引水隧洞混凝土襯砌施工中的難點、重點及應對措施

李 漢 青， 馮 兵

(1.四川二灘國際工程咨詢有限責任公司，四川成都 610072;3.中鐵十六局四川工程公司，四川成都 610054)

1 工程概況

獅子坪水電站引水隧洞全長18.712 km，布置于雜谷腦河右岸，共分為CⅣ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ標6個標段，設置8個施工支洞，其中1#、3#、5#、6 －2#施工支洞設置檢修門，2－1#、2 －2#、4#、6 －1#支洞進行混凝土封堵。

引水隧洞開挖斷面為馬蹄形，底寬5.0 m，高6.7 m，斷面面積37.62 m2。Ⅳ、Ⅴ類圍巖洞段采用穿行、針梁襯砌臺車相結合的方式進行鋼筋混凝土襯砌，襯砌成型后為圓形，內徑5.5 m，混凝土襯砌澆筑形式分為2/3邊頂拱、1/3底拱和全斷面混凝土襯砌。

2 混凝土襯砌施工的難點

2.1 交通運輸條件

(1)獅子坪水電站引水隧洞除1#、2－1#、2－2#施工支洞外，其他施工支洞即:3#、4#、5#、6 －1#、6－2#施工支洞全部布置在半山腰，混凝土拌和系統均布置在施工支洞口平臺，支洞口平臺距317國道的垂直距離約為200～300 m，唯一的交通道路為“之”字形施工便道，且其彎多路陡，因此，水泥、砂石骨料的運輸難度可想而知，尤其是遇到冬季冰雪天氣，施工便道路面積雪、結冰，導致水泥、砂石骨料根本無法運至支洞口施工平臺，必須及時組織人員、設備進行撒鹽、清除積雪、堅冰等工作，既耗物耗時，又導致混凝土襯砌施工進度受到很大影響。

(2)由于引水隧洞開挖斷面較小，底寬只有5.0 m，混凝土運輸罐車無法在隧洞內自由錯車、調頭，而僅能依靠隧洞內的避車洞進行錯車、調頭。受投資控制的限制，隧洞內的避車洞不可能無限制的設置，一般200～300 m左右設置一個，因此，在混凝土澆筑過程中，混凝土運輸罐車的交通受到很大限制。在混凝土澆筑高峰期，由于洞內混凝土運輸罐車較多，需安排2～3個專職的洞內交通指揮人員利用對講機指揮交通，以避免洞內交通阻塞，影響混凝土襯砌施工。

2.2 交叉平行施工

獅子坪水電站引水隧洞單頭洞段較長，尤其CⅦ標4#支洞主洞下游單頭全長2 188 m，CⅧ標5#支洞主洞上游單頭全長2 145 m，且圍巖類別變化頻繁，各類圍巖支護、襯砌形式、參數不一，工序繁多，在工期緊張的情況下要求Ⅲ類圍巖底板混凝土澆筑、邊頂拱噴錨支護以及Ⅵ、Ⅴ類圍巖混凝土襯砌交叉平行作業，而洞內工作面又極為狹窄，施工干擾較大，這就對施工組織設計和現場管理提出了更高的要求。以CⅦ標4#支洞主洞下游為例，CⅦ標4#支洞主洞下游分界樁號為K9+935～K12+123，其中K9+935～K11+490除3段共計245 m的噴錨段以外全部為混凝土襯砌，K11+490～K12+123洞段全部為噴錨支護，共633 m。

正常的施工順序是從下游至上游按部就班的進行施工，即:K12+123～K11+490底板混凝土、邊頂拱噴錨支護→K11+490～K10+900全斷面混凝土襯砌→K10+900～K10+735底板混凝土、邊頂拱噴錨支護→K10+735～K10+595全斷面混凝土襯砌→K10+595～K10+555底板混凝土、邊頂拱噴錨支護→K10+555～K9+935全斷面混凝土襯砌。

然而，根據施工總進度要求，按照上述的施工順序根本無法按期完工，因此，需要進行交叉平行作業，即:K12+123～K11+490底板混凝土→K11+490～K10+900部分鋼筋制安和K12+123～K11+490全部噴錨料的倒運→K12+123～K11+490噴混凝土、K11+490～K10+900全斷面混凝土澆筑和K10+900～K10+735邊頂拱噴錨支護→K10+900～K10+735底板混凝土→K10+735～K10+595全斷面混凝土襯砌、K10+595～K10+555邊頂拱噴錨支護→K10+595～K10+555底板混凝土→K10+555～K9+935全斷面混凝土襯砌。

