論大縱坡長斜井邊頂拱同步襯砌施工技術研究

李宗榮

摘 要：斜井在水電工程引水系統和公路工程中應用較為廣泛。水電工程引水系統斜井具有長度短、坡度大、地質差等特點，公路工程施工斜井具有大長度、坡度大、地質施工條件較好等特點，結合工程實際情況進行此類斜井施工時，常規采用先開挖支護完成整條隧洞再進行混凝土襯砌，或者邊開挖邊襯砌底板待整條隧洞開挖支護完成后再進行邊頂拱混凝土襯砌，否則無法實現開挖支護、出渣及混凝土襯砌等同步施工。

關鍵詞：大縱坡;長斜井;同步襯砌

中圖分類號：TV52 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）12-0093-04

1 引言

隨著國內水利工程的快速發展，在復雜地質條件下大縱坡長斜井鉆爆施工和二次襯砌同步施工，成為所有工序中的重點和難點。本工法從施工技術的角度優化施工方案，利用新技術、新設備及新工藝改進斜井施工技術，實現整體液壓自行式鋼模臺車向下襯砌施工與鉆爆工序同步施工，以“技術先行”保證斜井施工安全、質量和進度。

2 同步襯砌鋼模臺車施工特點

（1）液壓自行鋼模臺車在洞外分段吊裝，通過絞車提升系統牽引行走至斜井內組裝為一整體，有效解決了斜井坡度較大，安裝空間小，安裝時間長，安全控制和管理難度大等難題，實現了洞外安裝期斜井鉆爆交叉基礎施工，節約了工期。

（2）將鋼筋綁扎臺車和混凝土澆筑臺車組裝連接成一套整體自行式鋼模臺車，在提高臺車運行安全的同時，實現斜井邊頂拱混凝土連續、循環施工，達到備倉、鋼筋綁扎、混凝土澆筑、養護待凝、臺車移動就位、軌道延伸等多工序交叉作業，施工人員配置合理，節約了施工成本。

（3）液壓自行鋼模臺車正常運行時采用專用箱形齒塊型鋼軌，鋼軌采用地錨固定于已澆筑混凝土底板上，鋼模臺車采取三對液壓驅動自鎖行走系統和兩對（上下游各一對）斜撐加強支撐，實現大縱坡長斜井鋼模臺車下行安全和邊頂拱混凝土襯砌穩定，有效保障了混凝土襯砌外觀質量。

（4）液壓自行鋼模臺車結構設計合理，在空間受限的斜井內，鋼模臺車下部布設“四軌雙線”，滿足礦斗車與混凝土運輸罐有軌并行運輸，提高軌道運行效率。

3 長斜井隧洞同步襯砌鋼板臺車施工工藝原理

長斜井鉆爆施工工程中，底板混凝土超前于邊頂拱襯砌。底板混凝土澆筑時按設計要求預埋錨固筋，通過螺栓把專用箱形齒塊型鋼軌固定在底板上，為液壓驅動自鎖行走系統提供下行反力，保障鋼模臺車向下行安全，實現鋼模臺車液壓驅動自動行走。

鋼模臺車通過洞外組裝和洞內拼裝完成安裝調整后，連為整體的鋼筋臺車和鋼模臺車每次行走一個倉位，實現鋼筋臺車前端倉位的備倉、鋼筋綁扎、混凝土襯砌、混凝土待強、軌道拆除及延伸等多工序的平行交叉施工，達到邊頂拱混凝土襯砌的循環施工。在邊頂拱襯砌的同時，可借助臺車下部布設的“四軌雙線”運輸線路作為運輸和通行通道，進行前方掌子面除爆破以外的鉆孔、出渣、支護等其它工序施工。

斜井液壓自行式邊頂拱鋼模臺車同步襯砌功能程序框圖見圖1、圖2。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1鋼模臺車洞外組裝

4.1.1鋼模臺車組裝方案

根據現場的組裝條件，若在斜井內組裝鋼模臺車，因斜井坡度較大、安裝空間小，致使安裝時間長、安全控制和管理難度大。在隧洞外可利用汽車吊或龍門吊進行組裝，組裝場地相對寬闊，但需解決臺車從洞口外組裝→圓弧變坡段→斜井內就位段的行走問題。

