趙信 李昱 普曉華 楊磊 石宇雷

摘要：對(duì)大斷面引水隧洞馬蹄形襯砌弧形底拱襯砌混凝土施工工裝選型及創(chuàng)新，以“底拱液壓自行式棧橋+縱向滑動(dòng)模板”的結(jié)構(gòu)裝置，優(yōu)化底拱施工工藝工法、提升水工隧洞混凝土施工質(zhì)量管控水平，最終滿足設(shè)計(jì)、規(guī)范以及現(xiàn)場(chǎng)施工生產(chǎn)要求。

關(guān)鍵詞：大斷面引水隧洞 馬蹄形襯砌 弧形底拱 施工技術(shù)

引言

目前國(guó)內(nèi)公路、鐵路對(duì)于仰拱混凝土施工，普遍采用“液壓自行式仰拱棧橋”或簡(jiǎn)易加工棧橋，仰拱及底板澆筑普遍采用簡(jiǎn)易鋼模板或木模板。簡(jiǎn)易棧橋行走需借助施工機(jī)械牽引，只能從事鋼筋或混凝土的單工序施工，工效低、工序交叉作業(yè)頻繁，不利于施工組織，且混凝土質(zhì)量外觀通病得不到有效解決。

滇中引水工程針對(duì)底拱混凝土施工，借鑒以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，采用“底拱液壓自行式棧橋+全弧模板”或“底拱液壓自行式棧橋+環(huán)向滑模”，但以上兩種工裝在底拱圓弧段至邊墻內(nèi)角點(diǎn)位置，混凝土的外觀質(zhì)量問(wèn)題依然突出，存在氣泡、泛砂、麻面、空腔不密實(shí)等缺陷，混凝土施工質(zhì)量始終難以達(dá)到輸水隧洞的過(guò)流要求。基于以上原因，采用“底拱液壓自行式棧橋+縱向滑動(dòng)模板”的結(jié)構(gòu)裝置，優(yōu)化底拱施工工藝工法、提升水工隧洞混凝土施工質(zhì)量管控水平。

1 工程概況

滇中引水工程是國(guó)務(wù)院確定的172項(xiàng)節(jié)水供水重大水利工程中的標(biāo)志性工程，也是中國(guó)西南地區(qū)規(guī)模最大、投資最多的水資源配置工程，是我國(guó)在建最大引水工程。工程由水源工程和輸水工程兩部分組成，水源工程位于玉龍縣石鼓鎮(zhèn)，從石鼓鎮(zhèn)上游約1.5公里的金沙江取水，由泵站提水至總干渠。輸水工程自麗江石鼓鎮(zhèn)望城坡開(kāi)始，途經(jīng)麗江市、大理州、楚雄州、昆明市、玉溪市，終點(diǎn)為紅河州新坡背。全線各類建筑物總長(zhǎng)755.44公里，其中輸水總干渠總長(zhǎng)664.24公里，共有58座主隧洞長(zhǎng)611.99公里;有施工支洞120條長(zhǎng)91.2公里。

楚雄段輸水總干渠楚雄段起于大理州普淜鎮(zhèn)，分布于楚雄州姚安縣、南華縣、 牟定縣、祿豐縣和武定縣。楚雄段共包括 18 座建筑物，其中：隧洞9條，總長(zhǎng)129.915km，占全長(zhǎng) 90.97%;倒虹吸4座，總長(zhǎng)12.088km，占全長(zhǎng) 8.46%;渡槽3座，總長(zhǎng)0.627km，占全長(zhǎng) 0.44%;暗涵2條，總長(zhǎng)0.187km，占全長(zhǎng)0.13%。

隧洞結(jié)構(gòu)采用標(biāo)準(zhǔn)Ⅱ型馬蹄形斷面，設(shè)計(jì)流量 120m3 /s～100m3 /s。

2 施工要求以及襯砌同步實(shí)施的特點(diǎn)、難點(diǎn)

2.1施工要求

楚雄段隧洞工程地質(zhì)以泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、砂巖等為主的“滇中紅層”為主，隧洞圍巖差，安全風(fēng)險(xiǎn)高，要求隧洞二襯邊挖邊襯，邊挖邊襯洞段底板與開(kāi)挖掌子面的距離最大不超過(guò)120m。

2.2隧洞開(kāi)挖與襯砌同步實(shí)施的特點(diǎn)及難點(diǎn)

