王 雷

（中國水利水電第七工程局有限公司，四川成都 610213）

0 前 言

在我國的水電站建設(shè)項目中，“邊開挖、邊襯砌，先底板、后頂拱”的施工方式在國內(nèi)水電工程隧洞施工中使用不多，多數(shù)工程采用10 mm厚度的鋼板與橡膠帶結(jié)合的方式保護成品混凝土，少數(shù)工程采用澆筑混凝土保護層加橡膠墊層的方式，雖然已有相關(guān)專利被申請，但其施工方法較為復(fù)雜，工序較多，實際施工過程不太方便，因此我們采用一種工序更簡單的混凝土成品保護技術(shù)：底板混凝土保護技術(shù)。

1 工程概述

涼山州木里河固增水電站工程引水隧洞總長約11 km，縱坡i為2.0795‰，引水隧洞襯砌后斷面尺寸6.1 m×7.8 m，隧洞斷面采用馬蹄型斷面形式，用現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ類、Ⅳ類和Ⅴ類圍巖洞段襯砌厚度分別為0.30 m、0.40 m和0.60 m，典型斷面形式見圖1。

為加快工程進度，在保證工程質(zhì)量的前提下，總承包項目部決定對底板混凝土采取保護措施，保護措施主要有以下幾種：（1）在澆筑成型的底板上鋪筑3 m寬、8 mm厚度的鋼板；（2）在澆筑成型的底板上鋪筑3 m寬草墊，在新澆混凝土上鋪5 mm厚度的鋼板；（3）在底板混凝土中間澆筑3 m寬、5 cm厚的保護層混凝土，混凝土層間鋪筑塑料隔膜，便于后期拆卸。三個方案的優(yōu)缺點分析如下：第一種方案，整個引水隧洞工程需要3.9萬m2、厚度為8 mm的鋼板，約145萬元的成本，鋼板折舊后，能回收約45萬，本方案總成本約100萬，此方案雖然施工速度快，但鋼板吊裝麻煩，并且比較容易造成鋼板對底板混凝土的沖擊破壞；第二種方案，鋪4.4萬m2的草墊，成本大約在44萬，加之運行過程草墊容易損毀，最終總成本達到60萬，但是此方法洞內(nèi)交通條件不太好，且洞內(nèi)文明施工較差；第三種方案，需要澆筑2 000 m3墊層混凝土，總成本約60萬，此方法施工速度稍慢，但洞內(nèi)文明施工條件較好，兩側(cè)低洼處正好是過水通道，路面長期保持干燥。

結(jié)合工程實際情況，項目部最終決定采用第三種方案，洞內(nèi)環(huán)水保整齊，后續(xù)拆拆方便，成本總體最省。

圖1 引水隧洞斷面布置示意（單位：mm）

2 技術(shù)實施方法

2.1 保護層混凝土技術(shù)的內(nèi)容

為實現(xiàn)工程目標(biāo)，需要對5 cm厚保護層混凝土進行如下內(nèi)容的技術(shù)探討：5 cm厚保護層混凝土的配合比、強度以及通車時間的研究；塑料隔膜的厚度及材質(zhì)對底板混凝土質(zhì)量，以及后續(xù)拆除方便的影響；5 cm厚保護層對已澆筑的底板混凝土質(zhì)量的影響。

2.2 研究及實施過程

2.2.1 5 cm厚保護層混凝土的配合比、強度以及通車時間的研究

5 cm保護層混凝土最不利的工況見圖2，需要計算混凝土罐車時，混凝土的最低強度。

圖2 保護層混凝土最不利工況示意

根據(jù)材料力學(xué)計算公式得出：

式中，δ為保護層混凝土承受應(yīng)力值；G為罐車自重分配到單輪的重量。考慮12 m3罐車在滿載時自重50 t，一共10個輪胎受力，考慮單輪受力為5 t，所以G=50 kN；f為罐車驅(qū)動摩擦力，f=μ×G，μ取0.2，則f=0.2×50 kN=10 kN；L為輪胎壓地長度，根據(jù)實測，L取17 cm；W為輪胎寬度，根據(jù)實測，W為25 cm；w為保護層混凝土厚度，取5 cm。由此得出：

再適當(dāng)考慮1.5的安全系數(shù)，為滿足過車要求，保護層混凝土強度不小于3.55 MPa。

為了保證工程進度，預(yù)計固增電站隧洞開挖施工平均月強度80 m。由于襯砌稍微滯后，所以底板襯砌的施工速度應(yīng)該大于85 m／月（以滿足混凝土襯砌能夠及時跟上洞挖施工）。

由于保護層混凝土的通車時間決定了通車剛棧橋的拆除時間，也決定了下一倉底板混凝土的施工啟動時間，所以盡快滿足通車要求，是保護層混凝土施工的關(guān)鍵。

根據(jù)以下底板作業(yè)循環(huán)時間（見表1），得出可供保護層混凝土等強的常規(guī)時間只有24 h。

表1 底板施工循環(huán)時間

經(jīng)過以上分析，擬定了C10、C20、C30三種強度的配合比，如表2所示。為保證混凝土抹面平整，統(tǒng)一采用一級配混凝土。通過配合比試驗測定上述三種配合比標(biāo)養(yǎng)混凝土的24 h強度。

