内套钢拱架在碧岭隧洞应急加固处理中的应用

刘海浩

（深圳市水务技术服务有限公司，广东 深圳 518000）

1 工程概况

东江水源工程是由深圳市政府为长远解决水源短缺问题而投资建设的大型跨流域调水工程[1]，是深圳两大境外引水工程之一。工程东起惠州，西至深圳市宝安区，干线全长106 km，以“长藤结瓜”的形式横穿深惠两地。为保证次年该工程的安全运行，每年10 月左右均全线停水进行检修，为期30 d。

碧岭隧洞是东江水源工程的重要组成部分，断面型式为城门洞型的低流速无压隧洞，隧洞净宽4.2 m，高5.3 m，隧洞进口底高程44.05 m，出口底高程38.06 m。隧洞工程等别为Ⅱ等，主要建筑为级别为2 级，次要建筑物级别为3 级。

2011 年停水检修期间发现部分洞段边墙出现细微裂缝；2012 年3 月，某保障房项目开工建设，由于该项目施工范围临近碧岭隧洞（受影响洞段K64+754.5—K64+972.5），保障房施工基础距碧岭隧洞结构最近仅为十几米，受施工影响，隧洞已发现裂缝进一步发展扩大，存在较大安全隐患；若施工不慎，极有可能造成隧洞结构损伤，甚至隧洞坍塌，后果不堪设想，需要立即进行加固处理。

2 隧洞加固方法

常用的隧洞加固方法主要有回填压注、内表面加固（粘钢板、粘玻璃纤维）、内衬、拱架加固等。当隧洞主要是受到外部压力而产生变形或裂缝时，选用内衬、拱架加固效果较好。内衬、拱架加固是钢拱架和混凝土结合体，既提高了加固强度，又提高了结构刚度。内衬、拱架加固必须以隧洞内有足够的富裕净空为前提。结合碧岭隧洞的实际情况，内套钢拱架加固方法作为碧岭隧洞应急加固优选首先方法。

碧岭隧洞应急加固主要考虑以下几个方面：一是东江水源工程停水检修时间短，总工期为30 d，碧岭隧洞加固必须在30 d 内完成，并确保通水；二是碧岭隧洞加固段距检修支洞口较远，且隧洞断面净宽仅4.2 m，大型机械设备、车辆及材料等运输不便；三是碧岭隧洞加固主要是预防隧洞受外部施工影响出现结构性损伤；四是碧岭隧洞为引水隧洞，隧洞加固、恢复供水后不能影响过流面。

3 内衬钢板设计施工方法分析

3.1 施工设计方案

本次施工主要内容为：对桩号K64+754.5—K64+972.5 洞段按间距75 cm 进行环向加固支撑，共计291 榀。钢拱架结构为：隧洞环向采用I14 工字钢及8#槽钢连接，沿隧洞轴线方向每0.75m 设置一道，相邻两钢拱架之间通过角钢连接，钢拱架与隧洞衬砌之间通过M20 螺栓固定[2]。对K64+932.5—K64+972.5段共计55 榀拱架底板槽钢埋入底板，并用细石混凝土回填。 钢拱架断面如图1 所示。

3.2 施工流程及施工工艺

3.2.1 施工流程

施工准备、测量放线→钢拱架制作→防腐处理→钢拱架安装→焊接角钢→焊接槽钢（回填细石混凝土）→补漆→验收。

3.2.2 施工工艺

开工前组织测量放样，复测隧洞加固洞段桩号及断面，准确放出顶部拱架底端水平面。如果复测成果与设计图有较大出入，报监理工程师及时进行调整，并在施工中及时复核。

钢拱架严格按照设计要求采用型钢制作，顶拱在钢结构加工场集中进行冷弯加工。由于顶拱采用单根长度为6 m 的工字钢进行弯制，长度应稍短于顶拱弧长。相差部分，提前将弯制好的工字钢按适当长度进行切割，然后与6 m 弯拱进行焊接，形成完整顶拱[3]。