綜合考慮各方面因素，因斜井內安裝安全保證率較低，故采用洞口外安裝再走至斜井內就位的方案。為滿足臺車從明洞到斜井內就位的牽引力（提升機最大牽引重量為20.52t）和圓弧變坡段的轉彎空間，將鋼模臺車（鋼筋臺車）分為三大段進行組裝，即鋼筋臺車分為一段組裝，鋼模臺車一分為二兩段進行組裝。各段組裝后采用絞車牽引行走至洞內就位，最后將三段臺車拼裝連接成整體。為便于臺車行走和提供更大的空間，圓弧變坡段二襯邊頂拱暫不澆筑，待鋼模臺車（鋼筋臺車）經過邊坡段在斜井內就位后，再利用滿堂腳手架澆筑該段邊頂拱混凝土。鋼模臺車（鋼筋臺車）從邊坡段末端至洞口段采用[18槽鋼臨時軌道，邊坡段末端以后采用專用軌道。

4.1.2鋼模臺車洞外吊裝施工

臺車分為三大段（鋼筋臺車段及兩個鋼模臺車段）在洞外進行吊裝，先在洞外組裝檢查合格后，再拆分為三段分別行走至斜井內再次拼裝成型和安裝其他小組件。

鋼模臺車（鋼筋臺車）最大構件為縱梁，重量約為2.2t，利用25t汽車吊進行吊裝。每段的吊裝順序為：大縱梁（含行走輪）→立柱→大橫梁→十字加強連接件→鋼筋操作平臺（鋼筋臺車）→頂部小縱梁→正頂模面板→頂拱兩側面板→兩側邊墻模面板→接縫面板（洞內最后安裝）。

大縱梁（含行走輪）每邊可先在地面上組裝完成后再吊裝到[18槽鋼軌道內就位，采用支撐臨時定位固定。兩邊安裝固定后，安裝立柱和大橫梁，立柱和大橫梁可在地面組裝成門架一次吊裝，先安裝兩端使大縱梁、立柱和大橫梁形成一個穩定的整體，再安裝中間的立柱和大橫梁。整個門架基本整體安裝完成并檢查位置后，安裝十字加強連接件，吊裝頂部小縱梁。模板面板均按1.5m寬一塊吊裝后按要求拼裝。頂拱兩側面板、兩側邊墻模面板安裝時先按圖紙的鉸鏈掛于上塊面板上，再安裝支撐（調節）構件。為滿足鋼模臺車從洞外進入洞內，最下部的接縫面板臺車整個組裝完成后再在洞內人工安裝。

4.2 斜井邊頂拱同步襯砌施工工藝流程

大縱坡長斜井邊頂拱同步襯砌主要施工工藝如下圖3所示。

4.3 斜井邊頂拱同步襯砌施工操作要點

4.3.1施工準備

混凝土澆筑前，檢查欠挖，若存在欠挖應進行處理合格后方能進行下一道工序，清除噴砼面上的雜物、泥土及灰塵，采用壓力風吹洗干凈。

施工縫采用人工鑿毛，清除縫面上所有浮漿，松散物料及污染體，用壓力水沖洗干凈，保持清潔、濕潤。

4.3.2底板混凝土澆筑及軌道延伸

為滿足邊頂拱混凝土同步襯砌，底板混凝土需超前邊頂拱3～4倉，底板混凝土澆筑前需進行清基，清除巖基上的雜物、泥土及松動巖石，用壓力水沖洗干凈。檢查超欠挖，存在欠挖需進行處理，底板可視超挖及基礎地質情況澆筑C15混凝土至設計開挖底板高程，如底板地質條件較好、超挖量較小、比較平整可不澆筑墊層，直接采用結構混凝土澆筑，對于不良地質段是否對基礎進行處理根據設計意見執行。進行地質資料收集整理，基礎四方聯合驗收。

