小断面隧洞双钢模台车快速衬砌施工技术

李 明， 张 永， 段 科 峰， 袁 赟

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 成都 610072)

1 工程概述

春堂坝水电站位于四川省小金县境内的沃日河上，电站采用引水式开发，水库正常蓄水位高程2 449.8 m，相应总库容为85.4万m3；调节库容37万m3，具有日调节性能，电站装机3台，单机容量为18 MW，总装机容量为54 MW。引水隧洞为平底马蹄型，顶拱内半径为2.17 m，洞高4.34 m，底宽3.17 m，引用设计流量为47.1 m3/s，流速2.96 m/s。

春堂坝水电站枢纽工程B包引水隧洞范围主要承担5#、6#、7#引水隧洞主洞控制段开挖、临时支护、钢筋混凝土衬砌、灌浆工作等。2015年8月27日洞挖工作结束，开始5#下游、6#上游引水隧洞内衬工作。因受洞室地质条件影响，开挖阶段工期延误较多，给内衬工作及后续灌浆、封洞工期带来巨大压力。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钢筋混凝土浇筑完成，转为边顶拱衬砌。根据5#引水隧洞下游、6#引水隧洞上游控制段分标桩号，5#引水隧洞下游还剩余943.945 m边顶拱衬砌，6#引水隧洞上游还剩余1 207.19 m边顶拱衬砌，此时距离隧洞充水目标(2016年6月30日)仅剩余半年时间，工期压力巨大，给各工序之间的衔接带来一定的挑战。为此，须采取有效的措施才有可能在节点工期之前完成隧洞内衬工作，达到“6.30”充水的目标。

该工程投标阶段考虑采用一台钢模台车完成边顶拱衬砌工作，原工期进度为双工作面240 m/月，预计至2016年6月底完成边顶拱衬砌，但灌浆、封洞工作无法完成，节点工期延误，不可行。

为提高衬砌进度，必须采取有效措施重新考虑衬砌方案、提高施工进度、确保节点目标按期完成。施工方案比选阶段，由水电十局与四川广汉金达隧道机械有限公司联合研制了单工作面配置双钢模台车，考虑工期为双工作面400 m/月，计划于2016年3月底完成衬砌工作，工期目标有望实现。

经上述对比分析，为了最大限度地提高工作效率，决定使用双钢模台车快速完成隧洞边顶拱衬砌，为确保充水目标的实现打下坚实的基础。

2 施工方案

春堂坝水电站引水隧洞具有洞内渗、涌水量大，成型断面尺寸小，通道受限，材料运输距离较长等特点，且洞内地质条件复杂多变，不良地质洞段塌方风险高等不可控因素共同作用，给隧洞边顶拱衬砌带来了巨大困难。为了最大限度地提高工作效率，使用双钢模台车进行隧洞边顶拱衬砌，可以很好地利用相同的洞外设施，实现更快的衬砌速度，使工期目标得以实现。

该隧洞采用双钢模台车衬砌边顶拱，其目的是为加快边顶拱衬砌速度，计划按单月单台车浇筑25仓考虑。单台钢模台车边顶拱衬砌工序时间约为26 h。

3 施工难点分析及采取的应对措施

(1)因该引水隧洞设计断面尺寸较小，且单头运输距离均大于1.5 km(含支洞长度)，进而造成材料和混凝土运输困难；

采取的应对措施：洞内、外各安排一名人员专门负责设备调度，充分利用洞内现有的错车道进行材料装运和混凝土运输。

(2)混凝土浇筑全部采用HBT80泵机输送混凝土，加之抽排水、照明、电焊等用电，进而造成长距离供电电压不足，导致泵机启动困难；

采取的应对措施：考虑到洞内条件受限，高压进洞困难，采取了新购配电增压柜、稳定洞内施工电压的措施，确保了HBT80泵机正常启动运行。

(3)由于洞内采取双钢模台车进行浇筑，钢筋绑扎、混凝土浇筑、台车行走及模板安装、欠挖处理、材料堆放、洞内抽排水交叉作业等各种作业、工序协调工作量大；

采取的应对措施：实行各作业班组按工序施工，安排专人24 h进行现场协调，合理安排施工作业，确保各项工作有条不紊的进行。

4 边顶拱衬砌

4.1 衬砌台车的布置

边顶拱衬砌采用2台钢模台车，施工中1#钢模台车作业领先2#钢模台车1～2个工序，钢筋绑扎、焊接领先进行，不占用台车使用时间。考虑双台车作业循环的步骤见图1。

4.2 台车技术要求

图1 双钢模台车完成单循环作业时间图

按照设计分缝原则，钢模台车设计长度为12 m，断面型式为平底马蹄型。为满足快速施工的要求，台车设计及施工规划还需满足以下技术要求：

(1)接缝处理：通过设计移动挡板边模，使底脚与已浇筑完成的底板矮边墙接缝平整，以解决常规接缝造成的错台，为工程后期节省了缺陷处理工作量。

(2)双台车分段长度要求：因供电条件受限，仅能满足一台HBT80泵机输送混凝土，为避免长距离输送混凝土导致堵管等影响，混凝土输送距离须控制在150 m内。为此，在两台台车之间仅考虑1个浇筑单元的情况下，设计浇筑段长度为36 m，加之材料堆放、泵机就位、罐车就位、钢筋绑扎及备仓至少需6个浇筑单元(72 m长)，共计108 m，可满足泵机输送混凝土要求。在该标施工过程中，两台台车之间一般预留2个浇筑单元，以确保混凝土浇筑的连续性，可最大程度提高施工进度。

