小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術(shù)

奉海

摘要：由于木坡水電站引水隧洞工程施工工期較為緊張，同時引水隧洞斷面小，單個工作面較長，受通風(fēng)、不良地質(zhì)條件等因素限制，不利于隧洞開挖與襯砌同時施工，嚴(yán)重影響工程施工進度，為了保證合同工期，引水隧洞工程混凝土襯砌采用了雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術(shù)，通過雙臺車底、邊頂同進度襯砌達到了快速施工的目的，節(jié)約了工期與成本，對類似工程具有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：小斷面；長隧洞；雙臺車；底、邊同進度；快速施工

一、工程概況

木坡水電站位于四川省阿壩州小金縣境內(nèi)的撫邊河干流上，為撫邊河干流自下而上規(guī)劃的第3級電站。上游與美臥電站銜接，下游與楊家灣電站銜接，電站樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐等組成。其中引水隧洞長10074.028m，圍巖類別以Ⅳ、Ⅴ類（約占90%）為主，圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜多變，且地下水較豐富，工作面涌水量較大，致使施工非常困難。

二、工藝原理

小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術(shù)需要嚴(yán)格的按工序作業(yè)時間實施，采用48小時一循環(huán)制度，每循環(huán)施工完畢兩倉底板，兩倉邊頂拱。

1、工藝流程。施工工藝流程：小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術(shù)各個工藝流程必須安排專人專職負責(zé)，嚴(yán)格執(zhí)行各工序之間的安排。

①、準(zhǔn)備工作：先澆筑5倉底板，邊頂拱鋼筋邦扎完畢1、2、3倉，同時臺車安裝到位。（底板提高砼強度等級，減少安裝臺車時等強時間。）

②、第一輪：按順序澆筑3、1邊頂拱、6、7號底板，完畢后運輸及邦扎5、4號倉邊頂拱鋼筋。

③、第二輪：按順序澆筑5、2邊頂拱、8、9號底板，完畢后運輸及邦扎7、6號倉邊頂拱鋼筋。

④、第三輪：按順序澆筑7、4邊頂拱、10、11號底板，完畢后運輸及邦扎9、8號倉邊頂拱鋼筋。

澆筑時先B后A（若先A后B，先走A臺車時，B占據(jù)著A臺車新倉位的搭接位置），向前推進，到各自的澆筑點后拆開泵管即快速實施，循環(huán)實施向前推進。

施工中完成2倉邊頂拱及2倉底板（如 5、2、8、9），為一個循環(huán)，包括底板清理、鋼筋安裝、模板安裝（臺車移動）、軌道鋪設(shè)等。一循環(huán)時間為48小時。

雙臺車施工中，所有工序從基礎(chǔ)清理，鋼筋安裝，臺車就位，及相關(guān)配合的車輛進出，挖機、泵機等就位。

2、操作要點。

（1）基礎(chǔ)清理。底板施工時，一次澆筑2倉（一倉12m），底板基礎(chǔ)清理時，在30m處設(shè)置袋裝土圍堰，先一次性用挖機粗清理30m，再人工仔細清理達到驗收標(biāo)準(zhǔn)。

時間分配情況：先用PC60型挖機粗清一次，挖機不能清除的剩余渣體采用人工清理；粗清主要用一臺60型挖機配合2臺出渣車，30m基礎(chǔ)粗清理耗時3.5h。細清理主要由人員進行清理，耗時9h。人員安排上10人/班，共2班。人員配合上采用2人一小組，一人掏渣一人搬運，互相輪換作業(yè)。同一斷面（Ⅴ類時最大寬度4.05m）上布置最多3人，分前后2至3個部位清理。渣料由人工挑至圍堰外，集中堆放，再由挖機將渣料裝車，運至棄渣場。根據(jù)已開挖情況，洞內(nèi)滲水較大，根據(jù)現(xiàn)場測量的流量，自主洞開挖以來，滲水常年流量保持在（底板設(shè)計為2.3‰坡度，支洞口處上游側(cè)測量）211-264 m3/h之間；基礎(chǔ)清理中，每30m需要設(shè)置擋水堰，擋水堰由兩層袋裝泥土制成，堰前低凹處設(shè)置集水坑，用水泵抽排在堰外。如2、3號塊底板澆筑后，滲水會沿著底板矮邊墻（底板面層0.3m處）上部滲出。故在4、5號基礎(chǔ)清理時，需要在已澆混凝土面3號塊上設(shè)置30cm擋水堰，用水泵將水抽排至清理基礎(chǔ)外的擋水揠外，再抽排至集水坑。洞內(nèi)每300m左右有集水坑，采用接力抽排方式，最后抽排至洞外。每班因排水影響2小時，故24m清理基礎(chǔ)時間初清3.5h，細清9h，累計12.5h。 抽排水人員安排分兩班，2人/班。

