大坡度隧洞洞身混凝土衬砌关键施工技术

贾来喜

（中国水电建设集团十五工程局有限公司，陕西 西安 710065）

1 工程概况

韩城市侯家峪水库是一座具有村镇居民生活供水和农业灌溉功能的Ⅳ等小（1）型水利枢纽工程。溢洪洞洞身全断面衬砌，成型断面为城门洞型，宽4 m，高6 m。混凝土标号为C30W6F150，衬砌厚度50 cm，设计双层钢筋网片。洞身段衬砌按设计要求分段施工，每段长度6 m。每段分底板和边顶拱共2仓浇筑，先浇底板，后浇侧顶拱，底板浇筑带60 cm侧墙。

2 洞身衬砌方案

（1）洞身底板浇筑：采用组合钢模板，泵送入仓，人工振捣，人工收面。

（2）洞身段侧顶拱衬砌：采用定型钢模台车，泵送入仓，台车预留窗口，插入式振捣棒结合台车附着式振捣器振捣。由于洞身段坡度大，每段衬砌长6 m，上下端浇筑高差1.31 m（见图1），增加了衬砌难度，特别是对钢模台车的斜坡固定、斜坡牵引移位提出更高要求，必须确保安全万无一失。

图1 洞身段坡比及分段图（单位：cm）

（3）洞身衬砌自出口向进口（从低向高）依次进行，每段先浇底板，再浇侧顶拱。

3 液压钢模台车设计

3.1 液压钢模台车主要设计参数。

表1 液压钢模台车主要设计参数表

3.2 钢模台车液压系统

钢模台车升降及脱模利用液压系统，设起升油缸4 个，顶模调升高度为300 mm，台车每侧设3 排18 根丝杠，两侧共计36 根丝杠，丝杠对撑固定两侧钢模。

3.3 钢模台车行车系统

钢模台车行车系统采用4 台2.2 kW锥形制动电机，断电时锁死，限制台车移动；两侧模板根据边顶拱不同，分别设有进料窗口、观察窗口、振捣窗口。

3.4 钢模台车振捣系统

钢模台车两侧均匀布设附着式振捣器，作业人员通过振捣口采用插入式软轴振捣器辅助振捣。

3.5 钢模台车牵引支撑系统应用

3.5.1 钢模台车牵引支撑系统

底板浇筑时预埋2 根长度1.5 m的Ф30 高强螺杆，外露50 cm；10 t慢速卷扬机固定在钢模台车上，用φ22 钢丝绳与上游底板预埋Ф30 螺杆相连，卷扬机牵引台车行走；另外在台车底部用2 台10 t导链连接φ22 钢丝绳，单独牵引台车，作为卷扬机断绳保证措施。同时台车自带行走轮（4 台2.2 kW锥形制动电机），为防止台车行驶时失控，在底部设置轨道，并将轨道与钢板连接。台车整体位置调整好后，安装轨道限位器，后端采用钢斜撑撑住地面将台车固定。

3.5.2 钢模台车牵引力验算

钢模台车自重26000 kg，即重力G=mg=26000×9.8=254.8 kN；

动摩擦系数：钢模台车行走轮与钢轨之间摩擦系数 =0.15；

Φ22 钢丝绳牵引力：最小破断拉力252 kN；

10 t慢速卷扬机额定牵引力：100 kN；

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10 t导链额定牵引力：100 kN。

3.5.3 钢模台车行走过程中牵引力分析计算

钢模台车行走过程中受力图见图2。

图2 钢模台车行走过程中受力图

经计算，钢丝绳所受牵引力F=91.92 kN＜100 kN，所配置10 t慢速卷扬机满足牵引力要求。为防止卷扬机断绳问题，在钢模台车底部用2 个10 t导链牵引，采用Φ22 钢丝绳与底板埋件固定，作为安全保障。

3.5.4 钢模台车安全运行

钢模台车在液压系统关闭后，模板内收，与混凝土分离，此时检查周边情况，一切正常后准备钢模台车向前行走。先铺设轨道，按测量定位的轨道线路铺设钢板及30#轻轨轨道，并与底板混凝土固定牢固。检查卷扬机正常后，缓慢启动卷扬机向前行走，原轨道限位器不能拆除，钢模台车行走过程中，后部支撑杆保持与底板混凝土接触支撑，台车行走到位后，安装限位器，调整2个10 t导链牵引，使钢丝绳受力，并将斜支撑与底板固定牢固。

4 安全技术保证措施

（1）台车安装完毕后，检测各部结构是否到位，检查各部位螺栓联结是否牢固，各联结销必须可靠且转动灵活，按相关要求给减速器加注润滑油、给液压油箱加注液压油、给千斤顶及其它调整丝杆等涂加润滑油，保证设备润滑良好；

