張世強(qiáng)

云南省滇中引水工程有限公司 云南大理 671000

在國內(nèi)以往引水隧洞的施工中，通常采取“先挖后襯”施工方案，待開挖貫通后再進(jìn)行二襯施工，雖然不用對底板混凝土進(jìn)行保護(hù)，但遇到特殊不良地質(zhì)施工時存在軟弱圍巖變形甚至坍塌的安全隱患，施工安全風(fēng)險較大。為此，海東隧洞在初步設(shè)計(jì)時，引入了施工安全步距控制的理念，即支洞進(jìn)入主洞交匯地段和限排洞段必須按照設(shè)計(jì)“邊挖邊襯”要求進(jìn)行施工組織，以確保施工安全。

海東隧洞前段布置4 條施工支洞配合主洞施工，在隧洞巖溶富水地段可能存在A、B 級涌水風(fēng)險，需按照設(shè)計(jì)限排洞段“邊挖邊襯”要求組織施工。邊挖邊襯施工方案在國內(nèi)以往水工隧洞施工中使用不多，為確保開挖與二襯同步作業(yè)，底板混凝土澆筑后需要過施工車輛，因此需要對底?；炷敛扇〈胧┻M(jìn)行保護(hù)。以往常采取鋼板加橡膠帶、澆筑混凝土保護(hù)層加橡膠墊層、墊設(shè)土工織物后澆筑混凝土等方式來保護(hù)成品混凝土，但其施工工序較多、施工方法比較繁瑣，同時投入的施工成本比較大，因此需要我們研究一種工序更簡單、成本更低廉、效果更好的混凝土成品保護(hù)技術(shù)。

1 工程概述

云南省滇中引水工程海東隧洞全長25.285km，過水隧洞底板縱坡i 為0.238‰，隧洞斷面采用馬蹄型斷面形式，襯砌后斷面尺寸9.46m×9.46m，現(xiàn)澆鋼筋混凝土襯砌，Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類圍巖洞段襯砌厚度分別為0.5m、0.6m 和0.7m，斷層破碎帶及活動斷裂帶襯砌厚度0.8m。

為加快海東隧洞工程進(jìn)度，在保證工程質(zhì)量的前提下，施工單位研究底板混凝土成品保護(hù)措施，主要有以下幾種方案：

（1）在澆筑成型的底板上鋪筑4m 寬8mm 厚鋼板；

（2）在澆筑成型的底板上鋪筑4m 寬草墊，再鋪筑5mm 厚鋼板；

（3）在底板混凝土中間澆筑4m 寬10cm 厚混凝土保護(hù)層，在底板與保護(hù)層間鋪筑塑料隔膜，方便后期拆卸。

三個方案的優(yōu)缺點(diǎn)分析如下：

第一種方案，全洞需要鋪設(shè)10.1 萬平米鋼板約375 萬元，后期拆除時考慮鋼板折舊回收約117 萬成本，即需投入總成本258萬元，但施工過程中鋼板吊裝麻煩，并且比較容易撞擊混凝土破壞。

第二種方案，全洞需要鋪設(shè)10.1 萬平米草墊約101 萬元，由于運(yùn)行過程中草墊容易損毀，考慮1.3 損耗率后成本為131 萬元，鋼板只存在容重差費(fèi)用約176 萬元，即需投入總成本307 萬元。

第三種方案，全洞需要澆筑10114m3墊層C20 混凝土，總成本約320 萬元。由于墊層澆筑后需要一定的等強(qiáng)時間，施工速度相對較慢，但底板成品混凝土的保護(hù)效果好，洞內(nèi)文明施工形象好。隧洞二襯典型斷面圖和底板保護(hù)措施示意圖如下：

2 技術(shù)實(shí)施方法

2.1 試驗(yàn)方案

為實(shí)現(xiàn)工程目標(biāo)，需要對方案再進(jìn)行優(yōu)化，分別展開兩種工況下的試驗(yàn)，通過試驗(yàn)段來驗(yàn)證保護(hù)效果。工況一：無水洞段底板混凝土脫模后，在底板上鋪設(shè)塑料隔膜，中間鋪設(shè)20cm 粉土或細(xì)砂，上面再鋪設(shè)細(xì)粒徑洞碴。工況二：有水洞段底板混凝土脫模后，在底板上鋪設(shè)塑料隔膜，中間澆筑低標(biāo)號混凝土，上面再鋪設(shè)細(xì)粒徑洞碴。通過現(xiàn)場試驗(yàn)來確定：①塑料隔膜材質(zhì)、厚度等質(zhì)量要求，方便后期拆除時減少影響；②保護(hù)層混凝土配合比、合適的厚度、混凝土等強(qiáng)后通車時間；③底板混凝土上施工設(shè)備通行及會車要求。

V 類圍巖二襯斷面結(jié)構(gòu)示意圖

底板保護(hù)示意圖

2.2 試驗(yàn)過程

（1）塑料薄膜材質(zhì)以及后續(xù)拆除的影響。試驗(yàn)方案：為了模擬隧道內(nèi)的水濕環(huán)境，在20-30cm 混凝土澆筑后12h 分別鋪設(shè)14mm、8mm 和12mm 混凝土。模擬程序如下圖所示。

現(xiàn)場養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度增長實(shí)測曲線（單位：MPa）