鋼模臺車行走前，將鋼模臺車專用箱形齒塊型鋼軌延伸至下一倉，鋼軌采用地錨固定于已澆筑混凝土底板上。專用特制箱型齒塊鋼軌，尺寸為28cm×24cm（寬×高），軌距為4.18m，軌道采用壓板、預埋地錨進行加固。預埋地錨采用Φ32精軋螺紋鋼筋，單節鋼軌長1.5m采用3根地錨錨固，間距50cm，單根地錨鋼筋長度57cm，預埋47cm。

在澆筑底板混凝土時，根據軌道間距、預埋螺栓間距、軌道安裝起點位置等參數，精確定位施工出預埋螺栓位置，螺栓安裝精度左右偏差不得大于2mm，前后偏差不得大于3cm。

4.3.3 測量放線

邊頂拱鋼筋綁扎之前，用全站儀測量放線檢查噴錨后斷面超欠挖情況，對比前后斷面數據計算出變形量。

將隧洞起拱點、頂拱點及矮邊墻控制點線放在明顯地方，并在方便度量的地方給出高程點，確定鋼筋綁扎和立模邊線，并作好標記，焊鋼筋架立筋;對測量放線中發現的欠挖，采用風鎬或沖擊破碎錘進行巖面處理，直至合格。鋼筋架立筋插筋安裝好后，至少在每排兩端的插筋上放出內、外層鋼筋的安裝位置點，中間根據鋼筋工的要求加密。

4.3.4 臺車下行就位及模板校正

鋼模臺車為整體液壓自行式，委托專業廠家進行設計、制造和安裝。鋼模臺車的運行、操作嚴格按廠家的說明書進行。上一倉邊頂拱混凝土達到脫模強度后，鋼模臺車通過液壓裝置作用，收回頂拱模板，邊墻模板通過人工調節絲桿和放松千斤頂回縮，通過液壓系統自行至下一倉。

為保證混凝土澆筑表面外觀質量以及模板防銹蝕和脫模方便，鋼模板每次使用前均需清理干凈及校核，面板涂刷高級精煉色拉油類的防銹保護涂料。

鋼模臺車就位后，按不大于5m一個斷面進行檢查和校正。檢查合格后進行堵頭模板安裝，邊頂拱堵頭模板自下而上先安裝內側模板，再安裝止水帶，最后安裝外側模板，拉筋焊接于鋼支撐或錨桿上。所有拉筋嚴禁與結構鋼筋焊接。堵頭模板與巖面間間隙采用棉線或布封堵，防止漏漿。縱、橫向均采用Φ48.3×3.6鋼管作為背枋，間排距擬定不大于50cm。采用不小于φ8拉筋，間距不大于50cm，每排兩根。堵頭模板安裝完成后再次進行鋼模臺車校模，合格后方能進行下一道工序。

4.3.5 鋼筋運輸及綁扎

鋼筋加工統一在綜合加工廠加工，必須根據經技術負責人審批的鋼筋下料單進行加工，成品分類堆放及掛牌。采用重載汽車運輸至洞口后轉提升機運至現場分類堆放使用。

采用專用鋼筋臺車超前進行鋼筋安裝。將架立筋支架筋加工成短邊不小于5cm的L形筋，先在兩端鋼支撐上按不大于2m的間距沿環向焊接支架筋（起拱及正頂拱必須安裝），測量放出鋼筋安裝位置。采用施工線從兩端同高程支架筋上拉線，按不大于1.5m的間距加密支架筋，安裝縱向架立筋，按底板的安裝方法進行外層鋼筋安裝。再按外層鋼筋的安裝方法進行內層鋼筋安裝，但支架筋必須增加斜撐鋼筋，以確保鋼筋架立筋不變形。為便于堵頭模板、止水、填縫材料的安裝，與澆筑塊相鄰處預留至少兩根鋼筋暫時不安裝，待填縫材料安裝后鋼模臺車就位前補安裝。