（2）鋼筋邦扎。邊頂拱鋼筋：最多為Ⅴ類圍巖，每12m鋼筋量11T，由20人分兩班，單臺車進行安裝，鋼筋安裝具體分3小組，每小組3人，每班中焊工1人，一組綁扎一組傳遞搬運。邊頂拱鋼筋安裝速度20人一循環(huán)2倉，分兩班，每班10人10.5小時。根據(jù)設(shè)計圖，邊頂拱主筋基本上沒有焊接接頭，僅在腰線部位有接頭，采用人工綁扎搭接。另每班再增加2人為協(xié)助搬運工。

底板鋼筋：粗清理后，隨即將底板鋼筋運輸?shù)揭褲仓装迳隙逊拧Ｓ捎诘装邃摻钪薄⒍蹋\輸方便，運輸時間3.5h。底板細清理12m時，開始安裝第一倉底板鋼筋。鋼筋最多為Ⅴ類圍巖，每12m鋼筋量12T，由10人一班進行安裝。10人分3個小組，一組4人運輸一組4人綁扎，一組（2個專業(yè)電焊工）進行焊接。由于接頭不多，焊工工作不飽滿時參與鋼筋搬運與邦扎。工作量：24m洞段底板鋼筋8h可以施工完畢，剩余4h時間安裝模板及驗收。鋼筋運輸時間：由于洞內(nèi)邊頂拱鋼筋為半圓形，鋼筋制作中分為兩段弧形鋼筋，放入運輸車后一次僅能運輸4T以下，底板鋼筋短、直，一次運輸5- 6T。邊頂拱最多鋼筋量（Ⅴ類圍巖）9.0T/倉，分布鋼筋共計2.0T/倉，合計11.0T/倉。由于鋼筋形狀不規(guī)則，部位在回車箱內(nèi)，部分翹在車箱寬度外面，運輸時需要特別小心。故一次需要運輸3.2T鋼筋，滿足要求。根據(jù)車輛運入洞時進為10min，倒車出來10min，一來回時間20min，加上人工卸鋼筋上臺車時間1.6小時，合計為2.0小時/循環(huán)。兩倉鋼筋運輸用時16h。即16h內(nèi)完成24m洞段鋼筋施工。邊頂拱鋼筋臺車投入1臺，為工字鋼架子輪式12.0m長臺車。鋼筋臺車頂拱設(shè)計成與鋼筋弧度一致的半圓型，中上部位設(shè)置活動操作平臺。

（3）鋼筋運輸通道。由于底板澆筑完畢后，下道工序邊頂拱需要上鋼筋，而底板上空是唯一的通道：材料及施工人員均要通過該通道，采用在底板上搭橋方式進行運輸。具體做法是：在底板鋼筋安裝前，先用手持式電動沖擊鉆在底板基巖上每隔3m鉆3個等邊20cm長深30cm的孔，在孔內(nèi)放入錨固劑，再將φ20鋼筋插入，然后將3根鋼筋加工成鋼筋桁架柱作為60cm（Ⅳ類45cm）高的“橋墩”，頂端高于混凝土面10cm處3根φ16鋼筋作為一個平面“橋臺”，該“橋墩”在洞軸線上每3m一排，每排2個，間隔2.0m。該橋臺同時也作為底板鋼筋的面層筋立架使用。實際澆筑2倉底板共計7排14個，共計鋼筋50Kg /2倉底板。第一個“橋墩”距邊0.5m。endprint

用Ⅰ16工字鋼作為“橋梁及軌道”兩工字鋼中心間距2.0m，底部用鋼筋作為夾板，壓住工字鋼下翼板并與“橋臺”焊接。將工字鋼固定在“橋臺”上，工字鋼軌道重復(fù)利用。

運輸車：用4個中心帶槽的礦車輪，與工字鋼做成的簡易運輸車，長6m，寬2.5m，為防止有渣體悼到底板上破壞混凝土收面工作，在運輸車底板上鋪蓋膠合板，每次運輸量3.0T。

橋墩在完成任務(wù)，混凝土底板能上人（36小時后）后割除。將鋼筋頭打磨平整后涂刷環(huán)氧液防銹防沖處理。

（4）混凝土襯砌。混凝土澆筑時，先從B臺車開始，順序為B臺車，A臺車，底板。連續(xù)澆筑。

A：底板：設(shè)計方量最大為Ⅴ類圍巖，城門洞型每隧洞延m設(shè)計量2.5 m3，兩倉24m澆筑量72 m3，1.2為超填系數(shù)，混凝土水平運輸采用6 m3罐車運輸。

