论大纵坡长斜井边顶拱同步衬砌施工技术研究

李宗荣

摘 要：斜井在水电工程引水系统和公路工程中应用较为广泛。水电工程引水系统斜井具有长度短、坡度大、地质差等特点，公路工程施工斜井具有大长度、坡度大、地质施工条件较好等特点，结合工程实际情况进行此类斜井施工时，常规采用先开挖支护完成整条隧洞再进行混凝土衬砌，或者边开挖边衬砌底板待整条隧洞开挖支护完成后再进行边顶拱混凝土衬砌，否则无法实现开挖支护、出渣及混凝土衬砌等同步施工。

关键词：大纵坡;长斜井;同步衬砌

中图分类号：TV52            文献标识码：A            文章编号：1006—7973（2019）12-0093-04

1 引言

随着国内水利工程的快速发展，在复杂地质条件下大纵坡长斜井钻爆施工和二次衬砌同步施工，成为所有工序中的重点和难点。本工法从施工技术的角度优化施工方案，利用新技术、新设备及新工艺改进斜井施工技术，实现整体液压自行式钢模台车向下衬砌施工与钻爆工序同步施工，以“技术先行”保证斜井施工安全、质量和进度。

2 同步衬砌钢模台车施工特点

（1）液压自行钢模台车在洞外分段吊装，通过绞车提升系统牵引行走至斜井内组装为一整体，有效解决了斜井坡度较大，安装空间小，安装时间长，安全控制和管理难度大等难题，实现了洞外安装期斜井钻爆交叉基础施工，节约了工期。

（2）将钢筋绑扎台车和混凝土浇筑台车组装连接成一套整体自行式钢模台车，在提高台车运行安全的同时，实现斜井边顶拱混凝土连续、循环施工，达到备仓、钢筋绑扎、混凝土浇筑、养护待凝、台车移动就位、轨道延伸等多工序交叉作业，施工人员配置合理，节约了施工成本。

（3）液压自行钢模台车正常运行时采用专用箱形齿块型钢轨，钢轨采用地锚固定于已浇筑混凝土底板上，钢模台车采取三对液压驱动自锁行走系统和两对（上下游各一对）斜撑加强支撑，实现大纵坡长斜井钢模台车下行安全和边顶拱混凝土衬砌稳定，有效保障了混凝土衬砌外观质量。

（4）液压自行钢模台车结构设计合理，在空间受限的斜井内，钢模台车下部布设“四轨双线”，满足矿斗车与混凝土运输罐有轨并行运输，提高轨道运行效率。

3 长斜井隧洞同步衬砌钢板台车施工工艺原理

长斜井钻爆施工工程中，底板混凝土超前于边顶拱衬砌。底板混凝土浇筑时按设计要求预埋锚固筋，通过螺栓把专用箱形齿块型钢轨固定在底板上，为液压驱动自锁行走系统提供下行反力，保障钢模台车向下行安全，实现钢模台车液压驱动自动行走。

钢模台车通过洞外组装和洞内拼装完成安装调整后，连为整体的钢筋台车和钢模台车每次行走一个仓位，实现钢筋台车前端仓位的备仓、钢筋绑扎、混凝土衬砌、混凝土待强、轨道拆除及延伸等多工序的平行交叉施工，达到边顶拱混凝土衬砌的循环施工。在边顶拱衬砌的同时，可借助台车下部布设的“四轨双线”运输线路作为运输和通行通道，进行前方掌子面除爆破以外的钻孔、出渣、支护等其它工序施工。

斜井液压自行式邊顶拱钢模台车同步衬砌功能程序框图见图1、图2。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1钢模台车洞外组装

4.1.1钢模台车组装方案

根据现场的组装条件，若在斜井内组装钢模台车，因斜井坡度较大、安装空间小，致使安装时间长、安全控制和管理难度大。在隧洞外可利用汽车吊或龙门吊进行组装，组装场地相对宽阔，但需解决台车从洞口外组装→圆弧变坡段→斜井内就位段的行走问题。

综合考虑各方面因素，因斜井内安装安全保证率较低，故采用洞口外安装再走至斜井内就位的方案。为满足台车从明洞到斜井内就位的牵引力（提升机最大牵引重量为20.52t）和圆弧变坡段的转弯空间，将钢模台车（钢筋台车）分为三大段进行组装，即钢筋台车分为一段组装，钢模台车一分为二两段进行组装。各段组装后采用绞车牵引行走至洞内就位，最后将三段台车拼装连接成整体。为便于台车行走和提供更大的空间，圆弧变坡段二衬边顶拱暂不浇筑，待钢模台车（钢筋台车）经过边坡段在斜井内就位后，再利用满堂脚手架浇筑该段边顶拱混凝土。钢模台车（钢筋台车）从边坡段末端至洞口段采用[18槽钢临时轨道，边坡段末端以后采用专用轨道。

