小斷面隧洞雙鋼模臺車快速襯砌施工技術(shù)

李 明， 張 永， 段 科 峰， 袁 赟

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

春堂壩水電站位于四川省小金縣境內(nèi)的沃日河上，電站采用引水式開發(fā)，水庫正常蓄水位高程2 449.8 m，相應(yīng)總庫容為85.4萬m3；調(diào)節(jié)庫容37萬m3，具有日調(diào)節(jié)性能，電站裝機3臺，單機容量為18 MW，總裝機容量為54 MW。引水隧洞為平底馬蹄型，頂拱內(nèi)半徑為2.17 m，洞高4.34 m，底寬3.17 m，引用設(shè)計流量為47.1 m3/s，流速2.96 m/s。

春堂壩水電站樞紐工程B包引水隧洞范圍主要承擔(dān)5#、6#、7#引水隧洞主洞控制段開挖、臨時支護、鋼筋混凝土襯砌、灌漿工作等。2015年8月27日洞挖工作結(jié)束，開始5#下游、6#上游引水隧洞內(nèi)襯工作。因受洞室地質(zhì)條件影響，開挖階段工期延誤較多，給內(nèi)襯工作及后續(xù)灌漿、封洞工期帶來巨大壓力。2015年12月31日，5#引水隧洞下游、6#引水隧洞上游控制段底板鋼筋混凝土澆筑完成，轉(zhuǎn)為邊頂拱襯砌。根據(jù)5#引水隧洞下游、6#引水隧洞上游控制段分標(biāo)樁號，5#引水隧洞下游還剩余943.945 m邊頂拱襯砌，6#引水隧洞上游還剩余1 207.19 m邊頂拱襯砌，此時距離隧洞充水目標(biāo)(2016年6月30日)僅剩余半年時間，工期壓力巨大，給各工序之間的銜接帶來一定的挑戰(zhàn)。為此，須采取有效的措施才有可能在節(jié)點工期之前完成隧洞內(nèi)襯工作，達(dá)到“6.30”充水的目標(biāo)。

該工程投標(biāo)階段考慮采用一臺鋼模臺車完成邊頂拱襯砌工作，原工期進度為雙工作面240 m/月，預(yù)計至2016年6月底完成邊頂拱襯砌，但灌漿、封洞工作無法完成，節(jié)點工期延誤，不可行。

為提高襯砌進度，必須采取有效措施重新考慮襯砌方案、提高施工進度、確保節(jié)點目標(biāo)按期完成。施工方案比選階段，由水電十局與四川廣漢金達(dá)隧道機械有限公司聯(lián)合研制了單工作面配置雙鋼模臺車，考慮工期為雙工作面400 m/月，計劃于2016年3月底完成襯砌工作，工期目標(biāo)有望實現(xiàn)。

經(jīng)上述對比分析，為了最大限度地提高工作效率，決定使用雙鋼模臺車快速完成隧洞邊頂拱襯砌，為確保充水目標(biāo)的實現(xiàn)打下堅實的基礎(chǔ)。

2 施工方案

春堂壩水電站引水隧洞具有洞內(nèi)滲、涌水量大，成型斷面尺寸小，通道受限，材料運輸距離較長等特點，且洞內(nèi)地質(zhì)條件復(fù)雜多變，不良地質(zhì)洞段塌方風(fēng)險高等不可控因素共同作用，給隧洞邊頂拱襯砌帶來了巨大困難。為了最大限度地提高工作效率，使用雙鋼模臺車進行隧洞邊頂拱襯砌，可以很好地利用相同的洞外設(shè)施，實現(xiàn)更快的襯砌速度，使工期目標(biāo)得以實現(xiàn)。

該隧洞采用雙鋼模臺車襯砌邊頂拱，其目的是為加快邊頂拱襯砌速度，計劃按單月單臺車澆筑25倉考慮。單臺鋼模臺車邊頂拱襯砌工序時間約為26 h。

3 施工難點分析及采取的應(yīng)對措施

(1)因該引水隧洞設(shè)計斷面尺寸較小，且單頭運輸距離均大于1.5 km(含支洞長度)，進而造成材料和混凝土運輸困難；

采取的應(yīng)對措施：洞內(nèi)、外各安排一名人員專門負(fù)責(zé)設(shè)備調(diào)度，充分利用洞內(nèi)現(xiàn)有的錯車道進行材料裝運和混凝土運輸。

