岩溶地区小断面洞室衬砌快速施工方法探索

吕理军

(中国水利水电第十一工程局有限公司，郑州 450001)

1 工程概况

隘口水库右岸下层灌浆平洞下灌右0+185-0+384.63段开挖揭示后，因其位于K5、K8两大型溶洞影响段之后，经分析认为，该尾端洞段混凝土衬砌施工必须于60d内完成，才能实现及早开始两溶洞大规模处理施工，否则将直接影响到工程总体目标的实现。为此，对该洞段混凝土衬砌的施工进行了研究规划，通过参建各方的沟通，最终确定了一套岩溶地区小断面洞室衬砌快速施工的方法。

右岸下层灌浆平洞设计为城门洞形，洞室净空为3.8m×4.2m(宽×高)，衬砌厚度0.5m，衬砌混凝土等级为C20，配筋为Φ20、Φ16双层钢筋网。

2 施工条件分析

2.1 施工难点分析及应对措施

1)工期紧，任务重。按照设计要求，洞室的衬砌分段为9m-12m。对于右下平洞尾端洞段按此长度分段，共需分为22段。小断面洞室衬砌一般需分三层施工完成，底板浇筑后，边墙与顶拱必须分开施工，才能保证边墙混凝土的下料并得到有效振捣[1]。由此，需在2个月的时间内完成66仓混凝土浇筑，按照日完成一次浇筑作业的理想状态计算，已根本无法完成。

2)洞室断面限定进度难以提高。小断面洞室衬砌施工，因其断面较小，一般多采用钢管支架作为衬砌支撑，在仅有一个入口的情况下，架体堵塞通道，造成施工材料运输困难，难以形成多工作面协同作业，在投入有限的情况下，较难实现加快进度的要求。

3)小洞室断面施工，大型机械设备无法进洞作业，难以通过增加机械设备的方式加快工程进度，且鉴于各仓号施工内容的相同性，需考虑简单有效可循环使用的施工机具。

4)大型溶洞安全支护施工干扰衬砌作业。右下平洞衬砌只能通过4#施工支洞通行，右岸K5、K8溶洞占据了该平洞中部洞段的范围，进入上述尾端洞段必须经过两个大型溶洞作业面，当期两溶洞正在进行安全支护作业，相互之间存在较大干扰。但大型溶洞内因其场地较大，能够满足车辆、设备回车的要求，可加利用。

2.2 应对措施

1)加大分段长度，减少衬砌段数。将衬砌分段长提高到设计上限的12m，原22段缩减为17段，从而减少施工仓号工艺循环次数，节省工期。

2)采用自密实混凝土浇筑，从而减少施工分层，压缩施工仓号数量。采用自密实混凝土进行洞室衬砌，利用其高流动性和无需振捣的特性，将边墙和顶拱混凝土合并为一仓进行浇筑，单段施工分层改为两层，使得总施工仓号数降为34仓。

3)自制可供人工穿行的简易模板台车，分两个工作面同时作业，加快施工进度。

4)加大施工投入，提前加工四套边墙大块模板，将边墙拆模作业与立模作业形成流水施工，提高工作效率。

5)优化施工工艺，合理规划仓号间的浇筑顺序，采用跳仓施工法，尽可能实现平行作业。

6)利用大型溶洞内可回车的条件优势，模板台车及大块模板采取在洞外提前拼装、整体运输进洞、调整方向后直接平推就位的施工方法，以降低现场拼装的难度，节约工时。

3 施工总体进度规划

为保证施工进度，在进度规划时应对施工内容的各方面进行充分考虑，并将其分解到各施工工序的耗用时间上进行计算。

3.1 总体施工时段划分

受小断面洞室材料运输不便的制约，从施工耗用时间长大体可分为：底板浇筑(含清渣、底板钢筋制安、浇筑等工序)时段、边顶拱钢筋制安时段、边顶拱浇筑(含施工缝处理、模板安装、台车就位、浇筑及等强、模板拆除等工序)时段共计三部分。从时间分配上，底板浇筑按照1d/段进行控制，共计17d完成；边顶拱钢筋制安按照0.5d/段控制，共计9d完成；边顶拱浇筑按照2d/段控制，共计34d完成。实际施工中以此为控制目标，并检查各工作时段完成节点目标任务情况。

