超大超深输水工程盾构工作井内衬施工技术研究

胡晓军

（中国水利水电第八工程局有限公司，湖南 长沙 410010）

1 工程概述

1.1 工程概况

珠江三角洲水资源配置工程输水干线鲤鱼洲取水口至高新沙水库段LG06#工作井均采用明挖逆作法施工，工作井工作内容包括土石方开挖、内衬混凝土浇筑、洞门墙混凝土浇筑等土建工程（图1）。其主要工程见表1：

图1 LG06#工作井平面位置示意图

表1 主要工程量表

1.2 工作井设计参数

工作井其结构外径为35.9 m，上部1.2 m 厚18 m深内衬墙内径为31.1 m，下部1.5 m 厚内衬墙内径为30.5 m。围护结构为地连墙，地连墙深度超过设计井底7.5 m 左右。设计参数详见表2，设计图见图2。

表2 工作井主要参数表

图2 工作井剖面图

2 内衬工程施工工艺

工作井内衬墙施工为逆作法及顺作法相结合的方式，围护结构施工完成后，开挖施做压顶梁及挡墙，混凝土强度达到设计要求后，进行工作井基坑开挖。工作井基坑开挖分为土方开挖和石方开挖，土方开挖循环进尺为4.5～5.0 m，内衬墙液压钢模混凝土浇筑高度为4.5 m。每一循环开挖完成后，进行地连墙等结构基面处理，安装钢筋和预埋件及模板，最后进行混凝土浇筑和养护。石方开挖循环进尺为2.25 m，需进行爆破开挖，爆破时需控制爆破对现有混凝土的影响，主要控制最近混凝土龄期和爆破点距离混凝土的距离。

LGO6#工作井从地面至第11 层（标高-38.85 m）为逆作法施工；从第11 层底部高程-38.85 m 位置，往下至井底高程-56.95 m（皮带机底座坑底标高-59.45 m）位置为顺作法施工，顺作法开挖过程中，在洞门位置施工两道环梁作为支撑体系。逆作法施工采用特制液压自爬钢模施工，顺作法采用满堂架+钢模施工。具体流程图如图3所示。

3 钢筋施工

工作井内衬及底板钢筋通过吊车或龙门吊进行转运。钢筋转运分两步进行：先从钢筋半成品摆放区将钢筋吊运至工作井基坑底部，再从工作井基坑底部将钢筋吊运至施工平台进行安装。

图3 工作井逆作法施工流程图

1）第一步钢筋转运。本次钢筋转运可根据实际需求量吊运成捆钢筋半成品，单次转运钢筋重量可根据现场情况确定，不宜过重。吊运设备可采用现场龙门吊或汽车吊进行，若采用汽车吊吊运，则需根据吊运距离计算吊运重量，不能超重。

2）第二步钢筋转运。钢筋吊运至工作井内后，根据现场施工需求，采用人工搬运递送的方式将钢筋逐根送至钢筋施工平台。钢筋加工平台采用扣件式钢管搭设，钢管采用Φ48×3.0 mm 钢管，扣件采用符合国标（GB 15831）要求的标准扣件，钢管接长采用对接扣件。因施工平台承载力有限，平台上堆放钢筋不能超过平台承重。

钢筋筋安装前搭设样架钢筋和架立钢筋，然后安装结构钢筋。钢筋的安装可采用预制的砂浆垫块，通过预埋的扎丝绑扎固定在钢筋上，加垫在钢筋和模板之间。

4 预埋件安装

钢筋施工时，需进行预埋件安装，预埋件主要包括：内衬液压自爬模爬升架体预埋件、底模吊挂钢丝绳预埋件、工作井基坑楼梯预埋件等。预埋件安装时，要求稳固牢靠，防止混凝土浇筑振捣时发生偏移。预埋位置准确，精度要求高，安装完成后必要情况下需进行复测。对有开口/开孔的预埋件，需对端口部位进行保护，防止浇筑混凝土时堵塞、污染。预埋件的精度要求控制在10 mm 以内。

5 模板工程

通过市场调研和方案比选，本工程采用定制液压自爬钢模，整套钢模重量约150 t，根据工作井标准层4.5 m 的分层高度，本套液压自爬钢模防护高度总共为4 层，总高度18 m，钢模采用液压自爬模爬升体系，换仓移位时可无需吊装设备配合，钢模通过自身结构达到稳固状态，无需其他支撑措施。总体操作简便，效率高。

5.1 液压自爬钢模平面结构

本工程地下井内部周长最大为97.7 m，采用液压自爬模爬升体系，平面上共布置16 组液压自爬模爬升单元块，每组爬升单元上配置1 套子口单元块及1 套母口单元块。单个液压自爬模爬升单元块模板标准长度为6 m，高度为4.65 m，每个单元块配置2 套液压自爬模及4 套模板支撑桁架及2 套模板，模板桁架平台配置见图4、图5。