⑴邊挖邊襯洞段混凝土澆筑與開(kāi)挖掌子面的距離短，組織要求高

按照招標(biāo)文件要求，邊挖邊襯洞段混凝土澆筑與開(kāi)挖掌子面的距離最大不超過(guò)120m，且邊挖邊襯洞段混凝土澆筑與開(kāi)挖掌子面的距離較短，特別是不良地質(zhì)洞段，各工序交叉作業(yè)多，受洞內(nèi)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、超前灌漿、開(kāi)挖支護(hù)、安全監(jiān)測(cè)、底板及邊頂拱混凝土施工、灌漿施工等工序影響，施工干擾大，施工組織管理難度大。

洞內(nèi)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)實(shí)施、超前灌漿漿液組織及灌漿設(shè)備布置、超前支護(hù)措施、開(kāi)挖支護(hù)、安全監(jiān)測(cè)、底板及邊頂拱混凝土施工等實(shí)施工序多，作業(yè)區(qū)域受邊挖邊襯洞段混凝土澆筑與開(kāi)挖掌子面的距離的約束，掌子面作業(yè)區(qū)布置緊張，施工組織管理難度大。

⑵開(kāi)挖與襯砌同步實(shí)施運(yùn)輸組織運(yùn)輸強(qiáng)度高、難度大

按Ⅳ類圍巖開(kāi)挖支護(hù)襯砌同步實(shí)施計(jì)算隧洞的運(yùn)輸強(qiáng)度，高峰期最大運(yùn)輸量約為：出渣948m3/d、混凝土運(yùn)輸132m3/d、排水量7354.32m3/d、鋼材45t/d、水泥漿1000m3/d，運(yùn)輸強(qiáng)度高，而常規(guī)自卸汽車、混凝土運(yùn)輸車輛等設(shè)備不具備洞內(nèi)掉頭條件，洞內(nèi)運(yùn)輸組織是控制主洞施工進(jìn)度的關(guān)鍵因素;運(yùn)輸組織難度大;洞內(nèi)物流組織管理是開(kāi)挖與襯砌同步實(shí)施確保主洞施工進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

⑶輸水隧洞內(nèi)混凝土襯砌外觀質(zhì)量及實(shí)體質(zhì)量要求高

邊挖邊襯洞段施工，混凝土襯砌面與開(kāi)挖面距離近，開(kāi)挖爆破振動(dòng)問(wèn)題、混凝土施工期間掌子面施工車輛通行干擾、底板混凝土澆筑后需短時(shí)間恢復(fù)交通等成為混凝土質(zhì)量保障的難題。

⑷洞內(nèi)混凝土襯砌段底板保護(hù)難度大

洞內(nèi)邊挖邊襯洞段，襯段底板為洞內(nèi)交通路面，施工期內(nèi)底板混凝土的外觀及內(nèi)在質(zhì)量的保護(hù)范圍廣、難度大。

3 底板施工設(shè)備方案優(yōu)化

通過(guò)比較傳統(tǒng)的全弧模設(shè)計(jì)與滑模設(shè)計(jì)，滑模設(shè)計(jì)更好的契合了引水隧洞底板混凝土一次成型的要求，混凝土外觀、平整度均可以得到有效的控制。

4 施工工藝及操作流程

底板棧橋縱向攤鋪裝置即實(shí)現(xiàn)混凝土攤料、收面及底拱混凝土一次成形的裝置。施工過(guò)程中需要充分了解機(jī)械設(shè)備性能，熟練掌握各工序操作要點(diǎn)，并結(jié)合水工隧洞工況，提高底板成品混凝土的外觀質(zhì)量要求。棧橋主要分為主橋和滑膜小車，由主橋、前后引橋、縱向滑模、行走系統(tǒng)及電控液壓平衡系統(tǒng)構(gòu)成。有效工作長(zhǎng)度為24m，即12m混凝土施工空間+12m鋼筋施工空間，混凝土施工空間配置長(zhǎng)度為6m的縱向滑膜，縱向滑軌行程13m，滑?？烧w抬高10～15cm。電控液壓系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)棧橋的整體自動(dòng)縱向前進(jìn)、液壓橫向移動(dòng)，棧橋行走速度8m/min。

4.1 施工工藝流程

“滑模棧橋”施工工藝有其特定的優(yōu)勢(shì)。對(duì)于滑模工藝，頂模采用縱向運(yùn)動(dòng)軌跡，能更好的解決底拱混凝土潛在的外觀、質(zhì)量問(wèn)題;其施工工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，具備較強(qiáng)的可操作性。

4.2 施工操作要點(diǎn)