2.3 洞內滲水

獅子坪水電站引水隧洞地下水極為豐富，甚至出現過流量為上千m3/h的涌水。在混凝土澆筑過程中對洞內滲水、涌水、流水的處理是一項艱巨的任務，如果沒有對滲水、涌水、流水進行很好的處理，則混凝土的澆筑質量是無法得到保證的，而且洞內滲水部位和狀態也是多種多樣，因此，在混凝土澆筑過程中，要根據不同的滲水情況制定相應的處理措施:

(1)倒坡洞段底板滲水、流水的處理。

對于倒坡洞段的流水，在混凝土澆筑過程中，主要是針對澆筑工作面上游洞段流水進行處理，而工作面下游洞段的流水一般不會對澆筑倉面造成不利影響。工作面上游洞段流水受坡度作用會直接流入澆筑倉內，如果流水量過大，所澆筑混凝土中的水泥漿會完全被流水沖走，混凝土的施工質量無法得到保證。因此，混凝土澆筑工作面上游洞段的流水一定要根據洞內的滲水情況，合理設置排水設施，以確保混凝土澆筑倉內無流水沖刷。

倒坡洞段的排水設施一般是在洞內一定距離(視滲水大小而定)設置集水坑，并安裝排水管路(排水管路一般為鋼管)，在集水坑內配備合理功率的水泵利用排水管路把洞內的滲水抽排至洞外。獅子坪水電站引水隧洞CⅦ標4#支洞主洞下游因地下水極為豐富，洞內滲水量較大，共設置了9個集水坑(集水坑距離為250 m左右)，5條排水管路，排水高峰期設置功率為5.5～15 kW抽水水泵41臺。

(2)順坡洞段底板滲水、流水的處理。

順坡洞段混凝土襯砌施工一般是從上游向下游既支洞口方向推進，因此，對于混凝土澆筑工作面下游洞段的流水一般不需要處理，因為流水受坡度作用而直接流入支洞排水溝內;但對于混凝土澆筑工作面上游已完成混凝土襯砌洞段的底板流水則必須進行妥善處理。上游已完成混凝土襯砌洞段的底板流水主要來源于上游平行作業的固結灌漿施工中灌漿孔的滲水以及施工縫的漏水。

獅子坪水電站引水隧洞CⅧ標5#支洞主洞上游混凝土襯砌施工過程中上述滲水情況較突出。另外，還有上游標段CⅦ標洞內的部分滲水。采取的措施是在全斷面或下1/3底拱和Ⅲ類圍巖底板混凝土澆筑過程中預埋兩條排水管路，排水管路布置在開挖底板的一側并延伸至混凝土澆筑倉面下游一定距離處，在Ⅲ類圍巖底板適當部位焊接排水支管與預埋的排水管連通，這樣就可以在排水支管處設置排水泵站，對已完成混凝土襯砌洞段的滲、漏水進行抽排，且不影響下游混凝土襯砌洞段的施工，效果較好。如果混凝土澆筑工作面上游洞段滲水較小，則可以直接在澆筑倉面上游底板設置簡單的擋水圍堰，利用水泵將底板流水抽排至混凝土澆筑倉面下游即可。

(3)邊頂拱滲水的處理。

邊頂拱滲水分為集中滲水和分散滲水兩種，但處理原則都是以“引”、“排”為主。

集中滲水的處理方法比較簡單:混凝土澆筑之前，在集中的出水點安裝排水管，并將排水管引至澆筑倉以外，這樣，滲水就不會對混凝土進行直接沖刷，混凝土的澆筑質量也就得到了保證。

對于邊頂拱的分散滲水采取的處理措施主要是用防水材料對混凝土澆筑倉內的圍巖進行封閉，使邊頂拱的滲水在防水材料和圍巖之間流至底板，再由底板排水管排至澆筑倉以外。

在實際施工過程中，上述兩種滲水情況通常并存。獅子坪水電站引水隧洞CⅤ標的2－1#支洞主洞上游和CⅧ標5#支洞主洞上游部分洞段頂拱滲水較大，且滲水形式集中和分散兼有。在混凝土襯砌施工過程中，首先對集中的出水點安裝排水管，再采用土工膜對滲水段的邊頂拱進行封閉，土工膜緊貼圍巖并固定牢固，將所有的滲水通過土工膜流至底板兩側，再由底板排水管排至混凝土澆筑倉外，混凝土澆筑完成后內在和外觀質量均較好。

3 混凝土襯砌施工的重點

3.1 混凝土振搗

在混凝土澆筑過程中，振搗是一道關鍵的工序。混凝土振搗時必須由專人負責，振搗時間宜為10～30 s，以混凝土不顯著下沉、不冒氣泡并開始泛漿為準，要求不漏振、不欠振、不超振，以保證混凝土結構密實、無蜂窩麻面。