图4 单元块模板桁架配置图

图5 工作井单元模板支撑桁架平面布置图

5.2 液压自爬钢模立面结构

工作井开挖标准层层高为4.5 m，液压自爬模只用于标准层结构；根据现场施工组织要求，外防护高度为4 层，液压自爬模设计总高度为18 m；液压自爬模立面共设置4 层操作平台。液压自爬模架体埋件挂座共配4 层周转使用，施工状态下单个液压自爬模架体导轨分别有3 个挂座与结构连接，且挂座与上部挂座拉结，拉结材料为D20 高强螺杆。液压自爬模架体导轨离结构边缘为200 mm。具体剖面如图6：

图6 液压自爬模机位平台剖面图

由于内衬墙厚度由1.2 m 变化到1.5 m，变化为300 mm。墙体每次内缩≤50 mm 时，爬模架体可通过自身斜爬功能爬升通过；如墙体内缩大于150 mm 时，需提前设置过渡垫盒，确保每次爬升收缩直接通过。

5.3 预埋件埋设

液压自爬模采用固定式墙面挂座（300 mm），挂座设有2 根M30 高强螺杆与结构连接，连接形式为预埋结构连接，并设置高强螺栓固定，工作井墙体最小厚度为1 500 mm，在高强螺杆进行初拧后24 h 内进行终拧，在终拧后的1 h 后，48 h 内要对其进行检测验收。挂座和结构外沿楼板接触处设有垫板，垫板尺寸为150 mm×150 mm×10 mm（与楼板接触处）与230 mm×100 mm×20 mm（与挂座接触处），以增大受力面积防止结构楼板压坏。

双埋件系统预埋件螺杆直径为D20，材料为45#钢；受力螺栓直径为M30，8.8 级；模板上根据施工图纸现场开好预埋爬锥孔，并在合模前将预埋件安装上（图7）。

5.4 液压系统

本工程共配有3 套液压泵站及12 根油缸，周转使用。单个泵站功率为5.5 kW，1 台泵站可同时控制4 根油缸进行爬升。液压油缸额定压力为40 MPa，工作荷载60 kN；爬升速度约为0.1 m/min。

5.5 钢模爬升流程

本套液压自爬模的爬升流程如图8 所示。

5.6 钢模拆除流程

本套液压自爬模的拆除流程为：拆除液压系统—→解开爬升架体及模板桁架—→整体拆除爬升架体—→拆模整体拆除模板及模板桁架—→拆除上层挂座—→拆除完成。

图7 预埋件组成示意图

图8 液压自爬模的爬升流程图

5.7 底模设置

底模采用钢模封堵，封堵在钢筋安装之后、液压钢模安装之前。采用定制钢模，垂直于地连墙面放置，钢模穿孔，将预埋的吊挂钢丝绳与钢模连接固定，同时将穿过钢模的内衬墙纵向主筋与钢模连接，达到固定底模的作用。钢模拼装前在钢模周边粘贴双面胶以消除模板间缝隙，特殊情况下可采用泡沫胶进行堵缝，在拆模后将泡沫胶完全清理。

6 混凝土工程

6.1 基面处理

内衬混凝土基面凿毛采用风动机凿毛。对于凿毛，有以下要求：

1）先浇筑的混凝土必须在达到强度后凿除混凝土表面的水泥砂浆和松软层。

2）凿毛应使露出新鲜混凝土面积不低于75%。

3）采用点式凿毛时，为了保证凿毛面的美观，凹坑按照梅花型布置，但纵向施工缝由于受相邻段衬砌漏浆影响，不建议采用点式凿毛。

4）风动机凿毛时混凝土应达到10 MPa。

5）清除混凝土凿毛面的杂物，用水或高压空气清理干净混凝土表面。

6.2 混凝土浇筑

1）内衬墙混凝土厚度分为1.2 m 和1.5 m 厚，根据施工蓝图仓面最大高度为4.5 m，浇筑时分层高度为0.3 m，整理出仓面混凝土方量分析表如下：

表3 仓面混凝土方量分析表

1）混凝土分层分块与浇筑级配。工作井内衬混凝土分层高度为4.5 m，分层高度与土方开挖时高度保持一致，做到“一挖一衬”。每一环上，原则上一次性浇筑，不再分仓。若遇到特殊情况，或工作面未完全开挖到位，可分两仓浇筑。此时需按要求对施工缝进行凿毛、刷渗透结晶等防水措施。

工作井底板混凝土一次性浇筑完成，浇筑前要采取温控措施，控制混凝土硬化过程中产生的热量，防止内部高温烧坏混凝土。具体参考后期相关专项方案。

工作井内衬混凝土主要采用二级配浇筑；对钢筋较密集的部位以及过流面可采用一级配浇筑。

2）混凝土入仓方式。根据工作井的结构特点和场内的施工布置，以及其他相关要求，内衬混凝土入仓方式采取“缓降器＋液压布料杆”的浇筑方式。混凝土下料采用缓降器，单个工作井布置2 处（一用一备），通过预埋在上部混凝土上的埋件固定。缓降器将混凝土送入布料杆中，布料杆再将混凝土送入仓面中。

