小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術

奉海

摘要：由于木坡水電站引水隧洞工程施工工期較為緊張，同時引水隧洞斷面小，單個工作面較長，受通風、不良地質條件等因素限制，不利于隧洞開挖與襯砌同時施工，嚴重影響工程施工進度，為了保證合同工期，引水隧洞工程混凝土襯砌采用了雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術，通過雙臺車底、邊頂同進度襯砌達到了快速施工的目的，節約了工期與成本，對類似工程具有一定的參考價值。

關鍵詞：小斷面；長隧洞；雙臺車；底、邊同進度；快速施工

一、工程概況

木坡水電站位于四川省阿壩州小金縣境內的撫邊河干流上，為撫邊河干流自下而上規劃的第3級電站。上游與美臥電站銜接，下游與楊家灣電站銜接，電站樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統和廠區樞紐等組成。其中引水隧洞長10074.028m，圍巖類別以Ⅳ、Ⅴ類（約占90%）為主，圍巖地質條件復雜多變，且地下水較豐富，工作面涌水量較大，致使施工非常困難。

二、工藝原理

小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術需要嚴格的按工序作業時間實施，采用48小時一循環制度，每循環施工完畢兩倉底板，兩倉邊頂拱。

1、工藝流程。施工工藝流程：小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術各個工藝流程必須安排專人專職負責，嚴格執行各工序之間的安排。

①、準備工作：先澆筑5倉底板，邊頂拱鋼筋邦扎完畢1、2、3倉，同時臺車安裝到位。（底板提高砼強度等級，減少安裝臺車時等強時間。）

②、第一輪：按順序澆筑3、1邊頂拱、6、7號底板，完畢后運輸及邦扎5、4號倉邊頂拱鋼筋。

③、第二輪：按順序澆筑5、2邊頂拱、8、9號底板，完畢后運輸及邦扎7、6號倉邊頂拱鋼筋。

④、第三輪：按順序澆筑7、4邊頂拱、10、11號底板，完畢后運輸及邦扎9、8號倉邊頂拱鋼筋。

澆筑時先B后A（若先A后B，先走A臺車時，B占據著A臺車新倉位的搭接位置），向前推進，到各自的澆筑點后拆開泵管即快速實施，循環實施向前推進。

施工中完成2倉邊頂拱及2倉底板（如 5、2、8、9），為一個循環，包括底板清理、鋼筋安裝、模板安裝（臺車移動）、軌道鋪設等。一循環時間為48小時。

雙臺車施工中，所有工序從基礎清理，鋼筋安裝，臺車就位，及相關配合的車輛進出，挖機、泵機等就位。

2、操作要點。

（1）基礎清理。底板施工時，一次澆筑2倉（一倉12m），底板基礎清理時，在30m處設置袋裝土圍堰，先一次性用挖機粗清理30m，再人工仔細清理達到驗收標準。

時間分配情況：先用PC60型挖機粗清一次，挖機不能清除的剩余渣體采用人工清理；粗清主要用一臺60型挖機配合2臺出渣車，30m基礎粗清理耗時3.5h。細清理主要由人員進行清理，耗時9h。人員安排上10人/班，共2班。人員配合上采用2人一小組，一人掏渣一人搬運，互相輪換作業。同一斷面（Ⅴ類時最大寬度4.05m）上布置最多3人，分前后2至3個部位清理。渣料由人工挑至圍堰外，集中堆放，再由挖機將渣料裝車，運至棄渣場。根據已開挖情況，洞內滲水較大，根據現場測量的流量，自主洞開挖以來，滲水常年流量保持在（底板設計為2.3‰坡度，支洞口處上游側測量）211-264 m3/h之間；基礎清理中，每30m需要設置擋水堰，擋水堰由兩層袋裝泥土制成，堰前低凹處設置集水坑，用水泵抽排在堰外。如2、3號塊底板澆筑后，滲水會沿著底板矮邊墻（底板面層0.3m處）上部滲出。故在4、5號基礎清理時，需要在已澆混凝土面3號塊上設置30cm擋水堰，用水泵將水抽排至清理基礎外的擋水揠外，再抽排至集水坑。洞內每300m左右有集水坑，采用接力抽排方式，最后抽排至洞外。每班因排水影響2小時，故24m清理基礎時間初清3.5h，細清9h，累計12.5h。 抽排水人員安排分兩班，2人/班。