(3)台车净空要求：在满足自身强度、刚度的同时，必须保证施工中作业人员和小型设备能够在台车下部自由通行，台车门型架净空尺寸为

1.5 m×2 m(宽×高)。

4.3 施工准备

4.3.1 施工电源准备

施工用电主要为开挖阶段所使用的供电线路，根据现场实际情况，在洞内错车道位置布置2套低压电容补偿柜(型号：GBLJ)，用以改善长距离输电电压，满足混凝土浇筑设备正常运行。

4.3.2 水、电管线穿越台车

因两台钢模台车同时作业，水、电管线穿越台车问题也是实际施工中必须解决的问题之一。根据类似施工经验和机电管线穿套管的原理，解决该问题需从台车结构入手，具体措施如下：

(1)供、排水水管穿台车：主要采用φ100 PVC钢丝软管，与已布置在隧洞边墙位置的钢管连接进行排水。在台车门型架上布置钢套管，软管穿套管，用以解决台车行走问题。

(2)电缆线穿台车：在台车门型架安装绝缘套管，将电缆线穿套管以解决电缆线穿台车问题，台车移动时由专业电工负责维护，以确保用电安全。

4.3.3 通风准备

因隧洞距离长、断面小，自然排烟困难，施工设备、电焊散烟量大且不易自行排出，为满足作业人员正常施工要求，须加强通风设备进行排烟。最终采用将2×37 kW轴流风机布置在洞口，接φ800风筒布至工作面附近，并在主支洞三岔口布置1台15 kW接力风机供风排烟。

4.3.4 钢筋准备

为保证钢模台车浇筑的连续性，洞外钢筋制安与洞内钢筋安装需连续进行，确保24 h内完成2个浇筑单元的钢筋备仓。因此，对施工中的作业人员配置要求较高，单台车每班钢筋工16人、电焊工4人，24 h施工，共需20人/台·班×2台×4班=160人。

4.3.5 材料准备

为满足引水隧洞双钢模台车快速衬砌施工要求，混凝土终凝时间必须缩短且须达到一定强度，才能尽早脱模并移动台车，故委托试验室按照混凝土相关试验规程、规范采用早强水泥并添加混凝土早强剂配制新的混凝土配合比，以保证能在要求的时间内脱模前满足设计及相关规范要求。

4.4 衬砌施工

4.4.1 钢筋工程

(1)钢筋的加工。

钢筋加工在洞外钢筋加工厂进行，严格按照设计图纸下料加工，钢筋加工采用钢筋剪切机和钢筋弯曲机，厂内钢筋的连接直径<25 mm时采用手工电弧焊，直径≥25 mm时采用直螺纹套筒连接。

(2)钢筋的运输。

钢筋的运输：加工成型的钢筋采用汽车吊配合5 t载重汽车运输至洞内工作面，装载机配合人工卸货并运至工作面。

(3)钢筋的安装。

钢筋安装前，经测量人员放线控制高程和安装位置，采用人工固定、绑扎。钢筋安装的位置、间距、保护层及各部分钢筋的大小尺寸严格按施工详图和有关设计文件进行。为保证混凝土保护层的厚度，钢筋和模板之间设置强度不低于设计强度的、预埋有铁丝的混凝土垫块，并与钢筋扎紧。安装后的钢筋应加固牢靠且在台车行走和混凝土浇筑过程中安排专人看护、经常检查，防止钢筋移位和变形。

4.4.2 仓面清理

仓面清理分两步进行，第一步：在钢筋绑扎前，先将混凝土建基面凿毛并清洗干净，喷混凝土面采用高压风将浮渣清理干净，然后进行钢筋绑扎；第二步：在钢筋绑扎完成后，再次清除建基面掉落的焊渣等杂物，并用高压水冲洗干净。

4.4.3 堵头模板的安装与拆除

堵头模板采用现场加工木板的方式进行封堵，人工安装并与台车固定牢靠。

混凝土浇筑完成后，先将堵头模板拆除完成，再进行台车脱模。

4.4.4 混凝土浇筑

混凝土浇筑前，应检查门型架水平丝杆、模板千斤顶是否有松动，防止浇筑时台车变形。钢模台车左右两侧的混凝土高度差要求不超过500 mm。顶拱混凝土最后通过输送孔浇筑，末尾阶段须放慢注入速度并时刻观察通气孔内是否有混凝土溢流，避免因混凝土注满后强行注入而导致压力过大使台车变形。

4.4.5 混凝土脱模与养护

在边顶拱衬砌混凝土强度达到设计强度的30%以上时方可拆模。

边顶拱混凝土采用人工洒水养护，应在混凝土浇筑完毕12～18 h内开始，洒水养护时间应不低于14 d。

5 结 语

在春堂坝水电站5#下游、6#上游引水隧洞边顶拱混凝土衬砌施工中，应用双钢模台车期间，月平均浇筑长度不低于400 m，其中5#洞下游边顶拱衬砌单月高峰强度达到480 m，6#洞上游边顶拱衬砌单月高峰强度达到624 m，创造了沃日河流域类似工程边顶拱衬砌最高纪录。通过该标段双钢模台车的成功应用，迅速在该工程其它标段进行推广应用，确保了该项目乃至整个工程节点目标的顺利实现。该技术具有很好的推广和使用价值，笔者亦希望今后类似的隧洞工程施工借鉴和参考。