毗河供水一期工程小型隧洞混凝土浇筑施工方法研究

王 波

(中国水利水电第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概况

四川省都江堰灌区毗河供水工程是以灌溉、城镇供水为主，兼顾人畜用水和改善生态环境的民生工程。中国水利水电第十工程局有限公司承建毗河供水一期工程第二施工分部，各渠系设计流量22m3/s～1.3m3/s，隧洞断面尺寸2.7m×2.7m至1.5m×1.8m的共有17.141km。小断面长距离隧洞，受制于断面尺寸影响，一般罐车无法进入洞内进行混凝土水平运输，而混凝土长距离泵送，泵管安拆耗时耗力，且容易堵管，堵管对隧洞衬砌质量有很大影响，且需花大量人力进行事故处理[1]。

在毗河供水一期工程第二施工分部小断面隧洞衬砌施工中采用如下施工工法：针对小断面长距离隧洞洞内混凝土运输目前主要采用接力泵送的方式，受制于隧洞尺寸，HBT60(长×宽×高=6m×2.16m×2.6m)及以上的泵机无法在洞内使用，采用1台HBT80泵机配合HBT45泵机接力，泵送长度有限。毗河二分部在别家山隧洞(断面尺寸2.45m×2.45m，长度923m)采用2台2m3的有轨电动罐车进行隧洞衬砌。

2 特小隧洞混凝土施工难点

(1)由于隧洞断面较小，较大的混凝土运输设备无法进洞(3m3～4m3的罐车无法进洞)，使混凝土运输困难，加大施工难度。

(2)隧洞内面积小，只能是单一设备进入，洞内无法错车，轮式设备开进去后只能倒车出来，倒车距离一般都在400m～500m左右，操作难度大。

(3)如果采用轮式运输设备，由于隧洞断面小，倒车的速度慢，无法满足泵送混凝土的输送和待机要求。

(4)当采用轮式运输设备在小断面隧洞中作业，运输设备排出的废烟在隧洞中无法有效地排出，给施工场所造成大量的污染，使施工不能正常进行。

(5)由于轮式运输设备排出的废烟在洞内不能有效抽排，降低了洞内能见度，在施工过程中对人员、设备安全带来重大隐患。

3 小隧洞混凝土施工的几种方法

3.1 混凝土泵接力输送方法

针对小断面长距离隧洞洞内混凝土运输，目前主要采用接力泵送的方式，受制于隧洞尺寸，轮式罐车的高度、宽度在2.4m×2.5m的洞内使用都非常困难，设备在洞内无法错车，产生的废烟长时间停留在洞内，造成施工环境恶化。在隧洞长度在400m～500m范围内可采用串联多台混凝土泵进行接力输送混凝土，采用两台混凝土高压泵、一台中压混凝土泵接力输送混凝土料来确保浇筑。

采用多台混凝土泵接力输送混凝土时，必须要求骨料质量[2]，其混凝土配料准确，保证混凝土有很好的和易性，确保混凝土在长距离输送过程中尽量不出现堵管，一旦出现堵管，处理堵管是非常麻烦的事。

3.2 滑模混凝土施工方法

在较小引水隧洞混凝土施工中，由于隧洞断面较小使很多机械都无法使用时，引水隧洞平洞混凝土的衬砌施工也可采用平洞滑模[3]。滑模根据隧洞尺寸进行制作，并在洞内组装，它能用于各类断面的隧洞混凝土施工，小型混凝土泵在铁轨上行走，混凝土用建筑工地的4轮前翻斗车运输，能满足较小隧洞断面要求。

同时，在滑模混凝土施工中，因为模板和钢筋、混凝土施工同时进行，避免了传统施工中各工序相互制约的因素，提高了施工速度。由于采用了液压滑模施工，混凝土在初凝后即可移动滑模，滑模滑动后混凝土出现缺陷能及时发现和处理，使混凝土的施工质量和进度都得到了保证。使用液压滑模施工时应前、后工序组织管理有序，减少无故的停顿。