(2)混凝土澆筑全部采用HBT80泵機輸送混凝土，加之抽排水、照明、電焊等用電，進而造成長距離供電電壓不足，導(dǎo)致泵機啟動困難；

采取的應(yīng)對措施：考慮到洞內(nèi)條件受限，高壓進洞困難，采取了新購配電增壓柜、穩(wěn)定洞內(nèi)施工電壓的措施，確保了HBT80泵機正常啟動運行。

(3)由于洞內(nèi)采取雙鋼模臺車進行澆筑，鋼筋綁扎、混凝土澆筑、臺車行走及模板安裝、欠挖處理、材料堆放、洞內(nèi)抽排水交叉作業(yè)等各種作業(yè)、工序協(xié)調(diào)工作量大；

采取的應(yīng)對措施：實行各作業(yè)班組按工序施工，安排專人24 h進行現(xiàn)場協(xié)調(diào)，合理安排施工作業(yè)，確保各項工作有條不紊的進行。

4 邊頂拱襯砌

4.1 襯砌臺車的布置

邊頂拱襯砌采用2臺鋼模臺車，施工中1#鋼模臺車作業(yè)領(lǐng)先2#鋼模臺車1～2個工序，鋼筋綁扎、焊接領(lǐng)先進行，不占用臺車使用時間。考慮雙臺車作業(yè)循環(huán)的步驟見圖1。

4.2 臺車技術(shù)要求

圖1 雙鋼模臺車完成單循環(huán)作業(yè)時間圖

按照設(shè)計分縫原則，鋼模臺車設(shè)計長度為12 m，斷面型式為平底馬蹄型。為滿足快速施工的要求，臺車設(shè)計及施工規(guī)劃還需滿足以下技術(shù)要求：

(1)接縫處理：通過設(shè)計移動擋板邊模，使底腳與已澆筑完成的底板矮邊墻接縫平整，以解決常規(guī)接縫造成的錯臺，為工程后期節(jié)省了缺陷處理工作量。

(2)雙臺車分段長度要求：因供電條件受限，僅能滿足一臺HBT80泵機輸送混凝土，為避免長距離輸送混凝土導(dǎo)致堵管等影響，混凝土輸送距離須控制在150 m內(nèi)。為此，在兩臺臺車之間僅考慮1個澆筑單元的情況下，設(shè)計澆筑段長度為36 m，加之材料堆放、泵機就位、罐車就位、鋼筋綁扎及備倉至少需6個澆筑單元(72 m長)，共計108 m，可滿足泵機輸送混凝土要求。在該標(biāo)施工過程中，兩臺臺車之間一般預(yù)留2個澆筑單元，以確保混凝土澆筑的連續(xù)性，可最大程度提高施工進度。

(3)臺車凈空要求：在滿足自身強度、剛度的同時，必須保證施工中作業(yè)人員和小型設(shè)備能夠在臺車下部自由通行，臺車門型架凈空尺寸為

1.5 m×2 m(寬×高)。

4.3 施工準(zhǔn)備

4.3.1 施工電源準(zhǔn)備

施工用電主要為開挖階段所使用的供電線路，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，在洞內(nèi)錯車道位置布置2套低壓電容補償柜(型號：GBLJ)，用以改善長距離輸電電壓，滿足混凝土澆筑設(shè)備正常運行。

4.3.2 水、電管線穿越臺車

因兩臺鋼模臺車同時作業(yè)，水、電管線穿越臺車問題也是實際施工中必須解決的問題之一。根據(jù)類似施工經(jīng)驗和機電管線穿套管的原理，解決該問題需從臺車結(jié)構(gòu)入手，具體措施如下：

(1)供、排水水管穿臺車：主要采用φ100 PVC鋼絲軟管，與已布置在隧洞邊墻位置的鋼管連接進行排水。在臺車門型架上布置鋼套管，軟管穿套管，用以解決臺車行走問題。

(2)電纜線穿臺車：在臺車門型架安裝絕緣套管，將電纜線穿套管以解決電纜線穿臺車問題，臺車移動時由專業(yè)電工負(fù)責(zé)維護，以確保用電安全。

4.3.3 通風(fēng)準(zhǔn)備

因隧洞距離長、斷面小，自然排煙困難，施工設(shè)備、電焊散煙量大且不易自行排出，為滿足作業(yè)人員正常施工要求，須加強通風(fēng)設(shè)備進行排煙。最終采用將2×37 kW軸流風(fēng)機布置在洞口，接φ800風(fēng)筒布至工作面附近，并在主支洞三岔口布置1臺15 kW接力風(fēng)機供風(fēng)排煙。