施工保護(hù)層混凝土?xí)r環(huán)境溫度變化曲線

在海東隧洞0#支洞上游主洞DL Ⅱ0+752 樁號實(shí)施上述試驗(yàn)?；炷帘Ｗo(hù)層澆注在底部混凝土上，保護(hù)層的混凝土強(qiáng)度在等強(qiáng)度36 小時后測定。用50t 混凝土罐車碾壓混凝土保護(hù)層20 次，觀察以下內(nèi)容：①薄膜破損是否造成混凝土兩層擴(kuò)散；②薄膜鋪裝是否會影響底板混凝土表面質(zhì)量；③底板混凝土保護(hù)層上施工車輛交匯和調(diào)頭要求。

（2）混凝土保護(hù)層配合比、強(qiáng)度及厚度，等強(qiáng)后通車時間。先開展10cm 混凝土保護(hù)墊層的重車碾壓試驗(yàn)，計(jì)算混凝土罐車通過時需要的混凝土最低強(qiáng)度。重車碾壓工況示意圖如下：

根據(jù)材料力學(xué)計(jì)算公式得出：δ=1.2G/（L×W）+1.2f/（W×w）。式中：δ 為保護(hù)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12m3 罐車滿載時自重50t，一共10 個輪胎受力，考慮單輪受力為5t，所以G=50kN；f 為罐車驅(qū)動摩擦力，f=μ×G，μ 取0.2，則f=0.2×50kN=10kN；L 為輪胎壓地長度，根據(jù)實(shí)測L 取17cm；W 為輪胎寬度，根據(jù)實(shí)測W 為25cm；w 為保護(hù)層混凝土厚度，取10cm 計(jì)算。得出：

標(biāo)號 配合比參數(shù) 單方材料用量用水量/Kg 水膠比 粉煤灰摻量% 砂率% 設(shè)計(jì)容重/Kg·m-3 水 水泥 粉煤灰 砂 小石 中石 減水劑C10 164 0.6 25 46 2410 164 205 68 907 1065 0 2.19 C20 159 0.5 25 45 2420 159 239 80 874 1069 0 2.54 C30 159 0.4 25 42 2420 159 298 99 783 1081 0 3.18

δ=1.2G/（L×W）+1.2f/（W×w）=（1.2×50kN）/（17cm×25cm）+（1.2×10kN）/（25cm×10cm）=1.89MPa?？紤]2 倍安全系數(shù)，即保護(hù)層厚度取10cm。

底板施工循環(huán)時間推算：移開仰拱棧橋后開挖底板并清底6h →鋼筋綁扎10h →模板及止水袋安裝4h →底板混凝土澆筑8h →底板混凝土等強(qiáng)22h →鋪薄膜及保護(hù)層混凝土澆筑4h →保護(hù)層混凝土等強(qiáng)36h，合計(jì)90h。即平均3.75d 澆筑一倉底板混凝土長度12m，按有效施工時間26 天計(jì)算，每月可施工底板二襯7環(huán)約84m，IV/V 類圍巖能夠跟上開挖進(jìn)度要求（Ⅳ/Ⅴ類圍巖平均進(jìn)度80m/月）。

經(jīng)過以上分析，擬定了C10、C20、C30 三種強(qiáng)度的配合比，如下表：

混凝土標(biāo)號 水膠比 24h 抗壓強(qiáng)度/MPa C10 0.6 7.2 C20 0.5 10.7 C30 0.4 15.5

為了保證混凝土表面的平整度，通過配合比試驗(yàn)，確定采用c10 混凝土作為保護(hù)層是可行的?？紤]2 倍安全系數(shù)，混凝土強(qiáng)度取C20。

（3）保護(hù)層混凝土對于已澆筑的底板混凝土質(zhì)量的影響，試驗(yàn)后待驗(yàn)證的內(nèi)容試驗(yàn)結(jié)果如下表所示。

表1 保護(hù)層厚度變化對底板混凝土的質(zhì)量影響

3 結(jié)語

隧洞襯砌底板采用8mm 厚薄膜作為混凝土分隔層、10cm 厚C20 混凝土作為的過車保護(hù)層、填筑50cm 厚細(xì)粒徑洞渣，能夠滿足隧洞襯砌底板的施工質(zhì)量要求；底板二襯施工理論循環(huán)時間3.75d，每月施工7 環(huán)約84m，能夠保證IV 類和V 類圍巖邊挖邊襯施工要求。其他技術(shù)要點(diǎn)有：

（1）隧洞過底板二襯的主要交通設(shè)備為10m3混凝土罐車、濕噴機(jī)械手、3m3斗容裝載機(jī)、25t 自卸汽車。

（2）底板保護(hù)用的各類原材料品質(zhì)、等級對結(jié)果有一定的影響。

（3）底板開挖清底、立模、鋼筋安裝等工序循環(huán)時間還有提升空間。

（4）本方案僅考慮保護(hù)底板混凝土的材料鋪設(shè)及回填費(fèi)用，未考慮臨時工程后期拆除費(fèi)用。

本工程采用引水洞底板混凝土成品保護(hù)技術(shù)，滿足限排洞段“邊挖邊襯”的設(shè)計(jì)要求，實(shí)現(xiàn)了隧洞開挖與二襯同步作業(yè)，壓縮了二襯及固結(jié)灌漿工期，降低了軟弱圍巖地段的施工安全風(fēng)險，使工程能夠持續(xù)均衡平穩(wěn)推進(jìn)。本方案所采取的底板混凝土成品保護(hù)技術(shù)，同類引水工程值得借鑒。