淺談輸水隧洞襯砌施工技術

【摘要】介紹白楊鎮水庫輸水隧洞混凝土襯砌施工工藝和技術要點，通過合理設計混凝土配合比，解決了高海拔地區小斷面長隧洞混凝土襯砌質量控制問題，并提供了相關技術手段和參數，可供類似工程參考。

【關鍵詞】輸水隧洞；襯砌；施工

1、工程概況

白楊鎮水庫位于白楊河大橋上游2km處，距和布克賽爾蒙古自治縣城90km，距托里縣鐵廠溝鎮60km，壩址區地理坐標為東經84°53′14″，北緯46°30′14″。白楊鎮水庫總庫容為4463×104m3，根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2000，該水庫工程等別為Ⅲ等。白楊鎮水庫大壩為混凝土面板為混凝土面板防滲砂礫石壩，輸水隧洞布置在大壩左岸，由上游進口段、上游洞身段、閘井段、下游洞身段、出口段組成，隧洞全長1200m，進口高程925.00m。其中樁號0+052～0+631.04段，長579.04m，洞身橫斷面型為直徑為3.0m圓形，襯砌厚度0.4 m。樁號0+631.04～0+639.04為叉管段，叉管軸線與隧洞軸線夾角為45°。樁號0+639.04～1+220段，長588.96m，洞身橫斷面型為直徑為1.8m圓形，襯砌厚度0.3m，襯砌混凝土設計強度C25F200W8。

2、地質概況

隧洞巖性以含輝石英安巖為主，巖層產狀：315°NE∠50°，為巨厚層、塊狀，洞線與巖層走向夾角為15°，巖體較完整，巖石屬堅硬巖，隧洞處于地下水位以上，上覆巖體厚度在20～80m，處于微風化～新鮮巖體內，圍巖類別為Ⅱ～Ⅲ類，巖石堅固系數（fk）4～5，巖體抗力系數（k0）4000～5000N/cm3，圍巖整體穩定，屬堅硬巖石。

3、施工難點分析

隧洞洞身混凝土施工均采用全圓針梁式鋼模臺車，跟倉法施工，臺車長8.1m，堵頭模板采用鋼、木模板組合拼裝封堵，混凝土采用泵送工藝。由于隧洞斷面小，工作面狹窄，而且洞身段鋼筋均為雙排鋼筋，內層鋼筋密集，施工人員無法進入倉內振搗，混凝土振搗只能依靠附著式振搗器完成，在振搗過程中易發生臺車偏移、堵頭處漏漿等問題，尤其是頂拱部位振搗難度更大，如果發生漏振，導致混凝土結構不密實，將嚴重影響結構物的強度、耐久性。

因此，除通過改進施工工藝，加強混凝土振搗外，還應從符合施工要求的混凝土配合比設計入手，做好從原材料到混凝土的攪拌、運輸、澆筑、養護等整個施工過程的質量控制，提高混凝土拌和物性能，降低施工難度，以提高襯砌結構質量。

4、混凝土配合比設計

因本工程采用泵送施工工藝，隨著澆筑工作的進行，混凝土泵送的距離逐漸增加，且振搗難度較大，要求的坍落度（經現場試驗以150～170mm為宜）和水泥用量均較大，必須用摻加外加劑的方法來達到既減水又不使混凝土坍落度損失過大的目的，以及添加超細活性摻和料來達到降低水化熱、提高混凝土的密實性和抗滲能力及節約水泥的目的。為提高混凝土的可泵性，混凝土拌和物除應具有一定的流動性能，同時應具有較小的泌水率，不離析，本工程選用一級配泵送混凝土，砂率為46%。

5、襯砌混凝土施工要點

5.1 拌和。混凝土拌和采用強制式攪拌機，自動計量系統。采用混凝土分段投料攪拌方法，即先加入50%的拌和用水及全部干材料，攪拌60s，然后再加入其余拌和用水攪拌60s。分段投料法使集料和漿液間的界面得到改善，在防止集料離析和沉降的同時，也增大了集料和漿液間的粘著力，有利于提高混凝土的可泵性，減小堵泵機率，同時能在一定程度上提高強度和耐久性。

5.2 輸送。混凝土運輸采用混凝土攪拌輸送車，為避免運送途中發生離析，途中攪拌轉速控制在2～4r/min。為保證混凝土連續泵送澆筑，應配備2臺混凝土攪拌輸送車，混凝土輸送泵輸送管為<125mm鋼管，垂直段使用軟管以利于混凝土入倉。泵送施工前先用同水灰比砂漿潤管，進料斗上應安置網篩并設專人監視喂料，以防止大粒徑集料混入料斗，坍落度過小或離析的混凝土拌和物不得用入泵。

必須保證混凝土泵連續工作，盡可能避免泵送時中途停歇，如出現停料情況，迫使混凝土泵停車，則混凝土泵必須每隔5min進行約1個行程的作業。如果停歇時間超過45min或混凝土出現離析，應立即排除管內混凝土，認真清洗并重新潤管后再繼續壓送。每次泵送完畢后，用水洗及氣洗結合的方法將混凝土泵和輸送管清洗干凈。