4.1.2钢模台车洞外吊装施工

台车分为三大段（钢筋台车段及两个钢模台车段）在洞外进行吊装，先在洞外组装检查合格后，再拆分为三段分别行走至斜井内再次拼装成型和安装其他小组件。

钢模台车（钢筋台车）最大构件为纵梁，重量约为2.2t，利用25t汽车吊进行吊装。每段的吊装顺序为：大纵梁（含行走轮）→立柱→大横梁→十字加强连接件→钢筋操作平台（钢筋台车）→顶部小纵梁→正顶模面板→顶拱两侧面板→两侧边墙模面板→接缝面板（洞内最后安装）。

大纵梁（含行走轮）每边可先在地面上组装完成后再吊装到[18槽钢轨道内就位，采用支撑临时定位固定。两边安装固定后，安装立柱和大横梁，立柱和大横梁可在地面组装成门架一次吊装，先安装两端使大纵梁、立柱和大横梁形成一个稳定的整体，再安装中间的立柱和大横梁。整个门架基本整体安装完成并检查位置后，安装十字加强连接件，吊装顶部小纵梁。模板面板均按1.5m宽一块吊装后按要求拼装。顶拱两侧面板、两侧边墙模面板安装时先按图纸的铰链挂于上块面板上，再安装支撑（调节）构件。为满足钢模台车从洞外进入洞内，最下部的接缝面板台车整个组装完成后再在洞内人工安装。

4.2 斜井边顶拱同步衬砌施工工艺流程

大纵坡长斜井边顶拱同步衬砌主要施工工艺如下图3所示。

4.3 斜井边顶拱同步衬砌施工操作要点

4.3.1施工准备

混凝土浇筑前，检查欠挖，若存在欠挖应进行处理合格后方能进行下一道工序，清除喷砼面上的杂物、泥土及灰尘，采用压力风吹洗干净。

施工缝采用人工凿毛，清除缝面上所有浮浆，松散物料及污染体，用压力水冲洗干净，保持清洁、湿润。

4.3.2底板混凝土浇筑及轨道延伸

为满足边顶拱混凝土同步衬砌，底板混凝土需超前边顶拱3～4仓，底板混凝土浇筑前需进行清基，清除岩基上的杂物、泥土及松动岩石，用压力水冲洗干净。检查超欠挖，存在欠挖需进行处理，底板可视超挖及基础地质情况浇筑C15混凝土至设计开挖底板高程，如底板地质条件较好、超挖量较小、比较平整可不浇筑垫层，直接采用结构混凝土浇筑，对于不良地质段是否对基础进行处理根据设计意见执行。进行地质资料收集整理，基础四方联合验收。

钢模台车行走前，将钢模台车专用箱形齿块型钢轨延伸至下一仓，钢轨采用地锚固定于已浇筑混凝土底板上。专用特制箱型齿块钢轨，尺寸为28cm×24cm（宽×高），轨距为4.18m，轨道采用压板、预埋地锚进行加固。预埋地锚采用Φ32精轧螺纹钢筋，单节钢轨长1.5m采用3根地锚锚固，间距50cm，单根地锚钢筋长度57cm，预埋47cm。

在浇筑底板混凝土时，根据轨道间距、预埋螺栓间距、轨道安装起点位置等参数，精确定位施工出预埋螺栓位置，螺栓安装精度左右偏差不得大于2mm，前后偏差不得大于3cm。

4.3.3 测量放线

边顶拱钢筋绑扎之前，用全站仪测量放线检查喷锚后断面超欠挖情况，对比前后断面数据计算出变形量。

将隧洞起拱点、顶拱点及矮边墙控制点线放在明显地方，并在方便度量的地方给出高程点，确定钢筋绑扎和立模边线，并作好标记，焊钢筋架立筋;对测量放线中发现的欠挖，采用风镐或冲击破碎锤进行岩面处理，直至合格。钢筋架立筋插筋安装好后，至少在每排两端的插筋上放出内、外层钢筋的安装位置点，中间根据钢筋工的要求加密。

4.3.4 台车下行就位及模板校正

钢模台车为整体液压自行式，委托专业厂家进行设计、制造和安装。钢模台车的运行、操作严格按厂家的说明书进行。上一仓边顶拱混凝土达到脱模强度后，钢模台车通过液压装置作用，收回顶拱模板，边墙模板通过人工调节丝杆和放松千斤顶回缩，通过液压系统自行至下一仓。