3.2 底板浇筑时段计划分解

计划将3段底板作为一个浇筑单元，清渣时采用小型挖掘机进洞扒渣，以提高清理效率，每个单元以1.5d-2d为限完成清渣作业。底板钢筋制安计划应在16h内完成，混凝土浇筑则需在8h内完成。对底板浇筑单元的施工控制以此为目标。

3.3 边顶拱钢筋制安时段计划分解

计划在底板浇筑后集中进行，以避免小断面交叉施工作业中的通行、运输困难。施工时分3个工作面同时进行，每个工作面至少配2名电焊工，包括焊缝接头在内的所有钢筋安装绑扎、焊接等工作以3d为一考核目标，各工作面每3d内应完成2段钢筋制安。

3.4 边顶拱浇筑阶段计划分解

边顶拱必须按照每个分段为一单元进行施工。计划投入两台自制可穿行台车进行工作面规划，则单个台车完成最多浇筑段为9段，单段作业循环时间实际可放宽至3.5d/段。但考虑到每2d至少需进行一次浇筑的要求，及初始台车就位及模板安装可能耗时较长的实际情况，及每个作业循环必须考虑存在24h以上的顶拱浇筑等强时间的要求等，单段作业循环时间在过程中需以3d/段进行控制。按作业工序安排，施工缝处理计划6h完成，边墙模板支立4h，台车移动就位4h，台车支撑加固及拱肩模板安装8h，堵头模板封装及止水固定6h，仓号验收及混凝土浇筑8h，台车拆模6h，过程中施工人员必要的休息间歇6h。现场加强工序衔接控制的情况下，合理安排作业面及浇筑顺序应能够实现预定目标。

4 混凝土衬砌施工

4.1 混凝土分层分块

按照12m的基本分段长，将右下平洞尾端洞段共计分为17段；底板为一浇筑层，边顶拱为一浇筑层；底板施工清渣分两个100m完成，3段为一浇筑单元；边顶拱采用两个自制台车，投入4套边墙模板进行浇筑。

4.2 底板混凝土浇筑施工

1)施工工艺流程：施工准备→基面清渣、验收→测量放线→钢筋制安→伸缩缝杉板、止水安装→仓号验收→混凝土入仓→平仓、振捣、收面→拆模、养护[2-3]。

2)底板混凝土浇筑分层线布置在底板面以上0.3m处，即浇筑底板过程中一并浇筑0.3m高边墙。

3)底板基面清渣分为两段完成，每段长100m，采取后退法施工。即自内向外完成100m清理后，即进行该100m段的钢筋安装、混凝土浇筑施工；前100m段底板浇筑完成，在剩余100m段底板清渣过程中，同时进行已完成段的边顶拱钢筋安装。底板清渣采用小型反铲扒渣，人工配合装载机装渣运出洞外，最后采用高压水冲洗，清出洁净岩面为止[4]。

4)钢筋制安受工作面限制，在加工厂集中下料加工，汽车运至溶洞内后，通过人工搬入工作面。按照分段长进行钢筋安装，段与段之间设伸缩缝。底板钢筋安装时，边墙插筋安装时应注意与边顶拱钢筋安装一并规划，避免安装偏差，严控安装质量及合理控制接头位置。

5)伸缩缝采用沥青杉板，两侧加工专用支架固定。止水带下料时连带边顶拱一并完成，将其接头设与下游侧边墙内。止水带利用加工的专用夹子与底板上下层钢筋网固定。

6)底板混凝土浇筑，采用在溶洞内安放HBT60混凝土泵，8m3混凝土罐车运输拌和料，泵管输送入仓。泵管出口设软管，便于混凝土料运送到位及人工平仓。

7)混凝土浇筑采取跳仓法施工，每三段为一浇筑单元。三段连续浇筑时，优选考虑伸缩缝处的下料，人工利用铁锨先完成分缝两侧各0.5m宽的混凝土料填筑，并两侧同时振捣密实后，再进行大面积通仓底板浇筑。