4.2.1 測(cè)量放樣

根據(jù)設(shè)計(jì)標(biāo)高及底板尺寸，精確放樣出底板邊界尺寸及混凝土墊層開(kāi)挖深度。

4.2.2底板開(kāi)挖

人工配合機(jī)械開(kāi)挖，即先使用挖掘機(jī)開(kāi)挖，預(yù)留距墊層設(shè)計(jì)底高程5～10cm采用人工開(kāi)挖。

4.2.3墊層澆筑

墊層混凝土采用C20素混凝土，厚20cm;混凝土由拌和站統(tǒng)一提供，罐車運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，采用人工配合機(jī)械進(jìn)行澆筑。墊層施工完成后，于距兩側(cè)拱腳30cm處留置臨時(shí)排水溝（寬20cm、深10cm），作為洞內(nèi)排水溝渠。

4.2.4底板棧橋就位

根據(jù)測(cè)量放線標(biāo)出的中線位置、高程、施工里程，液壓棧橋就位，底板弧形鋼模懸掛于前橋位置。

4.2.5鋼筋定位、安裝

基面驗(yàn)收→測(cè)量放線→底板定位筋安裝→外側(cè)主筋放樣→外側(cè)主筋定位→外側(cè)鋼筋綁扎→內(nèi)側(cè)定位筋安裝→內(nèi)側(cè)主筋放樣→內(nèi)側(cè)主筋定位→內(nèi)側(cè)主筋綁扎。

4.2.6結(jié)構(gòu)縫及施工縫施工

隧洞段進(jìn)出口50m洞段每個(gè)澆筑段設(shè)置1道結(jié)構(gòu)縫;在巖性變化交界處設(shè)1道結(jié)構(gòu)縫;對(duì)于圍巖性質(zhì)均一，洞身段原則每隔3～5個(gè)澆筑段設(shè)置1道結(jié)構(gòu)縫;施工過(guò)程中對(duì)先澆塊與后澆塊澆筑時(shí)間超過(guò)正常工序銜接時(shí)間，為了減少裂縫，設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。

4.2.7預(yù)埋件安裝

固結(jié)灌漿管、回填灌漿管/排水管安裝，根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)要求段落安裝，測(cè)量放線定位，預(yù)埋件與襯砌鋼筋連接牢固，防止?jié)仓炷習(xí)r候發(fā)生位移。當(dāng)預(yù)埋管與鋼架、連接鋼筋位置有沖突時(shí)可適當(dāng)調(diào)整預(yù)埋管位置。

4.2.8模型安裝

⑴ 施工順序：基面檢查→滑模前端定位→安裝端頭?！?yàn)收。

⑵ 工藝要求

① 基面驗(yàn)收：再次使用高壓風(fēng)（或高壓水）沖洗墊層，確保無(wú)雜物、積水等。

② 滑模定位：通過(guò)傳動(dòng)裝置移動(dòng)滑模至12m混凝土施工區(qū)前端（靠掌子面?zhèn)龋?，根?jù)測(cè)量放線標(biāo)出的中線位置、高程，底板模板安放調(diào)整到位，通過(guò)兩側(cè)液壓系統(tǒng)將邊模支撐到位。模板各環(huán)向、縱向接縫應(yīng)為一條直線，模板表面平整，局部錯(cuò)臺(tái)錯(cuò)縫控制在3mm以內(nèi)。模板安裝完成后進(jìn)行初檢和復(fù)檢，檢查中線、高程、斷面和凈空尺寸。

③ 端模安裝

底板施工每12m設(shè)置一道施工縫（結(jié)構(gòu)縫），端頭模采用棧橋配套定型鋼端模（施工縫處須考慮縱向分布筋過(guò)縫，可使用組合木模）;端模安裝時(shí)須注意保證止水帶（止水片）安裝居中、牢固。模板安裝必須拼縫嚴(yán)密、不會(huì)產(chǎn)生漲模及漏漿現(xiàn)象。

4.2.9底板混凝土澆筑

⑴ 工作原理：底板棧橋縱向滑模系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)混凝土攤料及收面，以達(dá)到底板混凝土澆筑一次成形的裝置，從而提高底拱成品混凝土的外觀質(zhì)量。

⑵ 底板混凝土澆筑流程

底板混凝土的施工要求一次性澆筑完成（12米），不留施工縫?？傮w澆筑順序?yàn)椤跋认潞笊?、先后端后前端”，即，針?duì)6m澆筑段而言，底板混凝土澆筑順序應(yīng)先澆筑底板拱部混凝土、再行澆筑兩側(cè)邊墻混凝土;針對(duì)1倉(cāng)（12m）澆筑段來(lái)說(shuō)，應(yīng)先澆筑后端（靠洞口側(cè)），后澆筑前端（靠掌子面?zhèn)龋?/p>

具體實(shí)施過(guò)程包括：施工準(zhǔn)備→1處底板→2處底板→3處邊墻→4處邊墻。

底板混凝土采用自行式底板棧橋（縱向滑模）澆注，底板混凝土嚴(yán)格按照試驗(yàn)室提供配比施工，由攪拌站生產(chǎn)提供，不得現(xiàn)場(chǎng)自行攪拌。