4.3.4 鋼筋準(zhǔn)備

為保證鋼模臺車澆筑的連續(xù)性，洞外鋼筋制安與洞內(nèi)鋼筋安裝需連續(xù)進行，確保24 h內(nèi)完成2個澆筑單元的鋼筋備倉。因此，對施工中的作業(yè)人員配置要求較高，單臺車每班鋼筋工16人、電焊工4人，24 h施工，共需20人/臺·班×2臺×4班=160人。

4.3.5 材料準(zhǔn)備

為滿足引水隧洞雙鋼模臺車快速襯砌施工要求，混凝土終凝時間必須縮短且須達(dá)到一定強度，才能盡早脫模并移動臺車，故委托試驗室按照混凝土相關(guān)試驗規(guī)程、規(guī)范采用早強水泥并添加混凝土早強劑配制新的混凝土配合比，以保證能在要求的時間內(nèi)脫模前滿足設(shè)計及相關(guān)規(guī)范要求。

4.4 襯砌施工

4.4.1 鋼筋工程

(1)鋼筋的加工。

鋼筋加工在洞外鋼筋加工廠進行，嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙下料加工，鋼筋加工采用鋼筋剪切機和鋼筋彎曲機，廠內(nèi)鋼筋的連接直徑<25 mm時采用手工電弧焊，直徑≥25 mm時采用直螺紋套筒連接。

(2)鋼筋的運輸。

鋼筋的運輸：加工成型的鋼筋采用汽車吊配合5 t載重汽車運輸至洞內(nèi)工作面，裝載機配合人工卸貨并運至工作面。

(3)鋼筋的安裝。

鋼筋安裝前，經(jīng)測量人員放線控制高程和安裝位置，采用人工固定、綁扎。鋼筋安裝的位置、間距、保護層及各部分鋼筋的大小尺寸嚴(yán)格按施工詳圖和有關(guān)設(shè)計文件進行。為保證混凝土保護層的厚度，鋼筋和模板之間設(shè)置強度不低于設(shè)計強度的、預(yù)埋有鐵絲的混凝土墊塊，并與鋼筋扎緊。安裝后的鋼筋應(yīng)加固牢靠且在臺車行走和混凝土澆筑過程中安排專人看護、經(jīng)常檢查，防止鋼筋移位和變形。

4.4.2 倉面清理

倉面清理分兩步進行，第一步：在鋼筋綁扎前，先將混凝土建基面鑿毛并清洗干凈，噴混凝土面采用高壓風(fēng)將浮渣清理干凈，然后進行鋼筋綁扎；第二步：在鋼筋綁扎完成后，再次清除建基面掉落的焊渣等雜物，并用高壓水沖洗干凈。

4.4.3 堵頭模板的安裝與拆除

堵頭模板采用現(xiàn)場加工木板的方式進行封堵，人工安裝并與臺車固定牢靠。

混凝土澆筑完成后，先將堵頭模板拆除完成，再進行臺車脫模。

4.4.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑前，應(yīng)檢查門型架水平絲桿、模板千斤頂是否有松動，防止?jié)仓r臺車變形。鋼模臺車左右兩側(cè)的混凝土高度差要求不超過500 mm。頂拱混凝土最后通過輸送孔澆筑，末尾階段須放慢注入速度并時刻觀察通氣孔內(nèi)是否有混凝土溢流，避免因混凝土注滿后強行注入而導(dǎo)致壓力過大使臺車變形。

4.4.5 混凝土脫模與養(yǎng)護

在邊頂拱襯砌混凝土強度達(dá)到設(shè)計強度的30%以上時方可拆模。

邊頂拱混凝土采用人工灑水養(yǎng)護，應(yīng)在混凝土澆筑完畢12～18 h內(nèi)開始，灑水養(yǎng)護時間應(yīng)不低于14 d。

5 結(jié) 語

在春堂壩水電站5#下游、6#上游引水隧洞邊頂拱混凝土襯砌施工中，應(yīng)用雙鋼模臺車期間，月平均澆筑長度不低于400 m，其中5#洞下游邊頂拱襯砌單月高峰強度達(dá)到480 m，6#洞上游邊頂拱襯砌單月高峰強度達(dá)到624 m，創(chuàng)造了沃日河流域類似工程邊頂拱襯砌最高紀(jì)錄。通過該標(biāo)段雙鋼模臺車的成功應(yīng)用，迅速在該工程其它標(biāo)段進行推廣應(yīng)用，確保了該項目乃至整個工程節(jié)點目標(biāo)的順利實現(xiàn)。該技術(shù)具有很好的推廣和使用價值，筆者亦希望今后類似的隧洞工程施工借鑒和參考。