（2）确定台车工作位置的轨面标高正确后，保证轨道相对隧道中心线对称，轨面平整；

（4）配合测量人员，通过调整，使模板外形达到施工要求；

（5）台车就位后，后部斜撑顶紧底板混凝土，并锁死。前部2 台10 t导链拉紧钢丝绳，使钢丝绳处于受力状态。同时锁好卷扬机，防止下滑；

（6）台车移动固定专门人员，必须先进行专门培训，熟悉台车移动步骤及安全操作规程，移动过程中无关人员撤离至上游安全区域；

（7）台车运行过程中，项目专职安全员现场全程监控安全运行情况。

5 混凝土衬砌技术

5.1 底板带60 cm边墙的混凝土浇筑

（1）采用跳仓法浇筑，模板采用组合钢模板，利用边墙工字钢与拉锚筋焊接，模板外侧采用架管纵横围檩加固，用燕尾卡对架管及模板进行固定[1]。溢洪洞洞身段坡度大，增加了衬砌难度，洞身衬砌自出口向进口进行衬砌，洞身衬砌每段分两仓进行浇筑，首先进行底板带60 cm边墙的混凝土浇筑，再浇筑边墙及顶拱。

（2）底板是坡度为21.89%的混凝土溢流面，要求平整度较高，自下游向上游浇筑砼，浇筑采用HBT90 拖式泵泵送入仓，Ф70 软轴插入式振捣器及平板振捣器振捣，振捣至混凝土不显著下沉，无气泡上升，表面出现薄而均匀的水泥浆为标准；在混凝土初凝前且不流淌时，人工抹面收光。

5.2 侧墙及顶拱混凝土浇筑

（1）边顶拱钢筋安装时，利用钢筋台车作为工作平台，测放钢筋安装高程和控制线。双层钢筋边顶拱钢筋安装顺序为：先外层、后内层。即先固定首尾断面样筋，再通过样筋拉5 条（或4 条）纵向控制线，并在样筋上标出其余钢筋位置，其余环向钢筋以控制线为基准逐根安装，再按样筋标记位置逐根安装顺流分布筋，并绑扎或点焊。环向竖筋与底板钢筋采用单面搭接焊，搭接高度为10 d，焊缝饱满无夹渣气泡。

（2）钢模台车就位固定。钢模台车就位前对底部侧墙施工缝凿毛清理，清理至表层骨料外露，无乳皮、杂物，呈湿润状态；钢模台车牵引支撑采用10 t慢速卷扬机固定在钢模台车上，用φ22 钢丝绳与上游底板预埋Ф30 螺杆相连，卷扬机牵引台车行走；同时台车自带行走轮（4台2.2 kW锥形制动电机），为防止台车行驶时失控，在底部设置轨道，并将轨道与钢板连接[2]。台车整体位置调整好后，安装轨道限位器，台车两端采用丝杠对撑，钢模紧贴已浇筑的侧顶混凝土，防止漏浆。堵头模板采用木模板，按设计断面分块制作，与围岩之间的缝隙及个别超挖部位采用木板堵塞，采用拉筋结合钢筋网固定。

（3）挡头模板安装[3]。钢模台车就位固定后，采用滚筒对台车内侧涂刷脱模剂，防止脱模时损害混凝土外观，涂刷完成后进行挡头模板安装，挡头模板分两层，内层为1cm厚竹胶板，竹胶板按照断面型式固定，外层通过方木与台车连接固定，进一步加强挡头木模的稳定性及密封性。

（4）混凝土拌合物和易性的控制。混凝土拌制严格按照配合比要求进行拌制，拌合楼称量系统每月复检，称量误差均在规范要求范围内。造成混凝土坍落度波动关键是骨料含水率超标或不稳定、检测频率不够，料场采用微波水分仪现场快速、准确检测砂石骨料含水率，进一步准确指导混凝土拌制，有效控制坍落度波动范围。通过在出料口、入仓口分别对混凝土坍落度进行检测，确保拌合物和易性良好，坍落度波动范围为17 mm～20 mm，满足设计配合18 cm±2 cm要求。

（5）混凝土入仓方式的控制。

浇筑采用HBT90 拖式泵泵送入仓，浇筑过程中及时挪动泵管，通过入料口调整下料位置，两侧混凝土由低向高均衡上升，下料高度小于2 m，减少混凝土骨料分离，有效地控制了混凝土分层铺设厚度及下料高度，避免骨料集中，浆液分部不均匀，确保混凝土和易性不发生变化。

混凝土浇筑过程局部人工平仓，减少入料口混凝土集中，严格控制下料分层在30 cm～50 cm范围，混凝土均衡上升，确保混凝土不因为隧洞坡度大而上升不平衡，减少入料口混凝土集中，混凝土分层厚度均匀，浆液分部均匀，平衡上升。

（6）拆模及混凝土养护

侧墙及顶拱混凝土浇筑完成18 h～24 h后移动钢模台车，首先钢模台车液压系统关闭后，模板内收，与混凝土分离，确定台车工作位置的轨面标高正确后，保证轨道相对隧道中心线对称，轨面平整，一切正常后准备钢模台车向前行走，台车移动过程中人员撤离至上游安全区域，台车下游严禁站人。

钢模台车移动固定至下一仓后，立即进行混凝土养护，养护采用布设养护管网，连接水源进行喷淋养护，并辅以人工喷水养护，连续养护28 天，混凝土表面始终保持湿润，达到按需要养护标准，养护效果显著提高。

6 结语

在混凝土衬砌施工过程中，通过一系列改进措施，混凝土质量大为提升，特别是外观质量优良。由于项目规模小，方法措施难免简单，施工中本着安全第一、质量至上的宗旨，施工过程中进行了一些探索，采取了一些必要的安全技术措施和质量管控措施，取得比较好的效果。