大断面引水隧洞混凝土衬砌施工技术

任 明 武

(贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵州 贵阳　550002)



大断面引水隧洞混凝土衬砌施工技术

任 明 武

(贵州省水利投资(集团)有限责任公司，贵州 贵阳550002)

结合某水利工程大断面引水隧洞的工程实况，从施工准备、基础处理与验收、钢筋制作安装、模板安装、混凝土养护等方面，介绍了大断面引水隧洞混凝土衬砌施工技术，并提出了衬砌施工的质量保证措施，对类似工程施工具有一定的参考意义。

大断面，引水隧洞，混凝土，衬砌施工

0　引言

隧洞具有可以避开沿线不利的地形、地质条件而采用较短的路线；工程施工受气候条件影响很小；不占用或破坏耕地；无污染，可以保证水质和运行安全可靠等诸多优点，因而在水利工程中常采用隧洞来进行引水。而对引水隧洞进行混凝土衬砌往往是必不可少的施工环节，为了保证混凝土衬砌的施工质量，从而保证引水隧洞的运行安全，就必须采用经济合理、先进适用和安全可靠的混凝土衬砌施工技术。以下就结合某水利工程大断面引水隧洞混凝土衬砌施工实例来介绍引水隧洞混凝土衬砌的施工技术，为类似工程施工提供参考。

1　工程概况

某水利工程引水隧洞长3 905.5 m,圆形断面，地层岩性主要为碳质千枚岩夹少量砂质千枚岩，洞段内岩体破碎，岩质软，完整性极差，裂隙发育，呈碎裂结构。此外，顺层挤压错动带发育，带内物质由糜棱岩、碎裂岩组成，洞段内岩性较弱，遇水易软化。层理走向与洞轴线方向交角较小，风化卸荷相对强烈，加之地下水丰富，岩体完整性差，主要以Ⅴ类围岩为主(Ⅳ类围岩占13.2%，Ⅴ类围岩占86.8%)。隧洞全线采用钢筋混凝土衬砌，衬砌后过水断面直径为9.0 m。混凝土衬砌根据围岩类别的不同，分别采取不同的衬砌厚度，Ⅳ类围岩段的衬砌厚度为50 cm，采用单层钢筋混凝土衬砌；而Ⅴ类围岩地段，由于围岩应力作用大，加之隧洞开挖时间较长，初期支护结构已经严重变形，因而设计单位对衬砌结构进行了调整，厚度在40 cm～80 cm范围，同时将混凝土强度等级由C20调整为C30或C30聚丙烯纤维混凝土，钢筋规格和布置形式也都进行了相应调整。Ⅳ，Ⅴ类围岩段周边进行固结灌浆，隧洞全线进行顶拱回填灌浆。

2　混凝土衬砌施工

2.1施工准备

隧洞混凝土衬砌施工前，必须按规范要求对砂石骨料、钢筋、水泥、外加剂和止水材料等各种原材料进行取样检测检验，并通过试验确定混凝土施工配合比，各种检测试验报告必须报监理工程师审批同意后才可实施。

2.2基础处理与验收

1)基础处理。

清基时，针对碳质千枚岩遇水易软化的特点，尽可能的不用水冲洗，人工开挖底部保护层后，先清除松散岩块，然后采用高压风将表层浮碴清除即可。如果基础里面有零散地下水，采用人工挖小排水沟，安设φ50 PVC塑料花管引排出仓外，然后由水泵抽排至洞外。

2)基础验收严格按三步进行。

a.初步验收：施工单位“三检”合格后，将基础验收资料交现场监理工程师初验。监理工程师收到符合要求的验收单后，再请测量监理工程师对该洞段进行断面复核，复核合格后监理工程师方可确认开挖断面是否初验合格。b.正式验收：当初验合格后，施工单位提供合格的断面验收检测资料，并彻底清除基面浮石、粉尘及底部积水、石渣和淤泥后，由监理工程师通知四方到场验收。如果以上工作全部完成且符合设计要求，才算验收合格，可以进入下道工序。c.验收复查：待钢筋绑扎好(在关模之前)之后，施工单位必须再次通知监理工程师组织“四方”现场复查。