（2）鋼筋邦扎。邊頂拱鋼筋：最多為Ⅴ類圍巖，每12m鋼筋量11T，由20人分兩班，單臺車進行安裝，鋼筋安裝具體分3小組，每小組3人，每班中焊工1人，一組綁扎一組傳遞搬運。邊頂拱鋼筋安裝速度20人一循環2倉，分兩班，每班10人10.5小時。根據設計圖，邊頂拱主筋基本上沒有焊接接頭，僅在腰線部位有接頭，采用人工綁扎搭接。另每班再增加2人為協助搬運工。

底板鋼筋：粗清理后，隨即將底板鋼筋運輸到已澆筑底板上堆放。由于底板鋼筋直、短，運輸方便，運輸時間3.5h。底板細清理12m時，開始安裝第一倉底板鋼筋。鋼筋最多為Ⅴ類圍巖，每12m鋼筋量12T，由10人一班進行安裝。10人分3個小組，一組4人運輸一組4人綁扎，一組（2個專業電焊工）進行焊接。由于接頭不多，焊工工作不飽滿時參與鋼筋搬運與邦扎。工作量：24m洞段底板鋼筋8h可以施工完畢，剩余4h時間安裝模板及驗收。鋼筋運輸時間：由于洞內邊頂拱鋼筋為半圓形，鋼筋制作中分為兩段弧形鋼筋，放入運輸車后一次僅能運輸4T以下，底板鋼筋短、直，一次運輸5- 6T。邊頂拱最多鋼筋量（Ⅴ類圍巖）9.0T/倉，分布鋼筋共計2.0T/倉，合計11.0T/倉。由于鋼筋形狀不規則，部位在回車箱內，部分翹在車箱寬度外面，運輸時需要特別小心。故一次需要運輸3.2T鋼筋，滿足要求。根據車輛運入洞時進為10min，倒車出來10min，一來回時間20min，加上人工卸鋼筋上臺車時間1.6小時，合計為2.0小時/循環。兩倉鋼筋運輸用時16h。即16h內完成24m洞段鋼筋施工。邊頂拱鋼筋臺車投入1臺，為工字鋼架子輪式12.0m長臺車。鋼筋臺車頂拱設計成與鋼筋弧度一致的半圓型，中上部位設置活動操作平臺。

（3）鋼筋運輸通道。由于底板澆筑完畢后，下道工序邊頂拱需要上鋼筋，而底板上空是唯一的通道：材料及施工人員均要通過該通道，采用在底板上搭橋方式進行運輸。具體做法是：在底板鋼筋安裝前，先用手持式電動沖擊鉆在底板基巖上每隔3m鉆3個等邊20cm長深30cm的孔，在孔內放入錨固劑，再將φ20鋼筋插入，然后將3根鋼筋加工成鋼筋桁架柱作為60cm（Ⅳ類45cm）高的“橋墩”，頂端高于混凝土面10cm處3根φ16鋼筋作為一個平面“橋臺”，該“橋墩”在洞軸線上每3m一排，每排2個，間隔2.0m。該橋臺同時也作為底板鋼筋的面層筋立架使用。實際澆筑2倉底板共計7排14個，共計鋼筋50Kg /2倉底板。第一個“橋墩”距邊0.5m。endprint

用Ⅰ16工字鋼作為“橋梁及軌道”兩工字鋼中心間距2.0m，底部用鋼筋作為夾板，壓住工字鋼下翼板并與“橋臺”焊接。將工字鋼固定在“橋臺”上，工字鋼軌道重復利用。

運輸車：用4個中心帶槽的礦車輪，與工字鋼做成的簡易運輸車，長6m，寬2.5m，為防止有渣體悼到底板上破壞混凝土收面工作，在運輸車底板上鋪蓋膠合板，每次運輸量3.0T。

橋墩在完成任務，混凝土底板能上人（36小時后）后割除。將鋼筋頭打磨平整后涂刷環氧液防銹防沖處理。

（4）混凝土襯砌。混凝土澆筑時，先從B臺車開始，順序為B臺車，A臺車，底板。連續澆筑。

A：底板：設計方量最大為Ⅴ類圍巖，城門洞型每隧洞延m設計量2.5 m3，兩倉24m澆筑量72 m3，1.2為超填系數，混凝土水平運輸采用6 m3罐車運輸。

澆筑時間計算如下：罐車進洞后需要在支、主洞交叉處調頭，往澆筑點倒車前進，單程行車1060m約10min，回程是往前開，時間6.5min，強制式拌和機1 m3拌和時間不低于90s，放成品料及原材料上拌和機1.5min。合計每拌制1 m3拌和時間3.0min。6 m3用時18min。生產能力為20 m3/h。三個罐車澆筑。