澆筑時間計算如下：罐車進洞后需要在支、主洞交叉處調(diào)頭，往澆筑點倒車前進，單程行車1060m約10min，回程是往前開，時間6.5min，強制式拌和機1 m3拌和時間不低于90s，放成品料及原材料上拌和機1.5min。合計每拌制1 m3拌和時間3.0min。6 m3用時18min。生產(chǎn)能力為20 m3/h。三個罐車澆筑。

罐車一往返時間為47.5min，再加上放料時間5min，兩次調(diào)頭、就位4min，合計56.5min。配罐車3輛。即可滿足要求，澆筑時間按20 m3/h計算，完成24m底板澆筑所需要的時間為72÷20=3.6h，取值4h。

故澆筑24m底板最不利情況（Ⅴ類圍巖）下4h可以澆筑完畢。

故一循環(huán)中48小時內(nèi)能完成兩倉底板混凝土施工，埏連續(xù)不間斷澆筑月強度（考慮不可預(yù)見因素，每月按25天算）為300m/月。

B邊頂拱：最不利為Ⅴ類圍巖，城門洞型，每延m城門洞型設(shè)計量7.224 m3，一次澆筑為95.36 m3，1.1為超填系數(shù)，混凝土水平運輸采用6 m3罐車運輸。澆筑時間8h。60%是每小時澆筑邊頂拱扣除影響后的有效利用系數(shù)。另由于邊頂拱下料點窗口較多，頂拱最后窗口泵料時較慢，每個頂部進料口接管、泵料再加入0.5h，4個窗口為2h，合計時間10小時/倉邊頂拱，按8小時算。混凝土脫模時間，根據(jù)已經(jīng)澆筑的混凝土邊頂拱脫模統(tǒng)計，時間為澆完最后一方混凝土封孔后12- 14h即可脫模，實際脫模時離澆筑完畢時最少已經(jīng)14h。在第一臺臺車故在48小時循環(huán)時間內(nèi)，兩天可以完成24m邊頂拱澆筑。（注：B臺車移動前，A臺車需要先移動1m。給B臺車讓出模板與混凝土接觸位置。A臺車移動時，離混凝土澆筑完畢時間為14h。）

故雙臺車緊湊、連續(xù)、不間斷、沒有外界干擾、泵機無故障的情況下澆筑月強度為360m/月，考慮不可預(yù)見因素每月按25天算則月進度為300m/月。

3、單臺車先底板后邊頂拱與雙臺車底、邊頂拱同進度施工的對比情況，詳見表1。

4、關(guān)鍵技術(shù)要點。

（1）雙臺車模式各工序間邏輯關(guān)系。

（2）雙臺車與單臺車施工對比分析。

（3）雙臺車施工的人員機械配置情況。

5。安全和質(zhì)量保障。

（1）拆模（移動鋼模臺車）對新襯砌混凝土的影響。通過采用有限元法對引水隧洞頂拱混凝土襯砌拆模時間計算復(fù)核，由于隧洞頂拱僅承受自身的重力，且由于拱的作用，頂拱混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓力很小，最大壓應(yīng)力為同期混凝土立方體抗壓強度的6%左右，隧洞受到的拉應(yīng)力也很小，僅為同期混凝土立方體抗壓強度的2.7%左右。雖然12- 14h時混凝土的強度還很低，但是混凝土的實際強度已經(jīng)能夠承受自重及其他荷載，經(jīng)過計算和試驗復(fù)核，顯示引水隧洞的頂拱混凝土強度已遠遠高于拆模時所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，所以頂拱模板在混凝土澆筑完12- 14h拆除時安全可行的。

所以拆模時間確定為澆完最后1 m3混凝土封孔后14h即可拆模，達到混凝土拆模強度，滿足施工規(guī)范要求。

（2）C20混凝土試塊28天抗壓強度統(tǒng)計，詳見表2。

6、經(jīng)驗小結(jié)。

（1）小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術(shù)難點主要在于必須制定清晰的工序順序，讓所有參與施工的人員完全理解工序安排，特別是現(xiàn)場管理人員，一個工序安排不當(dāng)，將影響整個施工進度。人員配置必須滿足施工需求，且各工序施工人員熟練本工序施工內(nèi)容。兩工序必須做到無縫銜接。工序間的機械設(shè)備平時保養(yǎng)至位，在各工序中根據(jù)工序流程時間表出場，出場的先后順序則由管理員調(diào)動，嚴(yán)禁私自調(diào)整順序。在單段隧洞較長、工期較緊的情況下，投入的各項施工成本，通過雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術(shù)將經(jīng)濟效益最大化。

（2）小斷面長隧洞雙臺車底、邊頂同進度襯砌快速施工技術(shù)適用于引水隧洞長、工期緊、斷面小、開挖與襯砌同時施工干擾大的引水隧洞混凝土襯砌施工。endprint