核电厂中排水隧道的二次衬砌施工技术

上海市基础工程集团有限公司 上海 200002

1 工程背景

秦山核电厂扩建项目（方家山核电工程）排水隧道全长约1 087.33 m，采用1 台Φ8 280 mm土压平衡盾构机施工，隧道外径为8 100 mm、内径为7 300 mm，隧道最小平面转弯半径350 m；最小竖曲线半径5 000 m，最大纵坡2.42%。盾构法隧道施工完成并进行头部封堵后在隧道端部垂直顶升10 根排放管（底部托架侵入二次衬砌范围内），排放管外径为2 460 mm。

为满足隧道的抗震及防冲刷要求，需在上述工程背景下进行二次衬砌的施工。二次衬砌为钢筋混凝土结构，内径为6 800 mm，厚度为250 mm。本工程使用2 部台车同时施工，于2013年7月完成，工程质量及进度均获得各方好评（图1、图2）。

图1 二次衬砌断面

图2 隧道线形

2 工程难点及针对性措施

2.1 非常规二次衬砌浇筑设备的设计与制造

本工程工期紧，而且唯一的施工通道工作面狭小，常规设备无法工作，而二次衬砌又存在特殊断面及小半径转弯段，现有的浇筑设备无法满足上述复杂的施工要求，所以需对浇筑设备进行设计与制造。因此，由于无任何成功经验可供借鉴，如何选择施工设备使其能够满足上述复杂的施工要求是本工程的难点，也是工程能否顺利实施的关键。

在仔细分析了各种不利工况后，对浇筑设备进行了特殊设计（图3），使其具备无需借助外力能够自行行走、适应狭小空间的拆、立模，全断面定位，可根据隧道线形调整模板有效长度及适应复杂断面施工的功能。

图3 6 m台车平面示意

（a）无需借助外力能够自行行走：本台车主要以支点的相互转换配合滚轮及卷扬机达到自行走的目的。首先将模板放下，以其作为支点，通过支座上设置的伸缩千斤顶将针梁架设于下部滑轮上，通过卷扬机牵引针梁达到让针梁前行的目的，当针梁滑移到位后，启动伸缩千斤顶，以针梁作为支点，将模板腾空，使模板架设于针梁上部滑轮上，同样通过卷扬机牵引模板，使其向前滑移。

（b）适应狭小空间的拆、立模系统：本模板台车的模板断面上共分为4 块，分别为底模、2 块边模和顶模，拆、立模完全通过液压伸缩千斤顶完成，无需外力辅助，能够适应狭小空间的施工。

（c）全断面定位功能：本台车的支座经过特殊设计，通过其上的液压平移系统可以实现整个针梁的横向移动，配合伸缩千斤顶的上下移动实现全断面的定位，精度可以精确到毫米。通过调节支座上伸缩千斤顶的长度，可以使台车在一定范围内产生偏转，从而满足异型断面处的微量偏心使用要求。

（d）可调整模板的有效长度：针对本工程具有小半径曲线段的特点，模板采用可自由调整长度的设计方案，整块模板由4 环1.5 m的钢模组成。当施工小半径曲线段时，可根据曲线的半径情况，组合成1.5 m、3 m、4.5 m以及6 m共4 种有效长度，保证曲线段施工的壁厚偏差满足要求。

（e）适应复杂断面施工：为适应扩散段的施工，本台车的顶部模板设计成可更换的形式并配备一套定位系统，满足复杂断面的施工要求。

2.2 混凝土的运输与浇筑[1-8]

