凍結法施工下豎井多層吊盤倒模法混凝土襯砌施工技術

劉國章

（河南黃河工程有限公司 鄭州 450004）胡殿軍（鄭州順鑫工程監理有限公司 450004）

王海正

（河南黃河工程有限公司 鄭州 450004）

1 項目概況

神木縣供水工程是榆林市重點建設項目，工程主要解決該縣城區15萬人生活用水、城區各企業工業用水和縣城周邊農業用水問題，為神木縣經濟社會的發展及小康社會的建設提供水資源保障。該工程由21km隧洞和22km壓力管道組成，其中，隧洞部分位于毛烏素沙漠一漏斗形區域內，洞體水平埋深為80～190m，該區域內地質條件復雜，且富含地下水，因此，豎井在開挖時采用了凍結法施工工藝。

由河南黃河工程有限公司施工的該工程第五標段，位于該輸水隧洞中部，標段全長3115m，隧洞水平埋深150～180m，沿途布設三口豎井（13～15號）作為施工通道，井距1000m。豎井開挖井徑為：土層部分（厚約61～90m）開挖井徑4.5m，初襯井徑4.1m；巖石部分（厚70～100m）開挖井徑4.1m。開挖后采用300mm厚C30鋼筋混凝土二次襯砌，襯砌成型井徑3.5m。

該豎井于2007年10月開工，豎井部分于2008年5月完成，歷時8個月。

2 豎井襯砌施工中存在的問題

由于該標段為整個輸水隧洞的中間段，隧洞埋深相對較深，三個豎井深度分別為170m、180m、150m。同時，由于三口豎井均采用了凍結法施工，開挖后井壁表面溫度為-6～-8℃，受井壁溫度影響，新澆筑混凝土初期強度較低且強度增長較慢，而混凝土脫模強度又有嚴格的限制（不小于0.3MPa）,因此，從澆筑到脫模需用時間較長，而每天凍結維持費用高達21000元，如何在低溫情況下保證混凝土脫模強度，提高施工進度，減少冷凍時間，降低冷凍成本，從而降低工程綜合成本，成了本工程成敗的關鍵。

豎井混凝土襯砌一般常用的施工方法有滿堂架施工、滑模法施工，拉模法施工，但由于該工程采用了冷凍法施工，再加上該標段三口豎井深度較大，以上幾種方法的使用均受到局限。

2.1 滿堂架法

由于該標段三口豎井最小井深為150m，而根據腳手架搭設規范要求，采用雙肢立管滿堂腳手架時最大施工高度為60m，遠遠小于該工程豎井襯砌深度。如采用井壁加環梁法對腳手架進行階段性支撐，則井口斷面需擴大，造成開挖和襯砌工程量加大，增加成本。且此方法需用鋼管及耗材量極大，同時，模板循環安拆及豎向提升受腳手架影響，只能依靠人力拉升，造成大量用工，進度不宜保證。另外，此方法在施工安全上不易保障，故該方法不能滿足要求。

2.2 滑模法施工

滑模法施工是筒體結構施工中較常見的施工方法，其優點為施工工藝簡單，勞動強度較小，澆筑質量容易保證，缺點是前期投入較大，受混凝土脫模強度限制，進度受到限制（常溫下每天1.8～2m）。特別在該工程中，受冷凍法施工的影響，井壁溫度過低（-8～-10℃），導致新澆混凝土前期強度增長較為緩慢，按強度增長曲線計算，在脫模強度為0.3MPa時，每天僅能澆筑拉升1.2m左右，遠不能滿足施工進度要求。且由于井壁冷凍維持費用過高（每天約7000元），施工進度對成本造成的影響巨大，故該方法無法滿足該工程進度及成本控制需要。

2.3 拉模法施工

拉模法施工也是豎井施工中的一種常見的施工方法，其特點是施工工藝簡單，由于模板與吊架連為一個整體，支撐、拆模及拉升較為便利，特別是采用液壓頂撐技術后，勞動強度較小。但同滑模法一樣，受混凝土拆模強度影響，每天最多只能拉升一倉（1.5m），進度較為緩慢，不能滿足施工進度要求，受冷凍費用影響，施工總體費用過高。

3 多層吊盤倒模法施工工藝

3.1 新工藝選擇

由于以上三種方法不能滿足該工程要求，根據工程的特點，結合我們多年從事混凝土結構施工的經驗，將倒模法和多層吊盤有機地結合起來，形成多層吊盤倒模法施工新工藝。

倒模法施工常用于圓筒倉、煙囪等工業建筑混凝土工程的施工，其施工原理是：根據混凝土初期強度和拆模要求強度之間的關系，在混凝土澆筑時采用多倉模板循環使用，以保證混凝土澆筑的連續性，滿足工程進度要求，降低綜合成本。而且在施工時可視進度要求增加模板倉數，以達到趕工的目的。由于該工程進度的特殊要求，在實際工程施工中，采用12倉模板循環使用，解決了混凝土拆模強度的制約，大大增加了襯砌循環高度，提高了施工進度。