5.3 澆筑。混凝土澆筑采用針梁式液壓整體鋼模襯砌臺車作業，實現了混凝土澆筑的施工機械化，減輕了作業強度，能保證24h連續高速施工。與鋼模襯砌相比，不僅節省了鋼材和木材，而且混凝土質量有保證，成型尺寸精度高、整體性好。

混凝土振搗是保證混凝土質量的關鍵工序，需按規定程序作業，杜絕漏振，以免產生蜂窩狀孔隙和麻面。由于混凝土襯砌厚度較小，且隧洞配筋為雙層鋼筋，人員無法進入倉內振搗，使用附著式振搗器振搗，附著式振搗器布置在臺車內側，間距不得大于1.5米，混凝土入倉厚度達到40㎝時開啟振搗器振搗，振搗器要分層開啟，防止振搗器開啟過多造成臺車偏移。

5.4 混凝土養護。經過試驗，采用全圓形針梁臺車澆筑的混凝土在≥24小時后，可進行模板拆除。先拆除堵頭模板，啟動液壓裝置使模板脫離混凝土表面，操作時避免碰傷結構棱角。脫模時不能一次性強行脫模，須分幾次脫模，逐漸使模板整體完全脫離混凝土表面。

在澆筑后24h左右，使用臺車液壓裝置將臺車拆除，采用人工灑水及利用壓漿機噴霧養護，養護時間不得少于14d。

6、混凝土質量控制措施

6.1 原材料檢測。嚴把原材料進場質量關，試驗室對進場的每一批原材料均按規范要求頻率進行檢測，不合格品不允許進場，另外與原材料不符及時匯報，采取相應措施，以保證混凝土質量。施工中對原材料質量參數實行動態管理，監測原材料的質量波動，如水泥、粉煤灰的細度、含水率，砂石骨料的級配、含水率、含泥量等。發現異常波動，及時采取相應措施。加強原材料儲存管理，防止水泥、粉煤灰、外加劑受潮。下雨、高溫等特殊天氣時，應對砂石料進行覆蓋。

6.1.1 水泥檢測。施工中水泥采用和豐縣雪山水泥廠生產的42.5普通硅酸鹽水泥，根據每批次進場數量進行抽檢。施工中共使用水泥2302噸，共抽檢水泥34組。水泥檢測結果為合格。

6.1.2 粉煤灰檢測。粉煤灰為瑪納斯電廠生產的粉煤灰，根據進場批次數量按規范要求抽檢，施工中共使用粉煤灰974噸，共抽檢10組，檢測結果符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》Ⅰ級粉煤灰技術要求。

6.1.3 鋼筋檢測。鋼筋采用新疆八一鋼鐵廠生產的鋼筋，共使用465噸，施工單位根據進場批次數量按規范要求抽檢，抽檢各種類型鋼筋25組，檢測結果各項指標符合國家標準。

6.1.4 外加劑及其他材料檢測。引氣劑選用新疆五家渠格輝化工廠有限責任公司生產的CH-AE型引氣劑，共使用0.498噸，抽檢4組﹔高效減水劑選用新疆五家渠格輝化工廠有限責任公司生產的FDN型高效減水劑，共使用38噸，抽檢4組，取樣檢測結果各項指標符合《混凝土外加劑》（GB8076-2008）技術標準要求。

6.1.5 砂、石骨料檢測。施工中檢測砂23組，檢測結果全部合格；檢測粗骨料小石5-20mm23組，檢測結果除部分骨料超遜徑超出規范規定外，其余檢測項目全部合格。

6.1.6 抗壓試塊檢測

6.2 混凝土配合比控制。根據本工程特點，設計了高性能的混凝土配合比，在保證膠凝材料用量最少，即水泥和粉煤灰用量最小的同時，既保證了足夠的和易性，又滿足了設計要求的強度、耐久性、抗滲性及抗裂等各項指標。施工中應嚴格按設計配合比施工，以保證混凝土的內在質量。施工前，首先要及時測定砂、石含水率，將設計配合比換算為施工配合比。原材料稱量允許偏差規定：水泥、粉煤灰、外加劑稱量允許偏差為±1%；砂、石允許稱量偏差為±2%；水±1%，要求對稱量設備每星期校驗1次，從而有效地防止了系統誤差的發生，保證混凝土的整體質量。

6.3 施工過程控制。模板的設計、安裝質量控制是確保結構物外觀質量的關鍵。施工中著重放在模板安裝方法的改進上，保證臺車支撐系統的穩定性、牢固性。模板安裝除用尺量、拴線外，還用水準儀進行校測與調整。對有特殊要求的部位（如變形縫止水帶部分）制作專用的鋼模板和鋼支架，以適應特殊需要。認真做好自檢、互檢及交接檢工作。

7、結論

通過實踐證明，采用全圓形針梁臺車進行襯砌，應作為較大洞徑的圓形引水隧洞襯砌施工的首選方案，它能達到提高施工質量，加快施工進度之目的。同時也為同類工程施工提供了施工經驗。

參考文獻：

[1]冀生貴.全斷面針梁式鋼模板在隧洞混凝土襯砌中的應用[J].水力發電，

2001（2）：35-37.

[2]《水工混凝土施工規范》SL677-2014.

[3]《水工混凝土施工規范》DL/T5144-2015.