为保证混凝土浇筑表面外观质量以及模板防锈蚀和脱模方便，钢模板每次使用前均需清理干净及校核，面板涂刷高级精炼色拉油类的防锈保护涂料。

钢模台车就位后，按不大于5m一个断面进行检查和校正。检查合格后进行堵头模板安装，边顶拱堵头模板自下而上先安装内侧模板，再安装止水带，最后安装外侧模板，拉筋焊接于钢支撑或锚杆上。所有拉筋严禁与结构钢筋焊接。堵头模板与岩面间间隙采用棉线或布封堵，防止漏浆。纵、横向均采用Φ48.3×3.6钢管作为背枋，间排距拟定不大于50cm。采用不小于φ8拉筋，间距不大于50cm，每排两根。堵头模板安装完成后再次进行钢模台车校模，合格后方能进行下一道工序。

4.3.5 钢筋运输及绑扎

钢筋加工统一在综合加工厂加工，必须根据经技术负责人审批的钢筋下料单进行加工，成品分类堆放及挂牌。采用重载汽车运输至洞口后转提升机运至现场分类堆放使用。

采用专用钢筋台车超前进行钢筋安装。将架立筋支架筋加工成短边不小于5cm的L形筋，先在两端钢支撑上按不大于2m的间距沿环向焊接支架筋（起拱及正顶拱必须安装），测量放出钢筋安装位置。采用施工线从两端同高程支架筋上拉线，按不大于1.5m的间距加密支架筋，安装纵向架立筋，按底板的安装方法进行外层钢筋安装。再按外层钢筋的安装方法进行内层钢筋安装，但支架筋必须增加斜撑钢筋，以确保钢筋架立筋不变形。为便于堵头模板、止水、填缝材料的安装，与浇筑块相邻处预留至少两根钢筋暂时不安装，待填缝材料安装后钢模台车就位前补安装。

最后按设计间排距安装箍筋，并与主筋绑扎牢固。架立筋钢筋直径不小于25，所有节点必须采用焊接，不得采用绑扎。所用混凝土垫块强度不小于结构混凝土强度。

主筋钢筋接头均采用单面焊接，焊接长度不小于10d，分布筋接头均采用搭接，搭接长度不小于40d，同一截面钢筋接头不超过50%。

4.3.6止水及預埋件安装

预埋件主要有651型橡胶止水带，高密度聚乙烯泡沫板等。止水带在内侧堵头模板安装后进行安装，边铺止水带边安装外侧堵头模板将止水带压紧，不得用钉子钉，必要时可采用双面胶粘贴。为防止浇筑过程中止水带边下塌，浇筑仓内采用有足够刚度的M型钢筋或铅丝固定于结构钢筋上。止水带接头采用硫化热粘结方式，接头长度不小于10cm。接头应逐个进行检查，不得有气泡、夹渣或假焊。由于止水带接头硫化机不能在顶拱部位进行连接，故止水带接头不能设置于顶拱部位，全部设置于底板或边墙部位，并最终通过验收合格后再进行下一道工序施工。

填缝材料安装在堵头模板拆除后进行。先清缝面内堵漏材料等杂物，并将堵头模板接缝处理平整，采用水泥钉牢固钉于缝面混凝土面上。施工过程中注意对止水带的保护，不得损坏止水带。

由于顶拱回填灌浆、固结灌浆钻孔导向管，以及为了利于衬砌后系统排水孔施工而预埋的导向管等，按设计图示位置进行安装，采用φ8钢筋焊接“井”字架固定于结构钢筋上。其目的是为了后续钻孔不损坏钢筋，且待混凝土浇筑后部分管口无法找出，找管口过程较为漫长，严重影响施工进度。现计划取消导向管埋设，待回填、固结灌浆及排水孔钻孔前，在以测放孔位附近采用混凝土钢筋检测仪进行检测，针对会损坏钢筋的孔位进行合理调整至就近钢筋间距之间后施钻。

4.3.7溜槽搭设施工

隧洞内混凝土采用溜槽运输至混凝土拖泵内，溜槽运输过程中，由于角度较大，为防止骨料分离，每隔约20m设置一个皮带缓冲带，如效果不能达到要求，再根据情况设置缓冲器。另外，为防止拖泵泵送速度与斜井口放料速度不一致或因信号时间差影响混凝土浇筑连续性，在拖泵后设置一个3m3集料斗，满足临时存料的要求。

4.3.8泵车就位

为尽可能保证顶拱混凝土浇筑密实，边顶拱混凝土采用泵送入仓。为确保拖泵在斜井内能处于水平并满足泵送混凝土要求，提前在拖泵运输平板车上采用工字钢焊接一个“三角形”支架，将拖泵固定于支架上，采用提升系统将拖泵及运输车整体牵引行走至钢模台车附近合适位置固定，并连接好入仓泵管。

4.3.9边顶拱混凝土浇筑

（1）浇筑前准备。准备工作主要有原材料检测、混凝土配合比调整、混凝土罐车检查、拌合站检查、配备好混凝土拖泵、拖泵平板车、泵管安装、仓内溜管（筒）的安装、振捣设备就位等。

