市政排水隧道被鉆機(jī)侵入破損后的修復(fù)方法

張磊

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2109-5042-9179

摘? 要：市政排水隧道為關(guān)系國(guó)計(jì)民生的百年工程，結(jié)構(gòu)安全尤其重要。主體結(jié)構(gòu)因某些原因遭到局部破壞后的修復(fù)工作，必須通過科學(xué)論證、精細(xì)施工才能確保修復(fù)后的結(jié)構(gòu)滿足使用需求。該文結(jié)合斯里蘭卡排水隧道被地面鉆孔非法侵入后的現(xiàn)狀，進(jìn)行了破損隧道位置的受力分析。綜合考慮隧道結(jié)構(gòu)安全和施工可行性等因素，最終確定隧道修復(fù)方法，為今后類似施工提供一定借鑒和幫助作用。

關(guān)鍵詞：盾構(gòu)? ?管片? ?排水? ?隧道? ?破損? ?修復(fù)

中圖分類號(hào)：K826.16? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1672-3791（2021）09（a）-0064-05

Repair Method for Municipal Drainage Tunnel Invaded and Damaged by Drilling Rig

ZHANG Lei

（China Petroleum Pipeline Engineering Co.， Ltd.， Langfang， Hebei Province， 075000 China）

Abstract： Municipal drainage tunnel is a century old project related to the national economy and the people's livelihood， and structural safety is particularly important. After the main structure is partially damaged for some reasons， the repair work must be carried out through scientific demonstration and fine construction to ensure that the repaired structure can meet the needs of use. Combined with the current situation of drainage tunnels illegally invaded by ground drilling in Sri Lanka， the stress analysis of damaged tunnel position is carried out in this paper. Considering the factors such as tunnel structure safety and construction feasibility， the tunnel repair method is finally determined to provide certain reference and help for similar construction in the future.

Key Words： Shield; Segment; Drainage; Tunnel; Damage; Repair

現(xiàn)代城市內(nèi)的排水管道施工，越來越多地采用非開挖工法，如頂管法、盾構(gòu)法等。隨著城市化率的不斷提高，大批市政工程集中建設(shè)，在地面鉆孔勘察、樁基施工過程中稍有不慎就可能對(duì)既有地下排水管道造成破壞。

該文就以斯里蘭卡某新建排水隧道的管片結(jié)構(gòu)受地面鉆機(jī)侵入破壞后修復(fù)的工程實(shí)例，對(duì)隧道破損修復(fù)方法進(jìn)行探討，以此為類似問題提供解決方案。

1? 概況

該隧道位于該國(guó)首都科倫坡，為市政主排水通道，采用盾構(gòu)法施工，全長(zhǎng)780 m，混凝土管片襯砌結(jié)構(gòu)，內(nèi)徑3 m，環(huán)寬1 m，壁厚0.25 m，混凝土等級(jí)C50。

隧道完工移交前，因地面居民在鉆探施工時(shí)，非法將隧道管片結(jié)構(gòu)鉆通，造成地層水土大量涌入，危及隧道和地面房屋安全。

該破損點(diǎn)位于管片端部，隧道排水方向右側(cè)2點(diǎn)至3點(diǎn)位置，鉆孔直徑127 mm，隧道內(nèi)表面破損范圍730 mm×300 mm。管片內(nèi)部分鋼筋被切斷，管片螺栓變形。另外，破損點(diǎn)位于管片B2塊邊緣，且鉆孔貫穿管環(huán)外側(cè)邊緣，造成管片密封條局部出現(xiàn)斷裂、失效。破損情況見圖1、圖2。

經(jīng)過測(cè)量，鉆孔深度為10.8 m，其中上部直徑127 mm，下部直徑112 mm。鉆孔內(nèi)已插入外徑110 mm的PVC套管，其中底部6 m為花管，孔徑3 mm。

結(jié)合地質(zhì)勘查資料和掘進(jìn)地質(zhì)資料得知，管片周邊地層為全風(fēng)化片麻巖，地下水位于地表以下6 m。

2? 隧道整體結(jié)構(gòu)的影響分析

利用三維實(shí)體建模軟件建立盾構(gòu)隧道破損處三維模型[1]，而后將三維模型導(dǎo)入有限元分析軟件Abaqus中，設(shè)置材料屬性、載荷及邊界條件。

取破壞管片前后三節(jié)建立三維模型，如圖3所示。

2.1 載荷工況及材料屬性

隧道主要受到環(huán)向的水壓力及土壓力，其中，由于隧道已施工完成，且存在地層摩擦力等因素的影響，假定環(huán)片軸向不受力。管片材料實(shí)際以鋼筋為骨架澆筑的鋼筋混凝土材料，計(jì)算中將模型簡(jiǎn)化為混凝土材料，同時(shí)考慮去掉鋼筋后材料的強(qiáng)度折減系數(shù)。混凝土強(qiáng)度、密度等參數(shù)同設(shè)計(jì)值。

2.2 計(jì)算模型建立

將建立好的三維實(shí)體模型導(dǎo)入有限元分析軟件Abaqus中，通過賦予材料屬性、網(wǎng)格劃分（為避免C3D8單元剪力自鎖，混凝土單元采用C3D8R六面體減縮積分單元;管道內(nèi)部受壓會(huì)形成壁面彎曲，采用C3D8I六面體非協(xié)調(diào)單元來避免數(shù)值積分時(shí)的沙漏效應(yīng)）、邊界條件建立、載荷施加（載荷主要有重力，水壓力、土壓力）等步驟后，建立三維有限元計(jì)算模型，如圖4所示。