2.3钢筋制作安装

钢筋由现场技术人员开出下料单，在洞外加工场制作好，并及时运输到安装仓面附近，待基础清理并经验收合格后，进行钢筋安装。为了防止运输时造成混乱和便于架立，每一型号的钢筋必须捆绑牢固并挂牌明示。首先进行定位钢筋布设，采用φ22，长1.5 m左右(视洞段超挖情况)的锚杆8根，纵向间距1.5 m一排，沿45°角布置。通过测量定位，在锚杆上面挂Φ22的定位钢筋，然后进行外层环向主筋安装。内层主筋安装时，按设计要求预留出保护层后，布设定位钢筋，并进行内层钢筋安装。考虑到钢筋应有足够的强度和刚度，双层之间还应设置架立钢筋，确保安装好的钢筋不因外力作用而变形。

钢筋采用单面搭接焊，焊接长度10d；并按照规范要求将主筋和分布筋接头分散布置，不能在同一个截面上超过规范要求。段与段之间的分布钢筋(伸缩缝除外)应预留满足规范要求的长度。焊接操作严格按施工规范进行，必须保证焊接长度，不得损伤钢筋，每一部位钢筋焊接完后须清除焊渣。设计上要求的保护层是5 cm，施工时采用4 cm厚、5 cm见方的，并与衬砌混凝土同等强度的预制砂浆垫块固定在钢筋表面，以防止混凝土浇筑时保护层过大或过小。

2.4模板工程

引水隧洞衬砌后为内径9.0 m的圆形断面尺寸，衬砌厚度0.4 m～0.8 m。为保证混凝土外形尺寸及外观质量，并结合混凝土施工工艺和进度安排，混凝土衬砌采用针梁式钢模台车全断面衬砌。针梁式钢模台车由模板、行走门架、外部支撑及液压系统、电气系统组成。钢模台车全长12.2 m(钢模台车与已经衬砌段的搭接长度为20 cm，一次衬砌长度为12 m)，由8节1.5 m长的节段和一段20 cm长的搭接模板组成，相互之间以高强螺栓连接，为了加强模板之间的整体连接强度，还加设了模板连接梁，台车总重约100 t。每段模板环向由4块模板组成，模板间采用铰接，以便于模板收缩。钢模台车伸展后直径为9.0 m，在底模内侧设有台车行走轨道。针梁式钢模台车结构见图1。

在钢筋工序完成并经验收合格后方可进行台车移动就位工作。台车移动就位前，应检查模板是否有变形，液压系统和行走机构等是否完好。在以上项目均检查合格后，才能将台车从已浇筑段行走到待浇筑段，同时由测量人员检查台车轴线和高程，必须与设计洞室轴线和高程相吻合才能进行台车就位固定。模板与已浇混凝土的接触面必须平整严密，以保证混凝土表面的平整度和混凝土的密实性，避免产生错台、挂帘等缺陷。脱模后，模板应及时进行清理，以免混凝土强度起来后不易清理。模板清理干净后，在衬砌施工前必须涂刷符合规范要求的脱模剂。

2.5止水带、挡头板及预埋管安装和伸缩缝设置

1)止水带和挡头板安装。

台车定位后，从底部开始进行挡头板和止水带安装，挡头板采用木模散板立模封堵。挡头板安装应支撑牢固，具有一定的强度和刚度，防止浇筑混凝土时跑模。同时要求挡头板安装时，应有一定的密封性，防止浇筑混凝土时漏浆而影响混凝土质量。设计的止水带为651型(宽度400 mm，厚度10 mm)，安装时距迎水面20 cm，且铺设平顺，前后两端与混凝土各搭接20 cm，牢固的固定在挡头板上。止水带搭接时应符合规范要求，并粘贴牢固。浇筑混凝土时，为防止混凝土不均匀挤压，应随时从模板观察口或进料口检查止水带是否卷折，如发生卷折，必须立即纠正，以确保止水带能起到止水作用。

2)预埋管安装。

台车定位后，按照设计要求进行灌浆预埋管安装。采用φ50 PVC塑料管，根据实际衬砌厚度现场下料，从台车上预留出的灌浆孔安装塑料管，并用19号铅丝将塑料管牢固的绑扎在钢筋上，并在浇筑混凝土时加强保护，防止塑料管移位。

