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取排水盾構隧道檢測風險識別研究

文檔作者：曹宏泰鄭永來趙文鵬張淳劫文檔來源： 1．同濟大學土木工程學院 2．上海建工五建集團有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年11月30日
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藿 窒
取排水盾構隧道檢測風險識別研究
曹宏泰’ 鄭永來’ 趙文鵬’ 張淳劫
1．同濟大學土木工程學院 上海 200092；2．上海建工五建集團有限公司 上海 200063
摘耍：對運營多年的取排水盾構隧道需要進行安全檢測，但檢測前對其進行封堵、抽水處理時，又會導致隧道內壓
力、壓強變化．對檢測工作造成一定風險。依托上海某電廠取排水盾構隧道，對隧道封堵、抽水和檢測環(huán)節(jié)進行了詳
細的研究，并分析確定了隧道檢測階段存在的風險因子。研究成果對類似隧道工程風險識別、評估和控制具有參考價
值。
關鍵詞：取排水盾構隧道；隧道檢測；風險識別；風險因子
中圈分類號：TU94 文獻標志碼：A DOI：10．14144~．cnki．jzsg．2017．11．042
Study on Detection Risk Identification of Water Intake and Drainage Shield 13mnel
CAO Hongtai’ ZHENG Yonglai’ ZHAO Wenpeng’ ZHANG Chunjie
1．College of Civil Engineering,Ton~i University,Shanghai 200092，China；
2．Shanghai Construction No．5(Group)Co．，Ltd．，Shanghai 200063，China
20世紀七八十年代以來，我國長江河口地區(qū)已修建了
20多座火力發(fā)電廠n】，建有上百條取水和排水盾構隧道。目
前，長江河口地區(qū)大多數(shù)取排水盾構隧道己建成使用20多
年，隨著其使用年限的增長，隧道結構可能存在混凝土碳
化、管片破裂以及鋼筋銹蝕等損傷，為保證其正常的使用
壽命和功能，需要對其進行結構檢測。在隧道檢測前，必
須對其進行封堵、抽水和清淤等準備工作，此類工作對于
老舊隧道來說，有可能導致隧道結構及周圍土體失穩(wěn)，并
產生次生災害，存在一定的工程風險。
1 工程背景
上海寶山區(qū)某電廠(圖1)于1990年建成使用至今，裝
有4臺325 MW的發(fā)電機組。迄今為止， 電廠已持續(xù)運營近
30年，其取排水隧道可能存在混凝土碳化、管片破裂和鋼
筋銹蝕等損傷。計劃對該工程2組取水隧道和排水隧道進行
封堵、抽水和檢測工作。
圖1 工程平面位置示意
在檢測過程中，使電廠4臺機組中的2臺停運，另#b2臺
正常運轉，對其中1組取水隧道和排水隧道進行封堵、抽水
和檢測，另外1組取水隧道和排水隧道正常工作，待該組隧
道檢測完畢正常工作后，再對另#I-1組取水隧道和排水隧道
進行封堵、抽水和檢測。
隧道封堵、抽水和檢測涉及的主要工程結構具體如
下：
I)引水隧道和取水口： 自流引水盾構隧道外徑
5．5 In、內徑4．5 ITI(盾構襯砌管片厚度為0．33 m，二次澆
筑襯砌厚度為0．17 Ir1)，長約1 000 m。長江處中心標高
為一16．O0 m，取水工作井處中心標高為一3．35 m。隧道末端
垂直頂升6根內徑1．54 mX 1．54 m立管，立管頂部的取水窗
口項標高為一2．43 m。
2)取水工作井：平面尺寸為30 mX 15 m，在井內將內
徑4．5 m的自流引水隧道轉為4．8 reX4．0 m的鋼筋混凝土暗溝
接至循環(huán)水泵房前池。
3)排水工作井：平面尺寸為24 mX 13 m，鋼筋混凝土
排水暗溝自排水工作井西側接入，2根內徑4．5 m自流排水
隧道自排水工作井北側接出。
4)排水隧道和排水口： 自流排水盾構隧道內徑、外徑
及襯砌結構與引水隧道相同，長約270 m。長江處中心標高
為一8．25 m，排水工作井處中心標高一5．09 m。隧道末端垂直
頂升6根內徑1．54 mX 1．54 m立管。立管頂部的排水窗口頂
標高為0．501TI。
2 檢測內容、原則及方法
2．1 主要檢測工作內容