罐車一往返時間為47.5min，再加上放料時間5min，兩次調頭、就位4min，合計56.5min。配罐車3輛。即可滿足要求，澆筑時間按20 m3/h計算，完成24m底板澆筑所需要的時間為72÷20=3.6h，取值4h。

故澆筑24m底板最不利情況（Ⅴ類圍巖）下4h可以澆筑完畢。

故一循環中48小時內能完成兩倉底板混凝土施工，埏連續不間斷澆筑月強度（考慮不可預見因素，每月按25天算）為300m/月。

B邊頂拱：最不利為Ⅴ類圍巖，城門洞型，每延m城門洞型設計量7.224 m3，一次澆筑為95.36 m3，1.1為超填系數，混凝土水平運輸采用6 m3罐車運輸。澆筑時間8h。60%是每小時澆筑邊頂拱扣除影響后的有效利用系數。另由于邊頂拱下料點窗口較多，頂拱最后窗口泵料時較慢，每個頂部進料口接管、泵料再加入0.5h，4個窗口為2h，合計時間10小時/倉邊頂拱，按8小時算。混凝土脫模時間，根據已經澆筑的混凝土邊頂拱脫模統計，時間為澆完最后一方混凝土封孔后12- 14h即可脫模，實際脫模時離澆筑完畢時最少已經14h。在第一臺臺車故在48小時循環時間內，兩天可以完成24m邊頂拱澆筑。（注：B臺車移動前，A臺車需要先移動1m。給B臺車讓出模板與混凝土接觸位置。A臺車移動時，離混凝土澆筑完畢時間為14h。）

故雙臺車緊湊、連續、不間斷、沒有外界干擾、泵機無故障的情況下澆筑月強度為360m/月，考慮不可預見因素每月按25天算則月進度為300m/月。

3、單臺車先底板后邊頂拱與雙臺車底、邊頂拱同進度施工的對比情況，詳見表1。

4、關鍵技術要點。

（1）雙臺車模式各工序間邏輯關系。

（2）雙臺車與單臺車施工對比分析。

（3）雙臺車施工的人員機械配置情況。

5。安全和質量保障。

（1）拆模（移動鋼模臺車）對新襯砌混凝土的影響。通過采用有限元法對引水隧洞頂拱混凝土襯砌拆模時間計算復核，由于隧洞頂拱僅承受自身的重力，且由于拱的作用，頂拱混凝土結構內的壓力很小，最大壓應力為同期混凝土立方體抗壓強度的6%左右，隧洞受到的拉應力也很小，僅為同期混凝土立方體抗壓強度的2.7%左右。雖然12- 14h時混凝土的強度還很低，但是混凝土的實際強度已經能夠承受自重及其他荷載，經過計算和試驗復核，顯示引水隧洞的頂拱混凝土強度已遠遠高于拆模時所產生的內應力，所以頂拱模板在混凝土澆筑完12- 14h拆除時安全可行的。

所以拆模時間確定為澆完最后1 m3混凝土封孔后14h即可拆模，達到混凝土拆模強度，滿足施工規范要求。

（2）C20混凝土試塊28天抗壓強度統計，詳見表2。

6、經驗小結。

（1）小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術難點主要在于必須制定清晰的工序順序，讓所有參與施工的人員完全理解工序安排，特別是現場管理人員，一個工序安排不當，將影響整個施工進度。人員配置必須滿足施工需求，且各工序施工人員熟練本工序施工內容。兩工序必須做到無縫銜接。工序間的機械設備平時保養至位，在各工序中根據工序流程時間表出場，出場的先后順序則由管理員調動，嚴禁私自調整順序。在單段隧洞較長、工期較緊的情況下，投入的各項施工成本，通過雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術將經濟效益最大化。

（2）小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術適用于引水隧洞長、工期緊、斷面小、開挖與襯砌同時施工干擾大的引水隧洞混凝土襯砌施工。endprint