2.3 分析結(jié)果

通過計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)（見圖5），管片結(jié)構(gòu)應(yīng)力最大點(diǎn)發(fā)生在管片破損處及孔洞處。最大應(yīng)力值為27.93 MPa，小于混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值50 MPa，因此可以判斷孔洞對(duì)管片整體結(jié)構(gòu)影響不大。從圖6得知，孔洞應(yīng)力最大值處在環(huán)片下方，即混凝土壁厚最薄處，達(dá)到27.93 MPa。該破損孔只需充填密實(shí)，無(wú)需再另行植筋施工。

3? 修復(fù)原則

（1）緊急止水，減小漏水量、降低地層坍塌風(fēng)險(xiǎn);（2）修復(fù)后的隧道應(yīng)滿足原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求;（3）修復(fù)應(yīng)盡量選擇當(dāng)?shù)噩F(xiàn)有的材料、設(shè)備。

4? 修復(fù)施工工藝

4.1 修復(fù)施工流程

隧道修復(fù)施工流程如下：

隧道內(nèi)破損點(diǎn)緊急止水? ? ? ? ?周邊管片的接縫灌漿? ? ? ? ?鉆孔填充封堵? ? ? ? ? 管片外側(cè)壓漿填充

隧道內(nèi)破損點(diǎn)永久修復(fù)? ? ? ? ? 破損縫隙補(bǔ)強(qiáng)處理。

4.2 具體施工措施

4.2.1 隧道內(nèi)破損點(diǎn)緊急止水

從隧道內(nèi)的破損位置，把外圍包裹棉紗的木方插入鉆孔中，后沿木方四周繼續(xù)壓填棉紗。同時(shí)，預(yù)留臨時(shí)泄水孔，方便封堵施工。

初步堵漏完成后，使用快干水泥將破損區(qū)域填充密實(shí)，具體詳見圖7。

4.2.2 周邊管片的接縫灌漿

由于鉆機(jī)切割混凝土的震動(dòng)造成隧道接縫出現(xiàn)不同程度的變形、開裂，因此需對(duì)破損點(diǎn)前后各1.5 m的管片接縫進(jìn)行修復(fù)和灌漿封堵。灌漿材料為Polyurethane[2]，灌漿位置如圖8所示。

施工時(shí)，在指定位置鉆出直徑10 mm、深50 mm的孔，清理干凈后，安裝帶逆止閥的注酯針頭，并用快干水泥封堵牢固。待上述施工完成，且達(dá)到強(qiáng)度要求后，對(duì)泄壓孔封堵處理，一般可在漏水處壓入棉紗，外部包裹快干水泥。

灌漿時(shí)采用手動(dòng)注酯泵，注酯壓力和注酯量根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)封水效果確定。

4.2.3 鉆孔封堵

鉆孔封堵分兩次實(shí)施，如圖9所示。第一次灌注C60商用混凝土（塌落度180～230 mm），確保管片外壁破損區(qū)域充填密實(shí)，灌注深度為1/2鉆孔深度;第二次灌注水泥沙拌合料（1 m3沙摻入50 kg水泥），深度為剩余孔深。

4.2.4 管片外側(cè)壓漿填充

管片外側(cè)填充的漿液為速凝的雙液漿（水泥漿+水玻璃稀釋液）[3-4]，初凝時(shí)間控制在1～2 min，水泥為普通硅酸鹽水泥，等級(jí)不低于42.5，水灰比為1∶1。

注漿位置為509～513環(huán)。利用上述管片的注漿孔進(jìn)行壓注施工，注漿壓力不得超過5 bar，以免造成臨時(shí)封堵結(jié)構(gòu)的破損。

4.2.5 隧道內(nèi)破損點(diǎn)永久性修復(fù)

管片壓漿作業(yè)完成后，利用電鎬鑿除臨時(shí)封堵的水泥，裸漏出新鮮的管片混凝土切面，如圖10所示[5]。

永久修復(fù)材料為sikadur -31 CF Normal，分層涂抹，每層厚度不超過30 mm。涂抹修復(fù)材料時(shí)，如出現(xiàn)局部滲漏水，可預(yù)埋導(dǎo)流管引流，待后續(xù)補(bǔ)強(qiáng)施工時(shí)一并處理。

4.2.6 破損縫隙補(bǔ)強(qiáng)處理

為了確保管片新舊混凝土接合面的密實(shí)度，需對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)處理。鉆孔直徑為10 mm，鉆孔深度200～250 mm，穿透新舊混凝土接合面。安裝好注酯管后使用Sikadur-732封孔，注入Sikadur-52 ID進(jìn)行加固[6-7]。

5? 結(jié)語(yǔ)

由于境外市政工程施工范圍多為私人土地，房主對(duì)已建地下設(shè)施具體位置信息掌握不清楚，在地面鉆探、水井施工時(shí)極易造成運(yùn)營(yíng)隧道的破壞。同時(shí)，市政工程施工前必須對(duì)地上、地下建構(gòu)筑物及管線等做充分的調(diào)查，既要對(duì)已有相關(guān)資料進(jìn)行認(rèn)真研究，也需要通過具體手段如挖探坑或物探法等充分掌握地下情況，以避免出現(xiàn)類似損壞地下建構(gòu)物的情況發(fā)生。一旦出現(xiàn)意外情況，必須查明原因，有針對(duì)性地編制專項(xiàng)方案，如情況嚴(yán)重還需請(qǐng)相關(guān)專家進(jìn)行論證，切不可草草修復(fù)了事。

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