小直径承压隧洞混凝土衬砌设计与施工方法
2016-03-11高山
高 山
(葫芦岛平山供水有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000)
小直径承压隧洞混凝土衬砌设计与施工方法
高山
(葫芦岛平山供水有限责任公司，辽宁 葫芦岛 125000)
摘要：平山供水工程设计日供水能力10 万 t，是辽宁省葫芦岛市的重要基础建设项目，担负着向市区大型企业和城市居民供水的重要任务。工程建设中遇到许多施工问题，其中项目建设中小直径承压隧洞衬砌施工难度较大，因衬砌设计内径2 m，大型衬砌施工设备无法进入，而且地质条件较差，属强风化混合花岗岩，地下水丰富。通过西砬山引水隧洞衬砌施工的亲身经验，对小直径承压隧洞混凝土衬砌设计与施工方法进行总结和分析。
关键词：隧洞；钢筋混凝土；拱架；预制墩；木支撑
0引言
水工隧洞是在山体中开凿的一种水流通道，小直径承压隧洞在水利引调水工程中经常遇到，为了保证围岩稳定，防止洞身渗漏、减小隧洞表面糙率，需要对洞身进行衬砌，但由于每个工程所处地形和施工条件不同，衬砌的施工方法也有所不同。特别是小直径承压隧洞施工场地狭窄，物料运输困难；施工工序较多，作业干扰较大；大型施工设备无法进入；施工难度大，质量不易控制。所以改善隧洞施工条件、选择合理的施工方案和工序、提高施工质量和工程进度是水工隧洞建设中的重要课题[1-3]。
1工程概况
葫芦岛平山供水工程为葫芦岛市引水工程，引水管线在经西砬山时，设计为隧洞引水，属于浅埋隧洞。所处地层为强风化混合花岗岩，全长818 m，隧洞形成后断面为圆形，净空直径2.0 m，二次衬砌结构分别是甲段：长度自进出口分别向内100 m，混凝土厚度50 cm，双层配筋；其余618 m为乙段，混凝土厚度30 cm，单层配筋。此洞过水压力为0.1MPa，采用C20P6钢筋混凝土衬砌，为保证衬砌结构安全，防止洞体渗漏，施工过程中对混凝土浇筑质量要求高，整圈混凝土要一次性浇筑完成，并且连续浇筑，不能有冷缝。该工程技术人员参照类似工程施工经验和水工隧洞设计规范，制定适合西砬山引水隧洞工程设计施工方案和施工工艺。
2拱架设计
由于该工程洞径小，衬砌自重不大又呈圆形，受力状况好，所以拱架采用格栅型式。拱架受力计算依据水工建筑物中拱架设计，每榀拱架分两半，下接头处用连接板连接，上连接板中间加5 cm厚木垫块，以便拆模。两片连接板用螺栓栓紧，拱架与拱架之间用连接筋定位，此种小直径圆形拱架不能用轻轨或工字钢加工，因为曲率太大，无法保证曲度，其腹部会扭曲变形[4-6]。
3混凝土衬砌施工
3.1施工方案
施工方案、方法的选择依据水工隧洞施工与质量控制，并根据此隧洞地质、地形情况确定合理的施工方案。此处地层风化严重，地下水又极丰富，有压隧洞对混凝土施工技术要求又十分严格，特别是底板与边墙顶拱要一次浇筑成型，否则易出现冷缝，造成漏水[7-8]。经多次研究采用如下方案：
1)首先铺15 cm厚混凝土底板(一侧留倒流沟)，并一次性浇筑完成。
2)设置预制混凝土墩。
3)绑扎钢筋。
4)架立拱架，安装模板。
5)浇筑混凝土。
3.2施工工序
第一步：先铺设整个洞内底板，从中间向两头铺，右侧留深15 cm宽20 cm的导流沟，把洞内渗水排出。
第二步预制混凝土墩设置，在进行第一步的同时，在洞外预制架立墩，尺寸为15 cm×15 cm×20 cm，此墩强度达到15MPa以上方可使用。
第三步分仓浇筑混凝土，在第一步完成至少7天后在洞中间位置向两洞口分段浇筑混凝土，每仓长6 m，每仓浇筑混凝土顺序如下：
1)绑扎钢筋。
