水工隧洞预应力内衬施工关键技术研究

韩雪东

(肇源县灌排中心，黑龙江 肇源 166500)

1 工程概况

南水北调中线穿黄工程是穿越黄河的中线总干渠建筑物，工程位于河南省郑州市京广铁路桥上游约30km处，关键性工程为穿越黄河的盾构隧洞。穿黄工程为Ⅰ等工程，工程设计流量为265m3/s，由南岸明渠、穿黄隧洞段、退水、进水口建筑物、北岸明渠及北岸倒虹吸等输水建筑物组成[1]。

穿黄隧洞为盾构法施工，圆断面内径7.0m，外径8.7m，双层钢筋混凝土衬砌结构，衬砌间设有排水垫层通道[2]。外衬厚40cm，混凝土等级C50W12F200，管片结构由径向等分7块预制块错缝拼接，每环宽度1.6m。穿黄隧洞断面图，见图1。

2 预应力内衬底板施工技术

底板施工采用跳仓法，施工工艺包括：外衬管片手孔回填→底层钢筋安装→环锚波纹管安装→架立钢筋的安装→铜止水底部模板安装→铜止水安装→PVC管的安装(端头沥青涂刷、麻片、1cm泡沫板包裹)→面层钢筋安装→端头、侧面模板安装→混凝土浇筑与养护。

2.1 外衬管片手孔封堵

外衬管片手孔封堵包括环向与纵向手孔封堵。封堵程序如下：

1)高压水先清洗底板管片，清理盾构掘进残留泥浆。

2)凿毛处理手孔面，凿除混凝土表面乳皮，厚度为3-5mm，待粗骨料出现后进行高压风清理。

3)封填时充分振捣C35微膨胀混凝土，以保证混凝土密实。

4)螺栓手孔封填至顶面，保持和管片内弧面相同，并人工收面。

5)螺栓手孔封填完成后按照设计要求进行洒水养护。

图1 穿黄隧洞断面图

2.2 通道钢筋架设

架设材料采用直径18mm螺纹钢，首先在底板焊接施工支架，架设与洞轴线同向的通道钢筋，直径18mm，每0.75m间隔施工，横断面方向架设5根直径18mm的安全通道钢筋，最后用8根铁丝将4cm厚模板与通道钢筋绑扎牢固。调仓浇筑施工图，见图2。

图2 跳仓浇筑施工图

2.3 内衬底板PVC管施工措施

内衬底板PVC排水管分布图，见图3。

图3 内衬底板PVC排水管分布图

内衬底板设计三条排水通道，直径为中间300mm两边250mm。纵向排水管连续穿过内衬分段接缝，接头控制在分段接缝1m外，接缝处的排水管50cm处用沥青麻片和棕绳包扎两道。内衬30mm渗水管设置在后浇段分缝处，直接接入直径250mm排水管。外衬渗水管在拱墙与底板接缝位置，施工段4.8m，接入直径300mm排水管[4]。

2.4 钢筋及波纹管施工

钢筋施工顺序：底板清理→测量定位放线→绑扎外层钢筋→预埋件安装→架立筋焊接→面层钢筋安装。

在底板外层钢筋固定位置安装波纹管，从侧模预留孔穿入钢筋层内。

1)制作下料：底板波纹管下料长度为5m，保证波纹管伸出于端模板40-50cm。

2)安装固定：高位槽波纹管固定在结构筋上选用直径8mm U形钢筋卡，低位槽波纹管非变轨部分固定在环向筋上，变轨部分增设直径12mm的轨道筋。波纹管轨线控制图，见图4。

图4 波纹管轨线控制图

施工方法：预先在放置波纹管的钢筋上焊接固定U形卡，间距1.5m，波纹管每间隔1m用铁丝绑扎一道，防止浇筑时波纹管和钢筋错位。

3)防渗及检查：轻微破损的波纹管用胶带缠绕3-4圈将漏点封堵，布片封堵波纹管两端。混凝土浇筑完成后检查波纹管畅通性，最后进行封堵波纹管。

2.5 止排水及伸缩缝布置

伸缩缝止水材料为紫铜止水片，紫铜止水片物理力学指标表，见表1。

表1 紫铜止水片物理力学指标表

为防止止水片发生变形，按设计位置跨缝对中安装，并用托架、卡具定位。

3 预应力内衬底板施工技术

3.1 管片手孔及嵌缝处理

1)管片手孔回填：凿毛前先清理管片手孔，电镐凿毛，凿除厚度3-5mm。

2)聚硫密封胶嵌缝的施工工艺：管片缝修补→清理环、纵缝→涂刷底涂→嵌填聚硫密封胶→固化、养护。

3)底板与边顶拱接触缝面的处理：底板与拱墙接缝处需进行二次凿除，并用高压水枪冲洗。

3.2 排水弹性垫层铺设

排水弹性垫层材料为格栅复合土工布，自外向里分别为：①150g土工布；②6.3mm厚排水格栅；③250g土工布叠合而成。土工布与格栅黏结良好，确保垫层整体稳定性。

3.3 预应力内衬边顶拱混凝土浇筑施工技术

管片手孔回填图，见图5；穿黄隧洞内壁面展视图，见图6。

图5 管片手孔回填图

图6 穿黄隧洞内壁面展视图

穿黄隧洞预应力内衬边顶拱部分预埋件多、锚具槽钢筋密集，需研究施工前预应力内衬边顶拱混凝土快速施工工艺，同时验证内衬各级配混凝土实际施工的可操作性，以便确定浇筑施工顺序[5]。结合洞内、外试验模拟成果，洞内边顶拱混凝土施工方法主要包括：

1)钢模台车的高低位预留槽附近开窗口，作为混凝土下料和振捣通道。窗口共45个，其中左侧21个，右侧21个，顶拱3个。钢模台车开窗示意图，见图7。

图7 钢模台车开窗示意图

2)选用混凝土级配为1级、出机口坍落度22cm左右、扩散度保持在50-65cm。混凝土对称下料，自下往上浇筑，摊铺厚度<50cm，台车两侧下料高差<100cm。

3)高、低位槽以下振捣采用软轴振捣棒、高频附着式振动器，顶拱采用低频附着式振动器。

3.4 混凝土拆模及养护

混凝土浇筑24h后拆端头模板，28h后拆除钢模台车，脱模后利用高压水枪喷雾养护，养护时间14d。

4 结 论

文章根据南水北调中线穿黄工程的特点，分析预应力衬砌内衬底板、边顶拱施工的各项施工工艺，针对内衬边顶拱预埋件多、预留槽钢筋分布密集提出实际解决方案，并对对边顶拱的混凝土浇筑施工工序、工法进行重点研究，形成一套完整的内衬施工技术方案。所得成果对水工隧道预应力施工技术具有一定的指导价值。