8)混凝土养护采用覆盖草袋洒水的方式，并严格控制上人、上车的时间。

4.3 边顶拱钢筋安装

1)底板浇筑期间即穿插进行边顶拱钢筋制安，完成尾端洞段所有边顶拱钢筋安装后，再统一开始边顶拱混凝土浇筑。

2)边顶拱钢筋下料前，先确定底板插筋的安装偏差，再根据现场实际情况进行下料加工。

3)现场搭设稳固、简易的安装平台，按照测放的洞轴线及拱肩线，在洞顶及两侧拱肩固定架立筋，确定边顶拱钢筋安装的正确位置，减少安装误差。

4)加强电焊工的人员配置，保证边顶拱钢筋大量接头的焊接质量及进度。

4.4 边顶拱混凝土浇筑

4.4.1 施工工艺流程

施工准备→测量放线→钢筋制安→施工缝处理→边墙模板安装→自制简易台车移动就位→台车支撑加固及拱肩模板安装→堵头模板封装及止水固定→仓号验收→混凝土入仓浇筑→台车脱模移动→边墙模板拆除→混凝土养护。

4.4.2 自制型钢台车的使用

4.4.2.1 台车的构成

为加快施工进度，现场自行加工了两台用于边顶拱混凝土浇筑的可穿行式型钢模板台车。

台车分为3部分：主体型钢支架、可升降圆弧模板支撑体系及下部行走及承重部分。自制台车构造剖面见图1。

图1 自制台车构造剖面图

4.4.2.2 台车工作方式简述

台车工作的基本目的主要是为了提供浇筑仓号较为固定的的快速模板安装及支撑。由于这种简易台车仅固定了洞室顶拱圆弧模板，因而其模板安装的工作方式为三部分协作完成，即台车自带顶拱模板、边墙大块侧模、拱肩部位拼接模板。边墙大块侧模在台车就位前，利用洞内场地组合拼装；拱肩部位模板则在边墙与顶拱模板固定后再行拼接安装。所有模板缝均黏贴海绵胶条以防漏浆(台车顶拱模板在安装时同样黏巾拼缝胶条)。

每个台车配置两套边墙侧模，每套侧模负责四段边墙的混凝土衬砌。台车就位前，按预定的仓号顺序人工先将侧模拼装完成后，仅需简单进行防倾覆的固定，并按照台车侧向顶撑位置安装横向围柃。台车通过牵引或推动行走至浇筑段后，先检查台车与洞室轴线是否吻合并调整就位；之后将台车底梁采用千斤顶撑起按间距放置承重钢凳，使行走轮胎离地不直接受力，再由多人协作转动快拆顶撑调整台车自带的上部圆弧模板安装就位，两侧同时伸出快拆顶撑直接支顶于侧模横围柃上，完成台车对模板的支撑加固；最后拼装拱肩模板及堵头模板，固定止水带等，以达到混凝土浇筑条件。

单个台车在进行上一段仓号施工时，同时拼装第二套边墙侧模，前一仓号脱模后，台车可移动至下一仓号直接进行模板的支顶；而前一仓号在台车移走后即拆除第一套边墙模板，并直接对其临近的仓号进行边墙模板安装，以备下一浇筑循环台车就位；如此循环，始终保证边墙模板的拼装不占据每一浇筑循环的时间，保证边墙模板在台车就位前临时固定安装完成。

台车脱模时，先拆除拱肩拼接模板，再降下台车上部快拆顶撑，通过倒链等工具自一端向另一端逐步拆除下落台车顶拱支架及模板。同时收回两侧快拆顶撑，进行台车移位行走。

5 结 语

隘口大坝右岸下层灌浆平洞和大型溶洞k5、k8毗邻，为了不影响溶洞的处理施工，其灌浆平洞混凝土衬砌需在60d完成。为此，承建方采取了合理的施工工艺，自制简易混凝土衬砌台车和自密实混凝土进行快速施工，按期完成了衬砌任务，取得了较好的施工效果。其快速施工方法为类似工程提供了参考。