图1 内套钢拱架断面图

钢结构件在防腐涂装工前已检查验收，符合设计要求；防腐涂装在井外开阔地带进行，周边设置警示带进行隔离。另外，现场需放置2～4 台干粉灭火器，防止发生火灾，露天防腐施工作业应选择适当的天气，大风、遇雨等均不应作业。 刷漆前，应采用人工用钢丝刷等将铁锈、油污等清除干净，避免涂刷后漆膜附着不牢。底漆、刷漆、面漆以及涂层检查与验收均需要符合相关规定。

架立前，先用角钢制作支架固定在叉车上，配合进行安装。安装时，先进行顶拱的安装，将顶拱固定在叉车支架顶部进行固定，垂直上升至顶拱，然后用M20 膨胀螺栓进行固定，然后焊接安装立柱，通过吊线锤调整拱架立柱的倾斜度，保证拱架在一竖直平面内，最后焊接底板槽钢，即拼装成一榀。架设钢拱架时在拱脚以上30 cm 高度处、顶拱处、竖向工字钢及底板槽钢共计打入16 组M20 膨胀螺栓，确保受力可靠[4]。

钢拱架焊接均符合相关要求。待钢结构焊接完成后，应对全部钢拱架进行检查，对焊接接缝及安装过程中掉漆部分及时进行补漆施工，防止通水后锈蚀。补漆施工前先搭设活动脚手架，上下配合，提高效率。由于是引水隧洞，补漆作业时下部应随上部作业进度铺设彩条布，避免油漆污染水源。

因2012 年隧洞加固时，前55 榀采用底板开槽埋入、回填混凝土的修复方式。受检修时间影响，混凝土凝结时间不够，通水后，部分混凝土易被水流冲刷，需在停水检修期间对其进行进一步修复。采用C25 细石混凝土修复，并搭设砂袋围堰，保证干地施工[5]。

4 施工重难点及注意事项

4.1 拱架的制作及安装

每榀钢拱架全长13 m，顶部为拱形。钢拱架顶拱部分在工厂先进行拉弯处理，运至施工现场后进行接长，然后在洞内与立柱和底板槽钢进行焊接连接。

4.2 钢拱架的运输

由于施工面在引水隧洞内，洞口距地面垂直高度约15 m，洞内水平运距最远达250 m。钢拱架顶拱及立柱制作完成并进行防腐后，统一由25 t 吊车吊入洞内，然后再由人工推车配合转运至工作面。

4.3 工期紧张

停水检修总工期共30 d，碧岭隧洞的加固必须在停水检修期间完成。为此，在安排充足人员采用两班倒轮流施工的同时，安排油漆班组、拱架架设班组、焊接班组、混凝土班组进行平行作业。

4.4 底板槽钢焊接

隧洞内有大量自产水影响焊接施工。为此，除在洞口结合井处安排2 台7.5 kW 水泵进行24 h 不间断抽水外，在施工作业面前、后搭设砂袋围堰，确保无水条件下进行焊接作业。

4.5 施工安全

施工中及时布设安全网，防止施工期间人员坠落，材料调配区间需要三防胶布隔离以免造成污染，及时清除废料到特定场所，在出风口及时布置大型布袋，以过滤是施工粉尘并及时配备劳动防护品（手套、口罩等），作业区间布设临时消防管线，防止火灾的发生[6]。

5 结论

碧岭隧洞除险加固工程因停水检修时间短、工期紧，采用了施工速度快、效果好的内套钢拱架加固方法。内套钢拱架作为隧洞应急加固的一种处理方案，解除了引水隧洞的险情，确保了东江水源工程的安全运行。需要注意的是：钢拱架水下部分长期受水流冲刷及浸泡，水上部分长期处于潮湿环境中，易产生锈蚀，需在每年的停水检修中进行检查及必要的维护保养。