内套钢拱架在供水隧洞应急加固处理中的应用
摘要：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、结构出现质量缺陷或小微损伤的供水隧洞应急加固处理。该加固措施在东江水源供水网络干线工程某隧洞纵向裂缝应急处理中得到应用，并取得了明显效果，为同类工程的处理提供了可供借鉴的参考。
关键词：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，设计流量为24m3/s。工程东起松子坑水库，通过管道、箱涵、隧洞、渡槽等结构将境外水源引至西沥水库，并沿线输送至各水厂和调蓄水库，实现境外水源的供水输配，形成全市完整的供水系统，是深圳市的“生命线”工程。
在2013年停水检修期间，发现该隧洞桩号K85+917～K85+977段左边墙出现了若干纵向裂缝，且裂缝呈现渗水现象，局部出现泥沙外渗。特别是桩号K85+960附近涌水量较大，衬砌有隆起变形，局部出现错台。
2 缺陷成因分析
根据现场调查及有关水文地质勘探资料，该隧洞衬砌结构出现纵向裂缝并涌水主要有三个方面：
（1）隧洞出现裂缝所在位置处存在一个小型构造断裂，由于断裂存在造成围岩裂隙相对较为发育；
（2）停水检修时间正处于深圳雨季，地表降雨较为丰富，造成地下水水位较高，外水压力较大；
（3）该段隧洞中大部分排水管均已堵塞失效，局部可见淤泥堵塞，使得隧洞衬砌结构承受的外水压力超过设计值。
3加固处理方案
根据国内外隧洞裂缝处理经验，针对不同的裂缝产生原因，需采取不同的加固措施。
3.1灌浆封堵法
灌浆封堵法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、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。
根据处理要求，可以分为防渗灌浆和加固灌浆。防渗灌浆后要求缝面具有较高的抗渗性和抗老化性能，阻止外来水汽碳化混凝土和锈蚀钢筋，满足结构耐久性和安全运行。加固灌浆要求缝面浆液固化后有较高的粘接强度，最终要求能恢复混凝土结构的整体性。
此外，为提高隧洞外围土体的自承能力，还可以对岩体进行回填灌浆与固结灌浆，其中：回填灌浆主要是通过对衬砌脱空部位进行灌浆，使得衬砌与围岩紧密结合，达到联合受力的效果，可以有效改善衬砌受力条件，避免裂缝持续发育。固结灌浆主要是对隧洞衬砌以外一定范围内的围岩进行注浆，使注浆范围内的围岩力学指标获得改善从而达到加固围岩的作用，使衬砌与围岩形成较坚强的承载圈，同时也可提高一定的堵水能力。
3.2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、混凝土衬砌及围岩可共同承受水压力，改善混凝土衬砌结构安全，阻止混凝土裂缝的进一步开展。相比于拆除混凝土衬砌重新浇筑而言，具有造价低、施工快速、效果好等优点，且安全性较高。但需考虑外水压力或围岩压力情况，详细分析计算，避免钢衬出现失稳破坏。
对隧洞裂缝处理，无论采用何种方式，均要加强排水，确保现有排水孔的通畅，并根据需要对外水压力较高的部位加密排水孔。排水孔设置时必须考虑反滤，防止外部土体随外水渗入，造成衬砌与围岩的土体脱空。
4加固措施采用
东江水源供水网络干线工程每年停水检修时间短，故加固设计原则是仅适应停水检修时间，又能确保临时加固效果，并未永久加固处理提供后续处理时间，逐年、逐段解决裂缝问题。为此，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该隧洞进行加固处理。
4.1内套钢拱架
（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。
4.2增设排水
5施工难点及对策分析 5.1钢拱架的制作及安装
5.2底梁槽钢焊接受洞内积水影响
5.3保证光纤安全
因现有隧洞拱顶附近有传输光纤，拱架安装时有可能使光纤受损。为此，在钢拱架安装前应先将光纤从支架上拆下，并用扎带每隔15m进行绑扎固定；在钢拱架安装时，先将拱顶光纤及监测仪器对侧倾斜，穿过光纤及监测仪器，慢慢调直拱顶；钢拱架安装后，由于工字钢腰高及光纤支架突出长度一致，光纤及监测线不能再挂回支架，需通过将弯钩螺栓焊接在工字钢上，然后再将光纤挂回弯钩内。
5.4施工环境恶劣
由于作业面位于隧洞内，距离洞口约2.5公里，焊接时产生大量有毒有害气体，对人体产生较大影响。为此，除在作业面两端布置通风设备外，还应现场配备足够的吸氧及急救设备，加强巡视，一旦施工人员出现体力下降、缺氧等不良反应时，及时停工，并将人员转移至洞外，确保作业人员安全。
6、结论
由于工程的重要性，隧洞常规停水检修时间短、工期紧。设计方依据工程特点，提出了通过隧洞内套钢拱架及加强排水等临时措施，暂时缓解供水隧洞险情，为后续逐段进行永久性处理提供了条件。
该方案具有施工方法简单、速度快、效果好的优点，适用于本工程的应急处理。
但内套钢拱架并未彻底解决裂缝问题，由于水流长时间冲刷，纵向裂缝仍然存在继续发育的风险，需根据裂缝具体情况，在未来停水检修中通过灌浆、内贴钢板等加固方式，继续对衬砌结构进行处理。
参考文献
[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