立柱应分开加工，钢拱架安装采用先安装顶拱，然后与立柱焊接连接。

3.3.2底梁槽钢焊接受洞内积水影响

由于洞内积水较多，电焊作业施工困难。为此，施工过程中应视情况每隔10m搭设一条围堰，并安装水泵24h不间断抽水，使焊接处于干地状态。

4、结论

由于停水检修时间短，本次仅通过隧洞内套钢拱架暂时缓解供水隧洞纵向裂缝险情，具有方法简单、速度快、效果好的优点，但并未彻底解决裂缝问题，在未来停水检修中仍需通过灌浆、钢板加固等方式，继续对裂缝进行处理。

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[2] 朱新民，胡平，崔炜，等.深圳市东江水源工程隧洞裂缝处理技术工艺咨询［R］.北京：中国水利水电科学研究院，2011.

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1007-6344（2015）04-0122-01