白桦山隧道通风区段综合病害抢修处置措施

刘红智/中铁十五局集团第二工程有限公司



白桦山隧道通风区段综合病害抢修处置措施

刘红智/中铁十五局集团第二工程有限公司

【摘 要】特长隧道通风区施工，由于结构较为复杂，施工难度大，交叉作业多，施工时容易出现诸多不可预见因素，本文通过对白桦山隧道通风区施工时出现的一系列病害，以及抢修处置措施的介绍，为类似工程的施工提供一些参考。

【关键词】隧道；通风区；综合病害；抢修；处置

1.工程概况

某高速公路白桦山隧道设计为分离式隧道，左线长6678m，右线长6739m，隧道通风采用互补式+右线集中排出式组合通风方案，通风斜井在右线YK19+520处与主洞联通，左线主洞ZK19+539通过联络风道与右线主洞YK19+520联通排烟。通风区段布置图如下：

图1-1　隧道通风区段平面布置图

2.出现病害情况

该通风区段原设计围岩为Ⅳ级，设计S4b复合式衬砌类型，而现场实际揭露围岩为强风化灰黑色页岩，薄层状岩体松散，变形时间效应明显，属极软岩，岩面潮湿，有裂隙水，岩体遇水软化，洞身稳定性差。根据超前地质预报及现场围岩情况判定，该通风区段围岩属于Ⅴ级围岩，原设计的S4b围岩支护参数无法保证施工安全和结构稳定，经四方会议研究决定，将该段围岩级别由Ⅳ级变更为V级，衬砌支护类型由S4b变更为S5b。

施工前制定了专项施工方案，施工过程中严格按照方案进行施工，当施工至互换式风道及变电所横洞开挖支护完成，风机控制室开挖支护即将完成，风机洞室开挖下台阶剩余不足10米时。发现主洞二次衬砌在各洞室口两侧位置、主洞边墙、主洞拱腰等位置出现开裂、压碎、剥落等现象，混凝土剥落位置二衬钢筋严重变形，成U形或V形。紧接着风机房和风机控制室初支发生严重变形，侧壁中间位置最大向外鼓出量超出50厘米。由于当时处于雨季，且现有支护由于受力变形，支撑体系受到极大破坏，个别部位机构作用处于失效状态，对隧道的安全造成重大隐患，鉴于此项目部立即采取措施展开抢险施工，对该段破坏较大的部位进行修复和加固。

3.原因分析

3.1根据超前地质预报及现场围岩情况判定，该通风区段围岩属于Ⅴ级围岩，稳定性极差，按照设计要求网络通风区段应设置在IV级及以下等级围岩内，而实际情况处于V级围岩区段。

3.2因业主通车目标和节点要求工期紧张，该区段左右线主洞、通风区的互换式风道、变电所横洞、风机洞室、风机控制室等洞室同时施工，施工速度较快，加之各洞室断面均较大，同时施工使各洞室之间施工扰动产生叠加效应，致使该区段较大范围内的围岩受扰动作用，处于不稳定状态。

3.3此区段埋深400米左右，地应力较强，隧道开挖完成后随着地应力的不断释放，对隧道结构造成较大影响。

3.4施工季节处于雨季，且降雨频繁、持续不断，围岩内随着雨水的下渗，含水量不断加大。

4.处置方案

为保证施工安全和结构稳定，避免病害进一步扩大，应立即停止该段施工，并对已施工段落进行加固。经过多方论证，特制制定抢修处置方案：对通风区段出现病害严重的二衬段落增设临时钢支撑加固；对严重变形的风机洞室、风机控制室采用自进式中空锚杆注浆固化围岩；对侵限初支进行换拱修复，将侵限部分挖除；对病害严重的二衬破除后重新施工，并将混凝土强度由原来的C25提升至C30。

4.1增设临时钢支撑

对病害严重的二衬段落采用临时钢支撑进行加强，临时钢支撑采用I20b钢支撑，纵向间距1米，每榀钢支撑之间采用Φ 22钢筋连接，连接钢筋环向间距1米。在各洞室口位置即风机洞室口、互换式风道洞室口、变电所横洞、风机控制室洞室口等，洞口左右1米范围内，以及病害严重二衬段落两端的临时支护进行加密设置，纵向间距30cm。临时钢支撑加固布置示意图如下：

