大河沿小斷面圓型隧洞混凝土襯砌施工應用技術研究

王曉平

（中國水電基礎局有限公司，天津 301700）

0 引言

在成功完成超大型水利工程以及世紀工程三峽水利水電工程等一大批大型等項目后，在長大隧洞、大跨度地下廠房、深埋施工能力和設計水平方面，我國已經能夠與國際先進水平相媲美，隨著不斷開展的西部大開發，開始建設了眾多豐富水力資源的江河上梯級電站，我國所建設的水利水電隧道工程也邁入了一個新階段。該文將從工程概況、大河沿小斷面圓型隧洞混凝土襯砌施工技術分析2個方面來進行深入剖析。

1 工程概況

大河沿引水工程涉及多項內容，包括供水管道、灌溉渠系工程、水源工程等。大河沿河中上游是大河沿水庫的具體位置，大河沿水庫是控制大河沿河上的一項水利工程，工業供水、城市供水以及灌溉是開發大河沿引水工程的主要任務。新疆吐魯番市大河沿鎮境內是工程壩址，36.4km是具體的河長度值，1555m～4058m是壩址以上海拔高程的區間，713m2是壩址以上集水的具體面積值，10100m3是多年平均年徑流量的具體值。每50年，壩址會遇到688m3/s的洪峰流量，每1000年，會遇到1492m3/s的洪峰流量。3024萬m3為水庫總庫容的具體值，1615m是正常蓄水位的高度值，2098萬m3是具體的調節庫容量值，1582.5m為死水位高度值，550萬m3是死庫容的具體值，376萬m3是調洪庫容的具體值。40.13 km2是設計灌溉的總面積值，在建設完工程項目之后，就會為下游位置各個企業供水，6981萬m3/a是具體供水的總量。工程組成內容包括多種，例如灌溉放水洞、擋水大壩、泄洪沖砂放空兼導流洞以及溢洪道等[1]。

左岸山體是布置灌溉隧洞的具體位置，658m為具體的洞長度值，3.4m為砂礫石段開挖洞徑的具體值，2.8m為巖石段開挖洞徑值，基巖內存在洞身500m長的洞段，15m～60m是洞頂上覆巖體厚度值范圍，石炭系上統博格達下亞群第二組砂礫巖、砂巖、粉砂巖為圍巖。洞線與巖層走向接近于正交，巖層整個傾斜角度接近于直立，斷層不存在發育情況，巖體具有一定的全面性和完整性，有較好洞條件；Ⅳ級階地堆積的深厚砂礫石層內存在出口、進口大約158m的長洞段，洞徑小于大約2倍的隧洞上覆砂礫石層厚，在干燥的環境下，想要成洞，需要進行強支護作業。

砂礫石洞段為G0-140.2～G0-034.0洞身樁號，70cm為混凝土襯砌的具體厚度值；巖石洞段為G0-034.0～G0+498.5樁號，40cm為混凝土襯砌的具體厚度值，G0+386.7～G0+498.5樁號的鋼襯段設有壓力鋼管，具體直徑為2m。同時安設兩處轉彎段在G0+225.04和G0-29.05處，如果40°小于轉角值，那么轉彎半徑就不應當大于30m。圓形過渡至方形的漸變段為樁號G0+3.50～G0+12.50、G0-131.1～G0-122.0、G0-9.00～G0+0.00。閘井段為G0+0.00～G0+3.50樁號，樁號G0+3.50～G0+498.5為閘井下游段，7%坡度，樁號G0-140.2～G0+0.00為閘井上游段，1.2%坡度[2]。

灌溉放水洞隧洞擁有較為狹小的斷面和較長的施工戰線，沒有對錯車道進行設置，大大限制了運輸材料工作，安放設備的過程中，存在擁堵情況。對整個工期來說，混凝土襯砌施工是重要的影響作業，施工難度系數高。為此，全面掌握和熟悉混凝土襯砌施工工藝，確保配置設備的合理性和科學性，尤為關鍵。在初期展開混凝土襯砌工作期間，充分考慮到隧洞斷面僅有2m、鋼模臺車轉彎難度大以及2個轉彎段等因素，定制了一臺鋼模臺車，其車是套邊頂拱軌行平移式，由30cm的鋼模板組成面模，在4倉混凝土生產經過試驗后發覺，每隔30cm就會出現錯臺情況，混凝土整體外觀較差，為了提高混凝土外觀質量和襯砌施工工藝水平，就要全面分析和掌握大河沿小斷面圓型隧洞混凝土襯砌施工技術。