2)测量中线，每隔1 m在中线上设一个预制墩，严格控制标高，使之正确无误。
3)在预制墩上放一块模板，模板的两头搭在两预制墩上。
4)在底模板搭接处架立拱架，严格控制中线；
5)拱架定位后，浇筑此仓面混凝土，两边同时连续浇筑，直至封顶[9-11]。
3.3施工工艺
此衬砌混凝土浇筑要求一次浇筑完成，成一整体，必须底面与顶面混凝土连续浇筑，不能分体浇筑，故在立架时底模下要有一空间浇筑混凝土，故立拱架时有一定难度，6 m3拱架时，采取如下工艺：
1)首先进行高程测量，高程无误的情况下在两预制墩上放一块模板，在拱架与毛洞洞壁之间用木支撑让拱架初步定位。
2)然后再进行中线测量，在已成型的隧洞中心绑扎一个与隧洞垂直的钢筋，画出中线位置作第一点，在离已成型洞口8 cm处放一预先设置的中线座，在中线座上标出中线位置作第二点，两点用细线连接拉紧此线即为隧洞中线。
3)分别调整每榀拱架，使之定位并支撑牢固，因隧洞是圆形，调整拱架时用钢尺拉紧，在任意一方向测量两边等距离即可让拱架定位，并用木支撑撑住，仔细调整，直到符合规范要求为止[12]。
4主要优缺点
4.1优点
主要有以下5个优点：
1)隧洞衬砌整体性好，整个拱形断面可连续浇筑。
2)衬砌混凝土圆顺度好，与水流流态相适应，外观质量优秀。
3)整个隧洞衬砌无蜂窝、麻面及露筋情况发生。
4)拱架制作造价低，节约成本。
5)施工工序安排合理，加快了施工进度。
4.2缺点
主要有以下2个缺点
1)底板15 cm厚混凝土与隧洞整体有施工缝。
2)混凝土预制墩标高控制较难，铺设占用时间较长。
5结论
葫芦岛平山供水西砬山段小直径承压隧洞工程，经历几年的运行考验，隧洞无渗漏和裂缝现象，水流运行平稳，其施工方法和施工工艺是理论和实践的结合，在水工隧洞工程施工中是值得推广和借鉴的。
参考文献：
[1]任存锋，李桂来.浅谈小断面隧洞钢筋混凝土衬砌质量控制[J].西部探矿工程，2009(S1)：32-35.
[2]中华人民共和国水利部.范SL279—2002水工隧洞设计规北京[S].中国水利水电出版社，2003.
[3]王任国，张勇立，刘侠.格栅钢架与型钢拱架在隧洞支护中的比较与应用[J].四川水利，2007(01)：56-58.
[4]王永兴.水工隧洞施工与质量控制 [M].郑州：黄河水利出版社，2006：32-36..
[5]王应周,董晓峰.洪一电站引水隧洞混凝土衬砌施工[J].四川水利，2010(03)：56-58.
[6]卫瑞岗.比较不同隧洞衬砌混凝土施工方法[J].山西水利科技，2010(04)：17-20.
[7]鲁少阳.输水隧洞环形无粘结预应力衬砌施工技术[J].石家庄铁路职业技术学院学报，2009(03)：66-68.
[8]霍福山,康立志,戴勇.白莲河电站引水隧洞全断面混凝土衬砌施工技术[J].水利水电施工，2008(02)：105.
[9]李晓华,班树春,黄兵,陈亚红.隧洞混凝土衬砌先边顶拱后仰拱的施工方案[J].水利水电技术，2007(01)：63-64.
[10]朱士斌,李洪波.圆形隧洞快速衬砌施工技术[J].四川水力发电，2007(01)：21-24.
[11]郭天明.简论水工隧洞衬砌施工方法[J].山西水利科技，2007(04)：78-79.
[12]林金良.三峡电源电站尾水隧洞衬砌混凝土施工技术[J].人民长江，2006(06)：11-12.
中图分类号：TV554
文献标识码：B
[作者简介]高山(1972-)，男，辽宁葫芦岛人，工程师。
[收稿日期]2016-01-12
文章编号：1007-7596(2016)03-0095-02