3)根据设计文件，不同钢筋混凝土衬砌断面间设伸缩缝，同类围岩段30 m～40 m范围内设一道伸缩缝，缝宽2 cm。现场实际施工时是同类围岩段36 m设一道伸缩缝，伸缩缝混凝土表面应平整、洁净，当有蜂窝麻面时，应按有关规定处理，外露铁件应割除。

2.6混凝土拌制及运输

设置两套JDY1000型拌和系统，两套系统的拌和能力达到120 m3/h以上。在两个或两个以上掌子面同时浇筑时，两套同时启用；只有一个掌子面浇筑时，启用一套，另一套作为备用。混凝土衬砌施工时项目部实验室实验人员按规范要求对混凝土拌制质量进行相关检测，不合格的混凝土严禁入仓浇筑。严格控制混凝土骨料的最大粒径，防止混凝土在泵管内出现堵塞现象。为了保证混凝土泵的入仓能力，还应严格控制混凝土的坍落度，同时通过配合比试验在混凝土中添加了适量的泵送剂，以减小混凝土在泵管内输送时的摩擦力。混凝土水平运输采用8台6 m3混凝土罐车，垂直运输采用4台HB60混凝土泵泵送入仓。混凝土在运输过程中，不能停留时间太长。

2.7混凝土浇筑及养护

混凝土一次浇筑长度为12 m，按Ⅴ类围岩的衬砌断面，每段浇筑混凝土设计工程量为295.4 m3。由于衬砌和下导坑开挖支护平行作业，干扰较大，每衬砌一段的循环时间为3 d～4 d左右，每个掌子面月平均浇筑混凝土84 m～96 m。具体衬砌循环作业时间安排见表1。

表1　衬砌循环作业时间安排表

衬砌施工前应再次复查模板的中线、水平是否符合要求；同时应检查台车及挡头模板安装是否牢靠，止水带安装是否符合设计及规范要求，模板接缝是否填塞紧密和脱模剂涂刷是否均匀。浇筑时混凝土入仓方法采用喷射法，管口尽量正对新浇的混凝土上，勿使喷出的混凝土直冲在模板或岩面上，管口喷距控制在1 m左右，以免混凝土离析。浇筑过程要连续，避免停歇造成“冷缝”，间歇时间一般不得超过2 h，否则按施工缝处理。当混凝土浇至作业窗下50 cm时，应刮净窗口附近的脏物，涂刷脱模剂，窗口与面板接缝处涂腻子，保证紧密结合，不漏浆。混凝土振捣根据不同衬砌厚度和不同部位(边模、顶拱)选用φ100，φ50插入式振捣器振捣为主，台车附着式振捣器振捣为辅，定人、定点、分区进行。振捣时均匀移动振捣器，移动间距不得大于振捣器影响半径，振捣上一层混凝土时应将振捣棒插入下一层混凝土15 cm，以免漏振和过振。振捣标准为混凝土不下沉，不再冒气泡，表面开始泛浆。既要防漏振，避免混凝土不密实，又要防过振，避免混凝土表面出现砂纹。特别是内模反弧部分要确保振捣密实，避免出现气孔现象。各部位混凝土浇筑具体要求如下：

1)底模混凝土浇筑。

混凝土经底模工作窗入仓，进行浇筑，时间约4 h～5 h。 浇筑时为使混凝土表面光滑，减少气泡、麻面等缺陷，在浇筑过程中必须采用插入式振捣器配合附着式振捣器振捣。

2)边模混凝土浇筑。

混凝土经边模工作窗入料，进行浇筑，时间约7 h～8 h。为保证台车受力均匀，引水隧洞两侧混凝土应均衡上升，两侧混凝土高差不大于50 cm，以确保台车不因偏压而移位。混凝土入仓后采用振捣器辅以人工摊铺，铺料厚度不得大于振捣棒长度的1.25倍，且每灌注一层混凝土,必须用插入式振捣器振捣，必要时还应开启附着式振捣器振捣。