3）混凝土平仓与振捣。混凝土泵车和塔机浇筑混凝土时，要求泵车和缓降机合理布置搭配，下料均匀，满足规定的铺料厚度，然后用振捣器平仓。

混凝土通过缓降机送入布料机后，布料机将混凝土送入仓内。送仓分两步进行完成混凝土浇筑，具体为：

第一步：布料机在液压自爬钢模的第一层下料口下料（下料口距模板底部在2.0 m 位置）。每次下料厚度为30 cm 左右，不能一次下料过高，同时按照顺时针或逆时针方向，逐孔下料行程闭合圆圈，完成内衬墙首层浇筑。按照这种顺序分层浇筑混凝土至第一层下料口高程位置。

第二步：将第一层混凝土下料口进行封堵，封堵方式根据钢模厂家提供的特制构件进行封闭。封闭完成后，在液压自爬钢模的顶口进行混凝土下料，下料原则同第一步：每层30 cm，环形浇筑，直至浇筑完全仓混凝土。

7 混凝土养护和表面养护

混凝土浇筑后，之所以能逐渐凝结硬化，主要是因为水泥水化作用的结果，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件，因此为了保证混凝土有适宜的硬化条件，使其强度不断增长，达到设计强度要求，必须对混凝土进行养护。

7.1 内衬混凝土养护

内衬混凝土浇筑完后，在12 h 内开始养护，抗渗混凝土必须保温保湿，养护天数不少于14 d。养护用水采用对混凝土无腐蚀的自来水进行养护。

内衬混凝土前期为带模养护，采取带模包裹、浇水、喷淋洒水等措施进行保湿、潮湿养护。为了保证顺利拆模，可在混凝土浇筑后48～72 h 后略微松开侧面模板，并继续浇水养护至拆模后再继续保湿至规定龄期。

内衬混凝土拆模后，对混凝土面涂刷养护剂进行养护。混凝土养护指派专人进行。混凝土拆模时，芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差均不得大于20℃。混凝土养护期间，混凝土内部的最高温度不宜高于65℃，在炎热和大风干燥季节，应采取有效措施防止混凝土在拆模过程中开裂。混凝土在冬季和炎热夏季拆模后，若天气产生骤然变化时，应采取适当的保温（寒季）隔热（夏季）措施，防止混凝土表面温度受环境因素影响（如暴晒、气温骤降等）而发生剧烈变化。

7.2 底板混凝土养护

工作井底板混凝土为大体积混凝土，在浇筑完成后6～18 h 内即开始养护，养护采取流水、洒水或喷雾等方式，经常保持混凝土表面湿润。对较长暴露面一般部位养护21 d，重要部位不少于28 d。有特殊要求的部位按监理人的要求适当延长养护时间。

同时，除常规养护外，需在混凝土内部布置冷却管和温度传感器，通过循环水，携带大量的水化热，根据水化热绝热温升、实测温度控制调节流量、流速和开停通水时间。保证混凝土内部不应水化热温度过高而损坏混凝土。

7.3 混凝土表面保护

混凝土在强度达到2.5 MPa 前，不得使其承受行人、运输工具、模板、支架及脚手架等荷载。

8 顺作法施工

逆作法施工完成至编号11 仓就开始进入顺作法施工阶段。顺作法首先开挖至-48.35 m 高程时，施工洞门处环梁编号12 仓，等强后开挖至标高-52.35 m 高程，施工洞门处环梁编号13 仓，等强后开挖至-56.95 m底高程，完成垂直皮带机底坑开挖后，浇筑垫层、底板编号14 仓及混凝土面层,待底板混凝土强度达到设计值80%后,拆除环梁编号13 仓,顺作法完成内衬墙及洞门墙编号15 仓至-49.35 m 高程。待洞门墙编号15 仓混凝土强度达到设计值80%, 向上拆除环梁编号12仓，完成内衬墙及洞门墙编号16 仓施工。至此完成所有内衬墙施工。

顺作法时，对于圆弧形内衬墙部分，采用液压自爬钢模的面板作为弧形内衬墙的模板，其他结构采用P3015 等规格钢模。施工环梁时，采用Φ48×3.0 mm 扣件式钢管搭设支撑体系和操作平台进行模板及钢筋施工；施工内衬墙时，采用Φ48×3.0 mm 扣件式钢管搭设满堂架作为支撑体系，满堂架四周加设挑杆形成操作平台进行模板、钢筋安装。

9 结 语

珠江三角洲水资源配置工程旨在解决深圳、东莞、广州南沙等地发展缺水问题的同时，有效改变以往受水区单一供水格局，提高城市的供水安全性和应急保障能力，对保障城市供水安全和经济社会发展具有重要作用，同时也将对粤港澳大湾区发展提供战略支撑。本文从珠江三角洲水资源配置工程工作井内衬施工实践出发，针对输水工程超深工作井内衬施工施工技术展开技术分析研究，总结了一套内衬混凝土施工先进施工技术，对类似工程提供了宝贵借鉴意义。