通過試驗，得到以下試驗數(shù)據(jù)（見表3），由表3數(shù)據(jù)得出C10混凝土作為保護層理論上是可行。

根據(jù)實測洞內(nèi)外溫差（見圖3）和C10混凝土現(xiàn)場養(yǎng)護強度情況（見圖4），考慮洞內(nèi)由于施工活動導(dǎo)致的溫升有利于混凝土的強度發(fā)展，表2中配合比為C10的一級配混凝土作為隧洞底板混凝土保護層就能夠滿足快速施工要求。

表2 擬采用混凝土配合比設(shè)計

表3 實測各配合比混凝土標(biāo)養(yǎng)強度數(shù)據(jù)

2.2.2 塑料薄膜的厚度及材質(zhì)對底板混凝土質(zhì)量以及后續(xù)拆除的影響

模擬洞內(nèi)塑料薄膜的工況，規(guī)劃以下現(xiàn)場試驗。

試驗方案：模擬洞內(nèi)潮濕、有水的環(huán)境，在澆筑20～30 cm厚度的地坪混凝土完成后12 h，鋪筑0.014 mm、0.08 mm、0.12 mm塑料薄膜。模擬實驗布置如圖5所示。

圖3 施工保護層混凝土?xí)r環(huán)境溫度變化曲線

圖4 現(xiàn)場養(yǎng)護混凝土強度增長實測曲線（單位：MPa）

選取在3號支洞洞內(nèi)25 m樁號，實施上述試驗。在其上澆筑上述確定的保護層混凝土，等強36 h后，測定保護層混凝土強度，并過50 t的混凝土罐車碾壓20次。28 d后，用裝載機將保護層混凝土拆除，觀察以下內(nèi)容：

（1）地坪混凝土是否會因為未采用常規(guī)養(yǎng)護手段造成開裂。

（2）是否有因薄膜損壞引起的兩層混凝土擴散，導(dǎo)致拆除表層混凝土?xí)r造成底板混凝土缺陷。

（3）在拆除表層混凝土?xí)r，裝載機是否會對底板混凝土造成刮痕缺陷。

（4）薄膜鋪筑是否會對底板混凝土的混凝土抹面質(zhì)量造成影響。

（5）現(xiàn)場試驗時，出現(xiàn)的未能預(yù)計到的問題。

圖5 保護層混凝土現(xiàn)場模擬試驗布置

2.2.3 5 cm厚保護層對于已澆筑的底板混凝土質(zhì)量的影響

通過上述現(xiàn)場試驗，多次碾壓保護層混凝土（不少于20次／d），在保護層混凝土拆除后，觀察以下內(nèi)容：

（1）底板混凝土的外觀，并取芯試驗測定其強度是否滿足設(shè)計要求。

（2）對比鋪有保護層混凝土和未鋪保護層混凝土的底板混凝土外觀差異情況。

試驗段混凝土澆筑完成28 d后，對保護層混凝土進行了拆除。試驗后，待驗證的內(nèi)容試驗結(jié)果如表4所示。

表4 薄膜厚度差異和保護層混凝土對底板混凝土質(zhì)量的影響試驗結(jié)果

3 結(jié) 語

采用5 cm厚的C10混凝土作為隧洞襯砌底板的過車保護層，0.08 mm薄膜作為混凝土分隔層，能夠滿足隧洞襯砌底板的施工質(zhì)量要求，底板施工理論循環(huán)時間3.75 d，底板施工理論月循環(huán)次數(shù)8次。成果適用邊界條件：

（1）隧洞底板主要交通設(shè)備為3 m3斗容裝載機，25 t自卸汽車。通過實際試驗，履帶式設(shè)備建議在保護層混凝土等強3天以后再通過，以確保保護層混凝土不被履帶震裂。

（2）洞外溫度不低于本工程外溫，實際上由于隧洞未能貫通，隧洞掌子面的溫度，經(jīng)過現(xiàn)場實測一般都在14℃以上，在借鑒此技術(shù)成果時，也可以適當(dāng)考慮隧洞較深處的實際溫度。

（3）混凝土各種原材料品質(zhì)、等級對結(jié)果有一定的影響。

（4）循環(huán)時間清底、立模、鋼筋綁扎有關(guān)聯(lián)，有一定的提升空間。

（5）經(jīng)濟效益與各類材料的實際價格有關(guān)，需要成果使用人根據(jù)實際情況重新計算。

（6）當(dāng)?shù)装逍枰^履帶式挖掘機或者輪胎綁鏈條裝載機時，則應(yīng)配置一套12 m長、5 mm厚鋼板作為新澆筑保護層混凝土的防應(yīng)力集中保護板。

本工程采用的5 cm保護層混凝土保護技術(shù)解決了水工隧洞“邊挖邊襯”過程中對底板混凝土的保護問題，提高了水工隧洞施工速度，減少了二襯間隔時間，降低了水工隧洞施工安全風(fēng)險，使工程能夠順利進行。這樣既保證了工程質(zhì)量，加快了工期，又提高了工程的經(jīng)濟效益。