2 大河沿小斷面圓型隧洞混凝土襯砌施工技術分析

針對大河沿小斷面圓型隧洞混凝土襯砌施工技術進行，筆者整理了7點，分別是施工工藝、混凝土襯砌設備型式選擇、倉面清理、測量放線、鋼筋的安裝、模板安裝、加固與拆除、混凝土澆筑，本章將一一進行說明。

2.1 施工工藝

前期要做好施工準備工作，施工期間要嚴格開展基礎以及縫面處理、測量放線、鋼筋綁扎和預埋件安裝、模板架立和止水安裝、清倉和驗收、混凝土澆筑等工作，后期還要做好養護、拆模和修飾等工作。具體混凝土施工流程如圖1所示。

圖1 混凝土施工工藝流程

2.2 混凝土襯砌設備型式選擇

2.2.1 鋼模臺車型式選擇

原計劃展開施工灌溉放水洞混凝土襯砌時，選擇的是全圓針梁式鋼模臺車，該車具有較多優點，例如速度快、混凝土澆筑一次成型、資源高利用率等，但是在對該工程隧洞結構特性充分結合之后發現，選擇全圓針梁式鋼模臺車有明顯的不足之處，具體表現為以下2個方面。

第一方面，洞徑有較長的距離，較小的斷面，2個轉彎段，40°轉角，無軌道自行式設備采用的是針梁鋼模臺車，空行走距離較長會導致很多構件發生變形，包括模板、針梁等，沒有較好的靈活性，難以滿足施工需要。各個主要構件存在較大的質量，較小的洞內空間，難以進行各種操作，包括轉彎、安裝、行走、拆卸等，與此同時，對全圓針梁式鋼模臺車進行調試和安裝也需要一定的時間，難以確保工期。

另一方面，在面對洞型變化、復雜的洞身結構以及三處漸變段時，采用全圓針梁式臺車難以滿足洞身整體襯砌需要，需要對模板和漸變段進行定制。全圓針梁式臺車會涉及巨額投資，并且在變化較大的洞型、洞徑工程中，沒有較高的利用率，會大幅度增加成本攤銷。

考慮以上2個方面，決定將全圓針梁式鋼模臺車替換為邊頂拱軌行平移式鋼模臺車，在120°范圍中先襯砌底板，而后襯砌上部在240°邊墻及頂拱之中，通過定型組合鋼模板對底板120°范圍進行處理，在上部240°頂拱以及邊墻中選擇邊頂拱軌行平移式鋼模臺車進行處理[3]。

2.2.2 確定鋼模板拼接寬度

考慮到隧洞擁有較為狹窄的空間，較小的斷面，多個轉彎段（2個），難以使臺車進行轉彎和行走，初步定制鋼模臺車鋼模板，大小為9m，拼接寬度為30cm，在4倉混凝土襯砌生產中，通過實驗發現，混凝土外觀沒有較好的質量，存在嚴重的錯臺情況，難以滿足規范和設計，經過研究分析后，認為多拼縫、鋼模板拼接寬度值不大是主要原因，從而導致混凝土表面感觀不佳、存在較多的錯縫。但是如果選擇更換鋼模板臺車，就會增加施工成本，由多個部門經過商量后，決定更換臺車鋼模板面板，1.5m是最終確定的拼接寬度值，從最后襯砌情況來看，有效解決了混凝土外觀錯臺情況，存在較好的平整度，不僅如此，還降低了施工成本。

2.3 倉面清理

進行混凝土澆筑工作的必要條件是驗收完建筑物建基面，并顯示合格。在實際澆筑混凝土之前，要對巖基上的松動巖石、泥土以及雜物進行清除，而后將其沖洗干凈，將積水排干，在相關監理人員許可之后，才能進行混凝土澆筑作業，在實際澆筑混凝土之前，清洗后的基礎巖面要保證濕潤和潔凈。巖石基礎以及軟基十分容易風化，在立模扎筋工作展開之前，要對地基臨時混凝土保護層進行處理工作，在操作軟基時，要防止原狀土出現被破壞、被擾動的情況。

2.4 測量放線

合格驗收基面后，采用全站儀，展開測量放線工作。在展開放樣時，需要給出各個重要控制點，包括中心線、起止樁號、模邊線等。利用水平管等在鋼筋綁扎時，對樣架鋼筋的高程進行控制。

2.5 鋼筋的安裝

完成鋼筋加工作業后，通過使用5t自卸汽車，將其運輸到灌溉放水洞出洞口和進洞口，然后使用小三輪車，在各個施工作業面中運輸，安裝鋼筋可以選擇散裝方法。

擺放底層主筋時，要根據設計圖紙位置線將其整理好，如果存在必要情況，就需要對架立筋進行加裝處理，從而保持穩定的主筋間距和垂直度。在對主筋根數、間距等內容仔細檢查后，開始對底板底層筋中的分布筋進行綁扎。