獅子坪水電站引水隧洞混凝土襯砌采用鋼模臺車進行混凝土澆筑。根據不同洞段的施工需要，鋼模臺車分為穿行和針梁兩種。針梁臺車又分為全斷面針梁臺車和底拱針梁臺車，鋼模臺車上均配有附著式振搗器，用于振搗混凝土。但是，由于附著式振搗器均安裝在鋼模臺車腰線上下部位，對于底部混凝土無法進行振搗，且因引水隧洞部分洞段超挖嚴重，襯砌混凝土較厚，鋼模臺車自身配備的附著式振搗器根本無法滿足混凝土的振搗要求。因此，在混凝土澆筑過程中，根據不同的澆筑部位打開鋼模臺車相應的進料窗口(底部、頂部、腰線上下均有)，在進料窗口采用軟軸式振搗棒對混凝土進行振搗。在附著式振搗器與軟軸式振搗棒相結合的情況下，獅子坪水電站引水隧洞襯砌混凝土的內部結構和外觀質量均達到了設計和規范要求。

3.2 頂拱部位混凝土澆筑

在引水隧洞襯砌混凝土施工過程中，頂拱部位的混凝土是最不容易澆筑密實的部位，但也是最關鍵、受力最復雜的部位，加之獅子坪水電站引水隧洞為高壓隧洞，最大靜水壓力達140多米水頭，若頂拱部位混凝土澆筑不密實，甚至留下空腔，而完全靠后期的回填灌漿進行彌補是極不現實的，也會對整個引水隧洞的長期安全運行留下無法估量的安全隱患，因此，確保頂拱部位混凝土澆筑密實是至關重要的。

獅子坪水電站引水隧洞部分洞段頂拱超挖嚴重，巖面起伏最大處高達1.5 m，若完全以鋼模臺車進料口進行混凝土澆筑，頂拱部位是很難澆筑密實的。因此，頂拱混凝土澆筑時采用的施工方法為預埋尾管，每一個澆筑倉至少預埋3根尾管。澆筑尾管埋設的原則是將其安裝在頂拱部位超挖較高處，管口距圍巖的距離為10 cm左右，澆筑順序為從澆筑倉的一端向另一端逐步澆筑，并且要求澆筑施工人員在進行頂拱部位混凝土澆筑時加強對澆筑倉的觀測，確保頂拱部位混凝土澆筑密實。

3.3 底拱混凝土澆筑

獅子坪水電站引水隧洞由于前期開挖進度滯后，導致混凝土襯砌施工工期緊張。為了加快施工進度，采用分洞段增加工作面的方法交叉平行施工，為滿足洞內交通要求，部分洞段采用穿行襯砌臺車先進行上2/3邊頂拱襯砌，后期再采用針梁襯砌臺車進行下1/3底拱襯砌。但是，在進行1/3底拱混凝土澆筑時，與上2/3邊頂拱混凝土交接的反縫位置很難澆筑密實，亦無法振搗，在襯砌臺車脫模后下1/3底拱與上2/3邊頂拱交接處形成一條縱縫。

經過反復研究，最后決定采用改變入料方式的方法徹底解決了上述問題，即在采用底拱針梁臺車進行下1/3底拱混凝土澆筑時，把針梁臺車兩側最上部的活動鋼模板收緊，使之與上2/3邊頂拱混凝土的內表面間產生兩條寬度為15 cm的縱縫。在混凝土澆筑至底拱上部時，將混凝土直接從臺車兩側的兩條縱縫入倉，并在縱縫上面用軟軸式振搗棒進行振搗，待襯砌臺車移開后立即對反縫位置多余的三角體混凝土進行清除。雖然在施工過程中增加了一個工序，但可以使縱向反縫處的混凝土澆筑密實，同時，也減少了后期質量缺陷處理的工作量。

3.4 施工縫處理

對于高壓引水隧洞來說，施工縫的處理是不能忽視的。因為在引水隧洞充水后，如果施工縫處理不好，則內水受到內部壓力作用會通過施工縫發生內水外滲現象;對于水平埋深較淺的引水隧洞，滲水嚴重有可能對引水隧洞外邊坡造成破壞，因此，引水隧洞的施工縫處理尤為重要。

獅子坪水電站引水隧洞橫向施工縫的處理方法是采用651型橡膠止水帶并對混凝土縫面進行鑿毛。651型橡膠止水帶一定要安裝平整并在施工縫兩邊平均分布。由于縫面面積較小，鑿毛采用人工鑿毛即可;縱向施工縫則采用膨脹止水條和縫面鑿毛的方法進行處理。

4 結語

在進行引水隧洞混凝土襯砌施工過程中，一定要根據不同的施工環境和技術要求對混凝土襯砌施工的難點和重點進行全面分析并進行細致的經濟技術比較，制定切實可行的施工措施，以滿足混凝土襯砌施工的質量、進度和投資要求。