吊盤法多用于豎井和筒體結構施工，利用起重機或倒鏈可方便升降，通過豎向移動滿足施工需要。傳統吊盤施工時，一般采用單層吊盤，在同一吊盤上需進行鋼筋綁扎、模板支設及混凝土澆筑等工序，由于工序交叉，施工效率不高。為此，該工程在吊盤設置上采用了三層吊盤，保證了鋼筋梆扎、模板安拆、混凝土澆筑等工序分別在不同的工作盤上進行，減少了工序間干擾，同時，對底層吊盤采用倒鏈和絞車雙重提升，增加了底層工作盤的靈活度，大大提高了施工進度。

3.2 多層吊盤倒模法施工工藝構造

3.2.1 在吊盤設置上采用三層吊盤（見圖1～圖4）

a.上層吊盤用作襯砌基面修整和鋼筋綁扎的工作平臺。采用槽鋼及角鋼焊接成外徑為3.4m、內徑為1.8m的鋼架環，上鋪3mm厚鋼板而成環狀工作平臺，并通過鋼爬梯與中層工作盤連接。吊盤中間直徑1.8m的圓孔作為混凝土運輸通道。同時，本盤兼作主工作平臺安全防護盤。

圖1 吊盤提升系統示意圖

圖2 多層吊盤倒模法施工示意圖（單位：cm）

b.中層吊盤為主工作平臺，主要用于混凝土澆筑。將槽鋼彎曲成直徑為3.4m的圓環狀，再用四根槽鋼以井字形焊接，上鋪鋼板形成一個工作平臺，中間留設1.0m×0.8m的方孔作為與下層吊盤間的通道（澆筑混凝土時鋪設鋼板封閉），與上層鋼筋綁扎工作平臺的間距為2m，與下層間采用鋼鏈軟梯連接。

圖3 鋼筋工作平臺圖

圖4 澆筑、模板工作平臺圖（單位：cm）

c.下層工作平臺主要用于拆模、升模、支模等工序，在中層工作平臺的槽鋼四角焊上吊環并安裝四根導鏈（倒鏈長度視倒模層數確定），用導鏈或絞車來完成工作平臺的升降，進行模板的拆除和支撐。

d.在構造上，上層工作平臺與中層工作主平臺形成吊盤主體，采用鋼絲繩與井架連接，隨著井壁混凝土襯砌成型采用井架倒鏈向上提升，每次提升高度為2.0m（兩層模板高度）。下層工作平臺與吊盤主體無固定連接，在需要模板拆除時，采用倒鏈或絞車將該盤降至拆模位置，模板拆除后，用絞車或倒鏈將該盤提升至模板支高度，采用四根鋼絲繩固定于中層盤上，松下吊鉤或倒鏈即可進行下道工序施工。

由于下層工作平臺可采用絞車或倒鏈升降，升降方便，可同時完成對成品混凝土缺陷修補、保溫養護等工作。

3.2.2 襯砌模板

采用定型組合鋼模板，模板支設可采用用絲杠頂撐來實現安裝、拆卸，模板提升采用導鏈進行拆模工作臺的升降。根據澆筑進度要求及混凝土拆模強度，采用9～12組成型鋼模板循環作業（見圖5）。

圖5 模板支撐系統圖

3.2.3 工藝流程

工藝流程見圖6。

圖6 工藝流程

3.2.4 實際施工情況

各豎井開挖完成后，進行吊盤安裝，首先對1～12倉混凝土進行澆筑，每次澆筑兩倉，待第12倉澆筑完成后（第1、2倉已澆筑48h），經試驗第1、2倉混凝土強度達到0.45MPa，滿足規定拆模要求強度，利用絞車將下層吊盤降至第1、2倉位置進行拆模，模板拆除后，提升至第13、14倉澆筑高度進行支設，并依次循環。

由于工序交叉干擾得到解決，鋼筋綁扎不占用工作時間，這樣，每次模板拆除、支設及混凝土澆筑兩倉（2.0m），用時6.0h，扣除設備維修、停電等影響，每天實際完成進度可達到5.0m，遠超過業主要求每天3m的進度要求。

4 成果分析及結論

4.1 成果分析

采用多層吊盤倒模法方案后，使施工進度得到了較大的提高，取得了明顯的經濟效益。三口井二襯工期累計提前80天，共節省冷凍費用約56萬元，扣除增加模板投入的8萬元，綜合節省費用48萬元，達到了技術創新目標。

a.進度方面。由于多層吊盤倒模法施工解決了混凝土初期強度對脫模時間的制約，同時解決了鋼筋綁扎、模板安拆、混凝土澆筑之間的工序矛盾，加快了工程進度，為工程能夠按期完工打下了基礎。

b.安全方面。由于采用三層吊盤，吊盤整體上升平穩，在混凝土澆筑或模板安拆時，上層吊盤起到防護作用，保障了施工人員的安全。

c.經濟效益方面。采用多層吊盤倒模法施工，雖然前期投入較大，但施工進度明顯加快，同時不需要專門的安全設施投入，吊盤及倒模使用及維修費用較低，大大的提高了設備的投入產出比；降低了工程造價，提高了工程經濟效益。

4.2 結論

通過實際施工證明：該施工工藝通過增加模板倉數、增加工作盤層數，并把兩者有機結合起來，有效地解決了混凝土前期強度對脫模時間的影響，并排除了工序間的干擾，大大地提高了施工進度，在隧洞工程施工中有廣泛的推廣價值。■