3)顶拱混凝土浇筑。

混凝土由顶模进料口入料进行浇筑，时间约3 h～4 h。当混凝土浇到超过隧洞顶拱后，在顶拱部位的入料口间距控制在5 m以内。泵管出口段必须用做有标记的泵管，以便随时观察和调整出料口在顶拱混凝土中的埋置深度，确保混凝土能被泵送压力压入岩面的所有凹凸面内，从而填满整个顶拱。在每一浇筑段中，在实际开挖高程最高处埋设检查管，管口靠近并朝向岩面，当检查管有浆液流出时即可证明顶拱已填满混凝土。发现混凝土灌注满时，应立即停止泵送混凝土，以免顶部模板局部压力过大，造成模板变形。混凝土灌注完后，必须用附着式振捣器振捣。当顶拱混凝土厚度超过设计厚度较大时，应提前预埋泵管，在混凝土浇筑至设计厚度后停止本仓浇筑，待混凝土强度达到要求后再通过预埋的泵管进行混凝土浇筑，以免拱顶混凝土过厚而造成模板变形或损坏。

4)混凝土养护。

混凝土脱模后，因隧洞内温度较高，必须安排专人进行洒水养护，养护标准为混凝土表面经常处于湿润状态，养护时间不少于14 d。

5)脱模时，要小心谨慎，以免缺棱掉角现象发生。脱模后，若发现缺陷，不得擅自修补，必须按报批的缺陷处理措施进行。

3　混凝土衬砌施工质量保证措施

1)建立健全“三检制”并认真贯彻执行，同时落实“三工序”制度(即检查上工序，保证本工序，服务下工序；坚持上道工序不合格，下道工序不施工的原则)。2)施工之前，衬砌施工方案编制人员或项目部技术负责人必须向项目施工、技术、安全、质量管理人员和作业人员进行详细的生产技术交底工作。3)项目部必须指定专职质量管理人员对衬砌施工情况进行现场监督检查，落实相关质量责任，并进行严格考核；对现场监督过程中发现不按方案要求施工的，要求必须立即整改，整改合格后，才可进行下道工序施工。4)建立质量奖惩制度，奖优罚劣，充分发挥奖励机制的激励作用。5)施工过程中要不断总结和学习，不断完善施工技术；同时做好质量责任的宣传教育工作，提高全员的质量责任意识。

4　混凝土衬砌施工质量控制效果

在施工过程中项目部严格执行各项质量管理制度，明确各级人员质量责任，严格“三检制”和“三工序”制度，加强原材料的检验试验，加强施工过程控制，加强规程规范和工序交底，从开工至完工没有发生一起质量事故，混凝土外观质量满足设计和规范要求。同时业主方也对隧洞混凝土衬砌施工质量进行了钻孔取芯检测，检测结果全部满足设计和规范要求。另外，在引水隧洞运行一年后，参建四方对引水隧洞全线进行了一次大检查，未发现大的质量缺陷。

5　结语

随着国民经济的迅速发展，隧洞工程建设也将越来越多，对其技术、质量要求也将越来越高。在隧洞混凝土衬砌施工过程中只要加强各工序的施工质量控制，尤其是加强配合比设计、钢筋制安、模板(衬砌台车)安装、止水带安装和混凝土浇筑及养护等工序的质量控制，一定能保证隧洞混凝土的衬砌施工质量。随着新材料、新技术、新工艺及新设备的不断运用，隧洞混凝土衬砌施工技术也将得到更进一步的发展。

[1]DL/T 5144—2001，水工混凝土施工规范[S].

[2]DL/T 5150—2001，水工混凝土试验规程[S].

[3]GB/T 50107—2010,混凝土强度检验评定标准[S].

lining construction technology of large section diversion tunnel concrete

Ren Mingwu

(GuizhouWaterConservancyInvestment(Group)LimitedCompany,Guiyang550002,China)

Combining with the engineering survey of large section water tunnel of a water conservancy engineering, from the construction preparation, foundation treatment and acceptance, steel production and installation, formwork installation, concrete curing and other aspects, this paper introduced the lining construction technology of large section diversion tunnel concrete, and put forward the quality assurance measures of lining construction, had certain reference value for similar engineering construction.

large section, diversion tunnel, concrete, lining construction

1009-6825(2016)19-0152-03

2016-04-21

任明武(1983- )，男，工程师

U455

A