图1-2　临时钢支撑加固布置示意图

施工注意事项：

4.1.1先从互换式风道洞室口位置开始施工，向小里程方向连续进行施工。

4.1.2临时支护拱架与衬砌间缝隙采用三角木楔塞紧，使拱架与衬砌能够共同受力，起到临时支护的支撑作用。

4.1.3拱架的底部必须坚实，严禁脱空，可以采用型钢和钢板的支垫的方式进行。

4.2自进式锚杆固化围岩

鉴于风机洞室（SF1）、风机操控室（SF2）施工初支后，软岩变形较大，在已施作的初支基础上，增设R32N自进式中空注浆锚杆，以稳定固化围岩，预防后期修复施工造成二次扰动变形加大，导致坍塌等不安全隐患事故发生。采用自进式中空注浆锚杆原因，一是施工扰动小，二是施工速度较快，三是围岩固化半径大，施工便利。自进式锚杆锚杆布置间距60cm（纵）*100cm（环），全断面梅花型布置，锚杆长8m，直径φ 32mm。自进式中空注浆锚杆采用水泥浆液，注浆参数：水泥水灰比1:1，注浆压力初压0.5-1MPa。自进式锚杆布置示意图如下：

图1-3　自进式锚杆加固布置示意图

施工注意事项：

4.2.1锚杆打设尽量做到垂直于工作面，以达到最好的受力状态。

4.2.2锚杆打设尽量采用干钻打设，干钻打设困难时采用水钻法，水压力要小，起到疏通、排渣效果即可。

4.2.3锚杆打设完成后，采用L形或U形钢筋与拱架焊接牢固，形成一体。

4.2.4注浆时严禁压力过大，以免造成应力过大对既有结构的二次伤害，以孔口注浆饱满，四周小范围扩散即可。

4.2.5注浆前，认真做好机具设备的检修工作，并用清水进行试运转，发现问题及时排除和修复，使其处于良好工作状态。对注浆管路系统，包括接头、阀门等，认真检查，如有破损，予以更换，不好用的接头、阀门，不得使用，以免注浆时在较高压力下发生脱扣的危险事故。

4.2.6浆液在高速搅拌机内搅拌，严格按照施工配合比进行投料，搅拌机布置有两个制浆桶，保证水泥浆液的施工供应和浆液拌制质量。

4.2.7结束注浆后，防止管路堵塞，应尽快卸开孔口接头，开清水泵冲洗管路，以免造成管路中的剩余浆液凝结、堵塞管路。注浆作业前后配合，统一指挥，保证注浆计划的实现。

4.3侵限初支换拱修复

自进式锚杆施工完毕，注浆强度符合要求后，开始对变形侵限的初支进行换拱修复。修复前，先将未封闭成环的仰拱初支、仰拱及仰拱填充等施作完毕，封闭成环以保证整体稳定。采用风镐在侵限变形段初期支护拱架处开槽，槽宽50cm，开槽长度覆盖变形拱架的整根单元件，去除连接板的螺栓、连接钢筋等，拆除变形拱架，清理突出岩面至设计轮廓线，立即安装新的拱架，并按设计要求施作系统锚杆、锁脚锚杆等，新拱架也与打设好的自进式锚杆焊接牢固。采用同种方法处理好第二榀侵限拱架后，利用风镐凿除两榀拱架之间侵限初期支护喷射混凝土等，按设计图安装新的钢筋网片、纵向连接筋、系统锚杆等，报监理检查合格后立即喷射混凝土封闭，以此类推施工替换下一循环侵限拱架。施工注意事项：

4.3.1换拱施工、清理突出围岩等，应由洞口向洞内，由上向下尽量采用人工形式施工，以避免对围岩的震动过大，人工清理困难时可采用小破碎锤辅助施工，严禁采用爆破清理侵限作业。

4.3.2各个施工工序要做到施工迅速不脱节，在最短的时间内施工完成，在每道工序结束前，下道工序的人员和材料要抵达施工现场，做到工序紧密连接。

4.3.3换拱时，新旧拱架间要连接牢固，螺栓施做困难时可采用焊接方式，焊接前要将连接板之间缝隙用钢筋或钢板填塞并焊接牢固。

4.3.4缩脚锚杆应向下带一倾角，提高拱架的抗收敛效果，拱架与锁脚小导管以及拱架与锚杆的接头要焊接牢固。

4.3.5换拱的施工要一榀一榀进行，严禁冒进施工，引起塌方。

4.4受损二衬破除修复

为减少对围岩和初期支护的扰动，确保安全，对病害严重的二衬采用静态爆破联合小破碎锤、风镐破除。静态破碎拆除前为避免静态破碎影响相邻二衬，预破除二衬与相邻二衬之间应凿除30cm左右的凹槽，作为应力释放区。炮孔采用多排孔方格网型布设，孔径φ 40，孔距20cm，炮孔排距60cm，最小抵抗线30cm，孔深45cm，单孔装药量1.5kg，施工经验数据如下：

被破碎物体　孔径mm　孔距cm　抵抗线cm　孔深　用药量kg/m3岩石　32-40　15-40　100-200　90%H　5--15无筋混凝土　32-40　20-40　30-60　90%H　8--10钢筋混凝土　32-40　15-20　20-30　90%H　15--25