（2）仓位验收。混凝土开仓以前的各项工序完成以后，按“三检制”验收制度进行仓面验收。首先由作业队技术人员对仓面进行初步检查，如发现有不符合设计、施工规范等要求时，必须严格按照规范要求进行重新调整，自检合格后方可向工程部技术员报验，工程部技术员验收合格并填写工序验收资料，然后报质量部质检员进行验收，最后由质检员报请监理工程师验收，验收合格后开出准浇证，严禁无证开浇。

（3）混凝土拌制运输。混凝土配合比由试验室根据实际骨料含水率进行调整，然后出具配料单给拌合站，拌合站根据实验室出具的配料单严格拌制。在混凝土拌制时，混凝土罐车应停放到拌合站出机口待命，混凝土装车后立即按规定线路运输至混凝土卸料平台卸料。如果运输时间过长、或因故停歇过久导致坍落度过小时应送实验室处理，严禁私自加水;混凝土出现初凝时，应作废料处理。

混凝土洞外采用8m3搅拌车运输，洞内斜井采用溜槽运输。搅拌车从拌和站接料后，运输至洞口外侧入料口处，经接料斗放入斜井段溜槽内运输至工作面的集料斗转入混凝土拖泵内。溜槽运输过程中，由于角度较大，为防止骨料分离，每隔约20m设置一个皮带缓冲带，如效果不能达到要求，再根据情况设置缓冲器。为防止拖泵泵送速度与斜井口放料速度不一致或因信号时间差，在拖泵后设置一个3m3集料斗满足临时存料的要求。

（4）入仓、振捣。边顶拱混凝土采用泵送入仓，分层浇筑，每层浇筑厚度不大于50cm，两侧均匀浇筑上升，高差不大于一层浇筑厚度，防止模板偏移。为保证底板已浇筑的混凝土与边顶拱新浇筑混凝土的粘结性，水平施工缝先铺筑一层2cm～3cm厚与设计混凝土强度等级相同或高一级的砂浆。由于斜井坡度较大，钢模台车下料点按照钢模台车设计图进行布置，顶拱采用冲天管从正顶拱下料。钢模台车浇筑时，边墙以Φ50～70软轴振捣器进行振捣为主，附着式振捣器振捣为辅，顶拱以附着式振捣器振捣为主，Φ50～70软轴振捣器振捣为辅。附着式振捣器安装间距不大于3m，具体按照钢模台车设计图进行布置。

振捣器垂直插入混凝土中，按顺序依次振捣，每次振捣时间30s。如略有倾斜，倾斜方向保持一致，防止漏振，过振。振捣上层混凝土时，振捣器插入下层混凝土5cm左右，加强上、下层混凝土的结合。在止水片、止浆片、钢筋密集处等细心振捣，必要时辅以人工捣固密实。钢模台车行走就位后断面如图4。

4.3.10 边顶拱混凝土待强及脱模

混凝土待强时间达到实验室提供的脱模时间，且根据现场试块强度情况，混凝土强度达到施工图纸要求及规范规定后，经监理人批准后方可脱模。钢模台车通过液压装置作用，收回顶拱模板，边墙模板通过人工调节丝杆和放松千斤顶回缩。

混凝土浇筑结束后12h～18h，洒水养护。养护时间不少于28天，在干燥、炎热的气候条件下，适当延长养护时间。

4.3.11鋼模台车清理

钢模台车脱模后及时进行清理，面板涂刷高级精炼色拉油类的防锈保护涂料，并检查外观是否变形，若存在变形及时进行校正，校核合格后进行下一道工序施工。

5 结束语

总之，本文针对斜井施工洞线长、纵坡陡、软岩大变形、高外水压力及水文地质条件复杂等特点，进行仔细分析及研究，并结合国内对于斜井施工技术研究，从斜井混凝土衬砌技术方面进行研究，采用整体液压自行式钢模台车向下衬砌施工，与传统采用卷扬机等牵引固定钢模台车施工方案进行对比，该施工技术有效提高钢模台车行走时的安全系数，减少施工工序，降低施工干扰;顺利实现开挖支护、出渣、混凝土衬砌等工序同步施工，且满足二次衬砌滞后开挖掌子面不得超过50m的要求，有效控制地下水排放和维护洞室稳定;对类似工程有着积极的推广及借鉴意义。

参考文献：

[1]赵房成，牛青河.斜井整体液压钢模台车浇筑混凝土施工工法[J].科技创新与应用，2013（6）：245-247.

[2]张文辉.隧道衬砌全液压钢模台车施工技术[J].科技信息，2010（15）：314、398.

[3] 朱海亚，温定煜，周凤才，戴永翔，高鹏伟.全断面针梁台车在南水北调东线穿黄工程200坡度斜井混凝土施工中的改进与应用[J].海河水利，2012（03）：54-57.