首先將模板滑至待澆筑混凝土一側(cè)（2位置），先澆筑1部底板底部，采用溜槽將混凝土由棧橋中部倉(cāng)位放入底板底部，混凝土分層厚度不大于30cm，塌落度宜控制在160mm～180mm之間;當(dāng)混凝土面距設(shè)計(jì)高程10cm時(shí)，坍落度改為190mm～200mm，完成余倉(cāng)混凝土澆筑。

待1部底板基本澆筑至設(shè)計(jì)標(biāo)高后，改為由邊墻3位置進(jìn)行下料，坍落度宜控制在180mm～190mm之間，單次下料高度不超過(guò)30cm，邊墻下料過(guò)程中，由人員從3處邊墻底部空隙處對(duì)底板底部和邊墻交接處進(jìn)行振搗，保障底板底部和邊墻交接處混凝土振搗密實(shí)無(wú)空洞。

待1部底板及邊墻第一層混凝土澆筑完成后，將滑模由2部移動(dòng)至1部，移動(dòng)過(guò)程中，對(duì)模板到達(dá)位置持續(xù)振搗底板混凝土，保證底板混凝土氣泡完全排出。

將滑?；瑒?dòng)至1部后，開(kāi)始澆筑3部邊墻位置混凝土，下料塌落度宜采用180mm～190mm，單次下料高度不超過(guò)30cm，每當(dāng)澆筑一層邊墻混凝土?xí)r采用“快插慢拔”進(jìn)行振搗，插點(diǎn)要均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)，順序進(jìn)行，不得遺漏，做到均勻振實(shí)。移動(dòng)間距不大于振搗棒作用半徑的1.5倍（一般為30-40cm）。振搗上一層時(shí)應(yīng)插入下層混凝土5cm，以消除兩層間的接隙。

將1部邊墻混凝土基本澆筑完成后，開(kāi)始澆筑2部位置混凝土，澆筑過(guò)程中順序同1部相同，1、2部位交接處混凝土澆筑完成后，達(dá)到移動(dòng)模板條件時(shí)，開(kāi)始移動(dòng)滑模，在移動(dòng)滑模過(guò)程中，由人工對(duì)1部表面進(jìn)行收面處理。

在澆筑混凝土?xí)r，凡自由落差大于2m，須要加設(shè)溜槽，防止混凝土因落差太大離析?；炷琳駬v采用插入式振搗器，振搗棒直徑ф50mm。振搗密實(shí)，不能漏振和過(guò)振。對(duì)每一振搗部位，必須振搗到該部位混凝土不再下沉，不再冒氣泡，表面呈現(xiàn)平坦、泛漿為止。在混凝土振搗過(guò)程中，嚴(yán)禁振搗棒撞擊模板、防水件及預(yù)埋件。當(dāng)混凝土澆筑結(jié)束時(shí)，清除模板下邊緣冒出的少量混凝土。

4.2.10 施工縫處理

施工縫處理，二襯澆筑混凝土前應(yīng)將矮邊墻施工縫表面鑿毛，要求鑿除表面乳皮、浮漿，鑿毛方向沿水流方向鑿毛，不得垂直水流方向鑿毛，鑿毛后使露出新鮮混凝土面積不低于75%，并用水清洗干凈。

4..2.11 脫模養(yǎng)護(hù)

邊墻混凝土強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到2.5MPa以上，方可拆模?；炷脸跄螅_(kāi)始對(duì)混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于28天，且養(yǎng)護(hù)不得中斷。

5 底板襯砌保護(hù)層

為保證弧形襯砌底板施工后掌子面的正常作業(yè)，需對(duì)弧形底板襯砌進(jìn)行保護(hù)。通過(guò)對(duì)碎石墊層+鋼板、鋼筋混凝土預(yù)制塊、混凝土及洞渣四種保護(hù)結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析，包括經(jīng)濟(jì)性、適用性及耐久性。最終選定采用素混凝土填充作為底板混凝土的保護(hù)結(jié)構(gòu)。

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)底拱混凝土施工設(shè)備選型，借鑒以往類似工程施工經(jīng)驗(yàn)，采用“底拱液壓自行式棧橋+縱向滑動(dòng)模板”的結(jié)構(gòu)裝置，優(yōu)化底拱施工工藝工法、提升水工隧洞混凝土施工質(zhì)量管控水平、保證了施工進(jìn)度，實(shí)現(xiàn)了滇中引水工程楚雄段隧洞施工“邊挖邊襯”要求。

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