静态破碎后，二衬破除应按照“先拱后墙，自上而下”的原则进行，严禁随意进行开槽凿除作业。混凝土拆除后，拆除原有钢筋、防水板、盲管等，切割二衬钢筋时预留搭接长度，接头错开35d。根据现场实际情况，在出露的初支混凝土表面埋设监控点，如有初支侵限情况，修复后再进行下一环节施工。根据二衬模板台车工作长度，每拆除一个工作长度的二衬后，立即按设计要求重新布设盲管、防水板、无纺布、止水带等，绑扎钢筋后，重新浇筑二衬混凝土。待混凝土达到强度后，再进行下一循环作业。施工注意事项：

4.4.1二衬混凝土破除前，对设计的静态爆破参数可进行现场试验，试验合格后，方可进行大面积拆除工作。如果试验段破碎效果不理想，可及时修正施工参数，试验段可设置为两排炮眼。

4.4.2静态爆破施工作业人员，需佩戴护目镜，不戴护目镜属违章操作。在药剂灌入钻孔到岩石或混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。观察裂隙发展情况时应更加小心，尽量远离装灌点。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂进入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗，情况严重者立即送医院清洗治疗。

4.4.3凿除二衬混凝土时，如果对初支混凝土表面造成损伤，应首先将初支混凝土修补至表面平整密实，达到铺设防水板、无纺布的平整要求。

4.4.4二衬混凝土每循环破除施工长度，应根据需破除的二衬总长度合理布置,单节破除长度易设置为3-5米/循环,不宜过长。环向拆除作业时可分5次拆除，即按照“拱部--破损较重侧拱腰--另一侧拱腰—破损较重侧边墙—另一侧边墙”施工顺序作业。二衬混凝土破除顺序示意图如下：

图1-4　二衬混凝土破除顺序示意图

4.4.5钢筋及防水板台车就位后，应首先清理残留的混凝土块、钢筋、防水板等，理顺盲管排水网络，无纺布、防水板铺设时松紧适度，避免过紧被撕裂或过松形成人为蓄水点，接头、搭接等严格按规范施作。重新施工二衬段的防排水系统应格外注意，尤其新旧交接部位，重新铺设的排水盲管可适当加密，并在二衬环向施工缝位置和纵向施工缝上方位置各增设一道，并预留出水口，确保排水通畅。

5.安全注意事项

5.1隧道抢修施工前，制定专项的安全应急预案和领导值班制度，明确责任人。所有施工人员和管理人员必须进行安全教育，进入施工现场佩戴好安全防护用品，高度2m以上施工作业即属于高空作业，必须配备高空安全防护用品，每班施工前，专职安全人员必须进行安全讲话，提醒危险源和不安全征兆。

5.2所有施工平台应做必要的加固措施，检修各连接点，设置好护栏、作业平台、防坠落物等安全防护措施。施工前，各类施工设备必须进行检查，特殊设备操作人员持证上岗，普通设备操作者也应培训合格后方可上岗。

5.3无关人员不得进入施工现场，施工期间现场带班人员要注意协调指挥好现场的施工，保证各工序紧密连续，平稳可控，不得冒进施工。现场配备专职安全人员，注意观察各作业面的情况，发现险情及时通知现场人员，避免出现机翻人伤，坠落物伤人、伤机械等事故。

5.4施工时配备专业电工，备用电源等，防止电路、电器设备发生问题，中途停电，造成意外事故。保证工作面的良好状态，做到现场照明良好、现场整洁，电工检查、连接好各用电线路、施工所需各种材料充足，避免出现停工带料现象。

5.5合理布置监控量测点，在施工过程中产生的变化进行观测，提供数据指导施工。监控量测的频率根据相应规范要求进行，可适当增加，由于原初期支护变形量较大，部分结构受力出现损伤，每天监测频次不少于3次，监测结果及时反馈。如果发现围岩变形突变，应该马上停止所有施工作业，人员撤离现场，分析突变原因，并及时向应急处置小组汇报，研究进一步处理方案。

6.小结

白桦山隧道通风区抢修施工，其结构较为复杂，施工难度较大，危险系数高，期间多次邀请专家进行现场查勘指导，抢修方案经多方论证，处置措施有效得当，目前该隧道已全线通车，并投入使用。该通风区段洞室数量较多，且均处在交叉状态，洞室之间距离也较近，相互之间干扰大，以后如遇类似地质复杂兼结构复杂的隧道施工应严格遵守“先治水，短开挖，弱爆破，强支护，早衬砌，勤量测”的十八字真言，利用先进探测技术辅助施工，预防隧道出现坍塌或不良灾害。