1)根據取排水隧道的原始圖紙及設計變更等相關資
建筑麓工·U39@·第11啊1691
曹宏泰鄭永來趙文鵬張淳劫： 取排水盾構隧道檢測風險識別研究
料， 調查、摸清結構現(xiàn)狀和使用情況，對結構物結構高
度、標高以及截面尺寸(特別是取排水隧道的橢圓度)等
現(xiàn)狀進行復核。
2)對結構完損現(xiàn)狀進行調查，隧道取水口是否形成盆
狀(河床面標高與取水口標高的高度差)，鋼板和混凝土
復合結構防腐措施的陰極保護鉛塊是否損壞，取排水口立
管攔污格柵是否損壞(特別是攔污格柵內是否附著有大量
水生生物)。
3)檢測隧道取水口和排水口的傾斜、不均勻沉降和取
排水口立管周圍拋石防護的現(xiàn)狀情況。
4)檢測隧道結構混凝土目前的物理力學性能，包括混
凝土裂縫、混凝土滲漏、管片的腐蝕、鋼筋銹蝕、連接螺
栓銹蝕、止水橡膠老化等。
2．2 抽樣檢測原則
以非損傷抽樣檢測為主，并以確保隧道結構安全為前
提，合理適當?shù)剡x取少量部位做有損檢測校核。
2．3 混凝土的檢測方法
1)根據CECS 02-2005《超聲回彈綜合法檢測混凝土
強度技術規(guī)程》抽樣檢測混凝土強度。
2)混凝土構件抽樣數(shù)量按規(guī)范要求，抽樣部位根據現(xiàn)
場測試條件和結構特點合理分布，尤其要加強對結構受力
比較大和結構受力突變部位的檢測(如取排水立管部位、
隧道過堤段管片以及工作井與隧道井接頭部位等)并注意
抽樣代表性。
3)按規(guī)程要求方法和布點數(shù)量，測量混凝土碳化深
度。檢測混凝土管片、混凝土裂縫和止水縫的滲漏情況。
2．4 鋼材的檢測方法
1)使用鋼筋定位儀，對盾構隧道和垂直頂升段的鋼筋
實際數(shù)量進行抽查測定。在條件許可前提下抽樣鑿開混凝
土保護層復核鋼筋定位儀測定結果，并與原始設計圖紙進
行對照核實，必要時做鋼筋化學成分分析。
2)抽查鋼筋保護層厚度，隧道管片、鋼筋和連接螺栓
的銹蝕情況等，并對抽查情況作分析、評估。全數(shù)檢測隧
道取排水口處攔污格柵的銹蝕情況。
3 封堵方案
3．1 封堵區(qū)域
取水工作井至取水隧道的取水口區(qū)段，排水工作井至
排水隧道的排水口區(qū)段。
3．2 施工流程
進點前準備一施工設備進點一取水口和排水口水下探
摸一封堵板、閘板及格柵欄預制一封堵板和閘板安裝并抽
水一隧道通風并清理泥沙等雜物一隧道通風檢測一封堵板
和閘板拆卸一格柵欄更換一復原
施工時在水面布置一條潛水工作船作為潛水員的下水
7o固201 7．11·Building Con~uelion
平臺，所有潛水設備和施工設備需放在潛水工作船上，潛
水員從潛水工作船上下水作業(yè)，另外船上還需配置1臺履帶
吊協(xié)助取水口和排水口封堵板、隔柵欄的安裝、拆卸等工
作。取水和排水工作井閘板的安裝、拆卸需要根據現(xiàn)場情
況及閘板尺寸、質量，選擇合適的汽車吊，配合完成閘板
的安裝、拆卸等工作。
4 檢測階段風險識別
4．1 隧道封堵風險因子
1)取水隧道進水口位于離岸距離約850 m的一8．O0 nq水
深線的長江中，其封堵結構存在被工作船或其他經過的船
只意外撞開的風險。
2)在取水隧道兩端進行封堵后，取水口的封堵結構位
于一8．O0 m水深下，除承受大氣壓外還要承受高8 m的水壓
力，相當于承受1．8倍大氣壓強作用，且在封堵、抽水過程
中隧道內的壓力、壓強不斷變化，可能造成取水口處封堵
結構產生破裂，導致快速涌水。
3)檢測過程中僅封堵一組取水、排水隧道，另一組取
水、排水隧道正常使用， 電廠正常進行發(fā)電運轉。這樣，
取水和排水工作井中仍然蓄有一定水位的水， 如果取水和
排水工作井的封堵閘板制作或安裝精度達不到要求，則可
能導致快速滲漏水。
4)上海地區(qū)5—10月經常遭受由熱帶氣旋(臺風)
引發(fā)的風暴潮侵襲，據統(tǒng)計，1884-2002年，平均每年大
約發(fā)生2次， 自2l世紀以來，吳淞站增水超過1 m的風暴潮
就有l(wèi)5次[2】。如果在5—10月間進行檢測，結構可能會遭受
到風暴潮侵襲，導致取排水口頂管管節(jié)產生裂縫并引發(fā)漏
水、涌水。
5)檢修完畢撤除封堵時，因封堵結構兩側存在巨大的
壓力差，水流會迅速涌入取排水隧道中并形成漩渦，故可
能會對潛水員造成意外傷害。
4．2 隧道抽水風險因子
1)盾構隧道在使用過程中發(fā)生縱向不均勻沉降變形，
可能引起襯砌密封防水失效或者管片錯臺較大等問題。