3.3 轨道与卧罐运送混凝土方法

小断面长距离隧洞受制于传统衬砌方法低效率、高额成本且无法保证施工质量，在隧洞断面尺寸2.7m×2.7m至1.5m×1.8m的隧洞衬砌施工中大量应用有轨电动罐车系统。该方法有效地加快了隧洞衬砌施工进度，也保证了质量，能取得较好的社会效益和经济效益。

4 电动卧罐运送混凝土施工方法

4.1 工艺流程

轨道电动罐车系统包括轨道罐车、HBT45泵机等附属设备组成。根据隧洞断面尺寸、成熟的轨道电动平车参数[4]，定制混凝土卧罐，组成轨道电动罐车。将普通HBT45泵机改装为轨道式，由轨道罐车牵引至钢模台车处。轨道罐车将混凝土由洞口运输至泵机处，泵机泵送混凝土入仓完成混凝土浇筑。轨道电动罐车系统浇筑流程如图1所示。

图1 轨道电动罐车系统浇筑流程示意

4.2 施工强度

以黄泥巴隧洞断面尺寸2m×2.1m，有轨电动罐车卧罐容积1.5m3为例，结合施工经验、规范，轨道电动罐车浇筑强度计算如下：

轨道电动罐车循环时间T=t1+t2+t3+t4

t1——混凝土倒入卧罐时间，因只有1.5m3，取1min；

t2——列车在往返途中运行时间，考虑最长单头衬砌500m，其中泵机泵送72m，罐车最长往返长度为2×(500-72)=856m，运行速度取3m/s=10.8km/h，则t2=4.76min；

t3——罐车卸料时间，使用GH45-18泵机，理论泵送时间1.5/45×60=2min，取t3=3min；

t4——由于组织和技术上的原因可能发生的无法估计的停车时间，min，一般取t1～t3之和的5%～10%。

T=t1+t2+t3+t4=(1+4.76+3)×1.1=9.63min，小于混凝土初凝时间。

4.3 隧洞底板处理

虽然轨道电动罐车压强较小，但仍需要对隧洞的底板进行先期处理。首先对隧洞底板进行清理，隧洞底板清理完成并验收后，用混凝土对底板找平，待底板混凝土达到强度并能受压后，再进行隧洞内的轨道铺设；随后HBT45混凝土泵机、电动混凝土卧罐都在轨道上运行，并完成隧洞混凝土浇筑。

4.4 轨道安装

由于隧洞混凝土浇筑时混凝土运输采用轨道电动罐车，其压强较小，荷载也较小，而采用的轨高为63.5mm，理论重量8.94kg/m，单根长度6m的轻轨作为电动平车的轨道。结合隧洞配筋及实际需要，采用C16钢筋固定轨道，钢筋间距约1.5m，也在一定距离打一定数量的φ25插筋于轨道两侧，插筋深40cm，插筋孔内注入砂浆再插入钢筋，插筋起到固定轨的作用。施工过程中务必确保轨道顺直，轨距符合要求，不发生侧移和滑动。

4.5 轨道电动卧罐车安装调试

结合隧洞断面尺寸、成熟轨道电动平车参数，定制混凝土卧罐。在满足轨道电动平车运输能力及洞内照明通风需求的前提下，尽量加大卧罐容积，还需考虑HBT45泵机进料口高度，以便于放料。电动平车也需根据卧罐参数预留加固件，配置足够的动力系统。HBT45拖泵也需进行改装，以便在轨道上行走。

4.6 轨道电动罐车运行

轨道电动罐车通过牵引系统来实现前进和后退，混凝土运输过程中保持卧罐低速转动，仅需1名普工进行简单操作和收放电缆线。运行过程中主要注意轨道固定情况、轨道电动罐车运行情况、有无漏电情况，出现问题及时处理。