本工程在一端封堵的盾构隧道内进行二次衬砌施工，施工通道具有唯一性，混凝土无法通过橄榄车直接输送至混凝土浇筑面，只能通过电机车多次输送。且排水隧道全长1 087 m，单次输送时间长、方量小，这将造成浇筑施工不连续，极易产生施工冷缝，严重影响混凝土结构的质量。而且，现有混凝土的入模以及浇捣施工工艺基本上是针对开放空间的混凝土浇筑开发的，本次二次衬砌混凝土的浇筑空间是由隧道原有衬砌与模具封闭而成的完全封闭空间，二次衬砌在这种封闭空间进行混凝土浇筑，因振捣工艺的制约、浇捣后期空间缩小造成混凝土入模困难以及混凝土无排气通道等因素的影响，二次衬砌的混凝土的密实度难以保证，往往造成二次衬砌出现蜂窝麻面甚至空洞等质量缺陷。

针对这些难点，采取了以下措施：

（a）采用特制的6 m3罐车结合电机车作为水平运输的工具，运输过程中罐车匀速转动防止混凝土凝固。

（b）按最大运输距离多次测定隧道内水平运输所需时间及2 次混凝土浇筑的时间间隔，对混凝土的配合比进行多次试验，从而确保混凝土强度及初凝时间满足浇筑要求。

（c）从台车最下部浇筑窗口进行浇筑，使模板内两侧混凝土面均匀上升，并逐渐向上更换浇筑窗口，防止混凝土自由跌落距离过大，造成混凝土离析。在浇筑顶部混凝土过程中，采用单侧顺序浇筑的方法，确保模板内空气有效排出。

（d）由于二次衬砌厚度仅为25 cm，常规的振捣棒无法进行全断面振捣，为防止局部区域振捣不充分而产生蜂窝、麻面等质量缺陷，使用附壁式振捣器配合振捣棒，确保混凝土振捣充分。

2.3 小半径曲线段模板的定位及滑移

本工程隧道存在长200 m的R=350 m小平面转弯半径段，而台车模板为不可弯曲的直线刚性体，随着模具长度的延伸，模具中心轴线与隧道中心轴线之间的偏差将越来越大，因此将造成浇筑后二次衬砌轴线偏离原隧道轴线、曲线段二次衬砌线形与设计不一致、分段浇筑的二次衬砌接缝不顺直、局部二次衬砌左右厚度不一致等质量缺陷。

因此，采用了针对性措施：施工小半径曲线段时调整模板的有效长度，经过计算当模板长度为3 m时，壁厚偏差为3 mm，能够同时满足质量及工期的要求。在模板滑移过程中，每滑移1.5 m模板的前后边界将碰触上一模已施工完的内衬及下一模已绑扎完成的钢筋，所以每滑移1.5 m后需采用平移系统调整整个台车的位置，使其位于隧道中间位置后再进行模板滑移操作，如此往复，滑移到下一模指定位置。

2.4 多工作面同步施工

按使用一部模板台车进行全隧道的二次衬砌施工计算，每一模二次衬砌混凝土的施工将耗费大量时间，且由于必要的养护时间限制，闲置时间长、施工效率低，无法满足施工进度的要求。本工程使用2 部台车交叉施工，这就涉及到多工序之间同步施工，如何协调好各工序之间的搭接，将空间与时间的利用率最大化，给工程的顺利实施带来了很大的困难。

在工程中，计算出凿毛、钢筋绑扎、台车移位、混凝土浇筑等各工序使用的时间及对工作面的要求，合理安排施工流程，在保证工程质量的前提下确保时间及空间的利用最大化（图4）。

图4 施工流程

3 工程实施的效果

通过上述有针对性的施工措施及合理的工序安排，最终在业主要求的时间节点前顺利完成了二次衬砌的施工，施工完成的二次衬砌表面光滑、接缝顺直、无明显渗漏水，得到了设计方及业主的好评。

4 结语

二次衬砌施工结构可靠，隧道的使用寿命长，从一个侧面提高了经济效益。通过对其不断的研究、实践，深入掌握了其施工工艺并在此基础上进行创新，开发出了其更多的用途，应用在更多的隧道建设中。本工程的顺利实施对二次衬砌施工方法的进一步发展具有一定的参考价值。