在隧道抽水過程中，隨著隧道內水體的排出，導致壓強減
小，管道周圍地下水和細小顆粒涌入隧道內部 】。
2)隧道內的水體中溶解有少量的氧氣，管片連接螺栓
在氧氣、水分的共同作用下發(fā)生銹蝕失效。在隧道抽水過
程中，可能會沿螺栓孔發(fā)生滲水、漏水。
3)管片在運輸、拼裝過程中受損，隧道使用過程中管
片發(fā)生破裂。隧道抽水減壓后，隧道周圍地下水和細小顆
粒沿管片縫隙向隧道內滲入。
4)抽水后隧道內壓力、壓強發(fā)生巨大變化，隧道內壁
所受的水壓力驟減，打破隧道結構原有的內外壓力平衡狀
態(tài)41，引起管片破裂，導致滲水、漏水。
曹宏泰鄭永來 趙文鵬 張淳劫： 取排水盾構隧道檢測風險識別研究
5)隧道外徑5．5 m、內徑4．5 m，鋼筋混凝土管片的密
度取2．7 t／m。，水的密度取1 dln ，抽水后隧道結構的質量比
抽水前減小了43％。因而，隧道結構抽水后對其下土體的
壓力也明顯減小。如果適逢降雨，雨水滲入土體，增加了
土體容重， 降低了土體黏聚力，則會在土體內部產生潛在
的滑動面， 隧道可能上浮，繼而因襯砌變形過大、連接螺
栓失效而導致涌水。
6)隧道取水口和排水口的垂直頂管長期遭受漲潮、落
潮的影響，其在漲潮、落潮的作用下相當于受到水平方向
的往復推力作用，可能發(fā)生水平錯位，抽水后導致涌泥、
涌水。
4．3 隧道檢測風險因子
1)檢測人員進入隧道進行檢測時， 隧道結構原有的
破裂管片以及由抽水減壓造成的破裂管片，可能會墜落傷
人。
2)隧道結構內部空間狹窄潮濕，檢測時如操作不當可
能會發(fā)生觸電事故。
3)隧道周圍土層中可能含有CO、CH 、SO2、NH 等有
害氣體，上述有害氣體隨著抽水減壓過程擴散到隧道內，
可能造成檢測人員缺氧、中毒、窒息事故 卅。
4)隧道結構混凝土襯砌管片厚度為33 cm，二次襯砌
澆筑管壁厚度為17 cm，混凝土和鋼筋在檢測取樣時，可能
造成因結構破壞而導致滲漏水。
5 結語
本文對上海某取排水盾構隧道檢測階段風險因子進行
了系統(tǒng)全面的研究識別，確定了該隧道檢測階段的風險因
子，為該隧道后續(xù)的風險評估與控制奠定了基礎。同時，
對類似隧道的風險識別、評估和控制研究具有重要的借鑒
意義。
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(上接第1677頁)
BIM上進行疊加、整合、碰撞檢測，根據最優(yōu)定位參數(shù)的
數(shù)據對模型進行修正及更新，確保設計方案可行并使之達
到最優(yōu)的設計效果，使建筑師的設計意圖得到完美體現(xiàn)，
降低項目可能存在的技術風險。
3．2 應用BIM技術實現(xiàn)虛擬裝配
BIM技術在實現(xiàn)直紋漸變扭曲單元式玻璃幕墻的同
時，也可為后續(xù)的施工定位、構件加工安裝提供準確依
據。在基于BIM技術完成直紋漸變扭曲面單元式幕墻的深
化設計后，可以對各類構件進行唯一的編碼，裝配出整體
建筑的直紋漸變扭曲面單元式幕墻模型；然后從BIM中提
取數(shù)據產生提料單，提料單中每根構件都有唯一編號，可
根據編號進行下料加工、管理材料堆放，依據標準單元模
板快速拼裝出單元板塊。
BIM使單元板塊加工精度與現(xiàn)場測量控制方案相結
合，對生產加工工程中的用料進行指導，提高了下料的準
確度，縮短了構件的加工周期。應用BIM技術進行直紋漸
變扭曲面單元式幕墻的預裝配，可以合理地安排安裝計劃
和順序，從而科學地進行現(xiàn)場場地的規(guī)劃，減少多工種同
時作業(yè)容易發(fā)生的窩工現(xiàn)象。
設計人員通過BIM向施工人員進行可視化交底， 顯得
形象、直觀，讓施工人員更為清楚地了解設計意圖，了解
安裝過程中的每一個細節(jié)，提前反映施工技術難點嘲。
4 結語
造型復雜的高層建筑日益增多，BIM技術對設計、加
工、安裝都是非常有效的。隨著建筑幕墻行業(yè)的日趨成熟
以及人們對建筑美學的更高追求，BIM技術應用將成為主
流，也將會給建筑幕墻行業(yè)帶來一次巨大的變革，是實現(xiàn)
工業(yè)化發(fā)展的必然選擇。
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蔓筑麓工·$39g·111111 喝

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