嚴格根據施工圖紙，測量鋼筋的間距、保護層、安裝位置以及各個部分鋼筋尺寸和大小，要求偏差要控制在相關規章制度范圍內。利用短鋼筋支撐各排鋼筋，保證位置準確。在實際施工現場中，要確保儀器配備的全面性，還要利用鋼筋彎曲模具對彎曲規格進行優化和調整。

2.6 模板安裝、加固與拆除

充分考慮混凝土澆筑分塊、結構布置特點、分層、混凝土外觀質量要求、灌溉放水洞洞室襯砌混凝土進度要求以及施工特點等，模擬采用多種模板型式，包括定型組合木模、鋼模板以及鋼模臺車等。優先采用鋼材作為支架和模板的材料，盡可能的減少使用木材的次數[4]。

2.6.1 組合鋼模板安裝與加固

安裝模板期間，要盡可能地保證臨時固定設施的充足性，避免傾覆；不應當彎曲模板的拉桿。需要牢固錨環和拉桿的連接，從而便于開展振搗砼工作。安裝期間，要在相關規定范圍內合理控制偏差。

2.6.2 鋼模襯砌臺車安裝

由于地形的限制，在灌溉放水洞進口段中，要選擇在洞外安裝鋼模臺車，在汽車液壓起重機起吊部件的基礎上，安裝好鋼模臺車（見圖2），將行車機構進行啟動，而后在洞內開進鋼模臺車。安裝的過程中，要根據總圖情況，查看地面平整度情況，將P43kg/m型鋼軌作為軌道選擇的型號，根據設計需要，掌握軌道中心距離，嚴格控制誤差值；門架的安裝，要有效連接門架縱梁及各連接梁、立柱、立柱以及橫梁；重合軌道中心和行走輪中心，在安裝好整個門架后，要精準尋找縱梁之間的中心線，嚴格控制測量門架橫梁上部對角線長度的誤差值；在安裝托架時，要先對托架縱梁進行安裝，然后依次對各支撐螺旋千斤、邊橫梁、中立柱以及中橫梁進行安裝；模板安裝首先要對頂模進行安裝，在安裝完全部頂模后，再繼續對各側向支撐千斤和千斤連接梁進行安裝。

圖2 邊頂拱鋼模襯砌臺車示意圖

2.7 混凝土澆筑

2.7.1 底拱襯砌

將小模板和鋼拱架配合放在澆筑下部120°范圍內，選擇自購廠家定型鋼模板在底拱模板中，固定時利用“U”形小扣件和鋼拱架，利用5cm厚木模板拼裝封堵兩端頭。

設置架立筋在底拱混凝土每倉中，對襯砌體形進行合理控制，在底板弧形基礎巖石面上存在巖石洞段，布置梅花形，利用φ25mm錨桿拉筋展開設置；通過橫向支撐手段在砂礫石洞段中，將弧形模板兩端的頂部設置橫向支撐，并且焊接固定初期的支護鋼拱架，從而滿足底板模板上浮需要。

2.7.2 邊頂拱軌行平移式鋼模臺車襯砌

在完成3～4倉后，底板混凝土襯砌通過使用邊頂拱軌行平移式鋼模臺車，襯砌上部240°角的頂拱以及邊角，在邊頂拱和底拱同時開展工作。鋼模臺車工作示意圖見圖3。組裝鋼模臺車之前，要開展安裝軌道和測量放樣工作，而后依次進行各項安裝工作，包括軌道輪、主梁等。在完成安裝工作后，需要第二次進行驗收形體工作。在達到相關要求后，才能進行投入利用。在進行混凝土澆筑工作期間，利用鋼模臺車設置溢漿孔在拱頂位置，當溢出混凝土后，需要暫時停止泵送工作，等待5 min左右，再進行泵送工作，如果從溢漿孔均勻泌出混凝土，說明已經灌滿了混凝土。封頂后，泵送混凝土要停止泵送工作，5 min后，將臺車頂泵送管進行拆卸，而后將其封堵，對輸送泵進行清理，從而更好地開展后續混凝土澆筑工作[5]。

圖3 底拱模板示意圖

3 結語

總而言之，大河沿引水工程隧洞標灌溉放水洞工程存在較小的斷面尺寸、緊張的工期、較大的工程量、較長的戰線以及較高的施工難度，工程的重點內容就是要確保混凝土施工質量和施工工期。通過對大河沿小斷面圓型隧洞混凝土襯砌施工技術進行分析，能夠提高配置資源的合理性和科學性，保證施工最終的質量，在工期時間內，完成施工作業，與此同時，還能有效降低施工成本，保證施工企業的經濟效益。