4.7 混凝土泵送

混凝土泵机[5]启动后，应先泵送适量清水以润湿混凝土泵的料斗、活塞及输送管内壁等直接与混凝土接触部位。经过泵送清水检查后，确认混凝土泵和输送管中无异物后，可泵送水泥净浆、砂浆等润滑泵管。润滑用浆料泵出后不得作为结构混凝土使用，回收至污水处理池，经处理后另作他用。

为保证混凝土连续供应，在轨道电动罐车离开泵机后，应采取间隙泵送方式，放慢泵送速度，并保证料斗中混凝土在搅拌轴线以上，不许吸空或无料泵送。间隙泵送可采用每间隔4min至5min进行两个行程的反泵，再进行两个行程正泵的泵送方式。协调好混凝土接料、运输、泵送过程，各个施工工序衔接紧密，确保混凝土连续供应。如果混凝土坍落度过低，不准在料斗内加水，只能将搅拌均匀的水泥砂浆加入料斗。

泵送过程中，若泵送压力突然升高或输送管路有振动现象，则应反泵2～3个行程，然后正泵，也可用木棰敲打锥形管、弯管等易堵部位，若堵管连续反泵几个行程未能排除，应暂停泵送进行排堵处理。

泵送过程中应经常注意油温，当油温超过45℃时，打开冷却风扇后，油温继续升高，并超过65℃时，说明设备有故障，应停机检修，尽快恢复，避免冷缝产生。

5 小隧洞混凝土浇筑时的安全要求[6]

(1)在小型隧洞中采用有轨电动卧罐进行混凝土浇筑，由于隧洞断面尺寸小，隧洞左、右两侧留下的空间非常窄小，在电动卧罐通过时容易伤害行人，所以，隧洞混凝土浇筑过程中尽量控制施工人员频繁进出洞内，如有工作人员在隧洞内行走碰上罐车应主动避让。同时，电动卧罐上严禁绑扎宽于罐体的钢筋、木棍等超长物体，以免造成意外伤害。

(2)施工人员必须持证上岗，并经过安全培训，坚持班前五分钟，对当天存在的不安全因素及危险源进行分析并采取防范措施，施工前对工作面存在的安全隐患进行排查和处理，进入施工现场的作业人员必须戴好劳动防护用品。

(3)施工用电、电动机械和设备必须接地，绝不允许使用破碎电线、电缆，严防设备漏电。施工用电线路由持证电工专职负责定期维护，发现有电路、线路问题及时处理，保障用电安全。

(4)轨道电动罐车启动前应鸣笛，运行过程中注意避让作业人员，在轨道末端设置限位器，避免轨道电动罐车脱轨。对泵机、轨道电动罐车进行定期维护保养，确保其处于良好工况，泵机由持证人员按操作规程操作。运行安全要遵循4～6节轨道电动罐车运行要求。

6 施工效果

有轨电动罐车操作仅需普工1人，操作简单，泵管安拆仅约80m，省时省力，在隧洞底板处理后进行边顶拱衬砌与底板浇筑，施工过程中各施工工序衔接良好，除因暴雨等因素基本做到一天一仓(10m一仓)。隧洞内混凝土在运输过程中未发生拌合物分离、严重泌水及坍落度下降过大问题，单头衬砌400m时，每仓用时约3h，从未出现因混凝土供应不及时带来的冷缝等质量问题，衬砌成形，混凝土色泽均匀，无蜂窝、麻面等现象。

7 结语

在毗河供水一期工程第二施工分部小断面隧洞衬砌施工中采用有轨电动卧罐进行混凝土运输，在别家山隧洞采用2台2m3的有轨电动罐车进行隧洞衬砌，均取得了良好的施工效果。有轨电动罐车系统相对于接力泵送和轮式运输罐车在施工环境、施工效率、施工难度、混凝土运输质量、浇筑效果等方面均具有明显优势。毗河供水一期工程有轨电动罐车系统进行小断面隧洞衬砌的施工技术具有一定优势，对于水利工程中的支干渠上的小隧洞混凝土浇筑有一定的指导作用。