最后按設計間排距安裝箍筋，并與主筋綁扎牢固。架立筋鋼筋直徑不小于25，所有節點必須采用焊接，不得采用綁扎。所用混凝土墊塊強度不小于結構混凝土強度。

主筋鋼筋接頭均采用單面焊接，焊接長度不小于10d，分布筋接頭均采用搭接，搭接長度不小于40d，同一截面鋼筋接頭不超過50%。

4.3.6止水及預埋件安裝

預埋件主要有651型橡膠止水帶，高密度聚乙烯泡沫板等。止水帶在內側堵頭模板安裝后進行安裝，邊鋪止水帶邊安裝外側堵頭模板將止水帶壓緊，不得用釘子釘，必要時可采用雙面膠粘貼。為防止澆筑過程中止水帶邊下塌，澆筑倉內采用有足夠剛度的M型鋼筋或鉛絲固定于結構鋼筋上。止水帶接頭采用硫化熱粘結方式，接頭長度不小于10cm。接頭應逐個進行檢查，不得有氣泡、夾渣或假焊。由于止水帶接頭硫化機不能在頂拱部位進行連接，故止水帶接頭不能設置于頂拱部位，全部設置于底板或邊墻部位，并最終通過驗收合格后再進行下一道工序施工。

填縫材料安裝在堵頭模板拆除后進行。先清縫面內堵漏材料等雜物，并將堵頭模板接縫處理平整，采用水泥釘牢固釘于縫面混凝土面上。施工過程中注意對止水帶的保護，不得損壞止水帶。

由于頂拱回填灌漿、固結灌漿鉆孔導向管，以及為了利于襯砌后系統排水孔施工而預埋的導向管等，按設計圖示位置進行安裝，采用φ8鋼筋焊接“井”字架固定于結構鋼筋上。其目的是為了后續鉆孔不損壞鋼筋，且待混凝土澆筑后部分管口無法找出，找管口過程較為漫長，嚴重影響施工進度。現計劃取消導向管埋設，待回填、固結灌漿及排水孔鉆孔前，在以測放孔位附近采用混凝土鋼筋檢測儀進行檢測，針對會損壞鋼筋的孔位進行合理調整至就近鋼筋間距之間后施鉆。

4.3.7溜槽搭設施工

隧洞內混凝土采用溜槽運輸至混凝土拖泵內，溜槽運輸過程中，由于角度較大，為防止骨料分離，每隔約20m設置一個皮帶緩沖帶，如效果不能達到要求，再根據情況設置緩沖器。另外，為防止拖泵泵送速度與斜井口放料速度不一致或因信號時間差影響混凝土澆筑連續性，在拖泵后設置一個3m3集料斗，滿足臨時存料的要求。

4.3.8泵車就位

為盡可能保證頂拱混凝土澆筑密實，邊頂拱混凝土采用泵送入倉。為確保拖泵在斜井內能處于水平并滿足泵送混凝土要求，提前在拖泵運輸平板車上采用工字鋼焊接一個“三角形”支架，將拖泵固定于支架上，采用提升系統將拖泵及運輸車整體牽引行走至鋼模臺車附近合適位置固定，并連接好入倉泵管。

4.3.9邊頂拱混凝土澆筑

（1）澆筑前準備。準備工作主要有原材料檢測、混凝土配合比調整、混凝土罐車檢查、拌合站檢查、配備好混凝土拖泵、拖泵平板車、泵管安裝、倉內溜管（筒）的安裝、振搗設備就位等。

（2）倉位驗收。混凝土開倉以前的各項工序完成以后，按“三檢制”驗收制度進行倉面驗收。首先由作業隊技術人員對倉面進行初步檢查，如發現有不符合設計、施工規范等要求時，必須嚴格按照規范要求進行重新調整，自檢合格后方可向工程部技術員報驗，工程部技術員驗收合格并填寫工序驗收資料，然后報質量部質檢員進行驗收，最后由質檢員報請監理工程師驗收，驗收合格后開出準澆證，嚴禁無證開澆。

（3）混凝土拌制運輸。混凝土配合比由試驗室根據實際骨料含水率進行調整，然后出具配料單給拌合站，拌合站根據實驗室出具的配料單嚴格拌制。在混凝土拌制時，混凝土罐車應停放到拌合站出機口待命，混凝土裝車后立即按規定線路運輸至混凝土卸料平臺卸料。如果運輸時間過長、或因故停歇過久導致坍落度過小時應送實驗室處理，嚴禁私自加水;混凝土出現初凝時，應作廢料處理。

混凝土洞外采用8m3攪拌車運輸，洞內斜井采用溜槽運輸。攪拌車從拌和站接料后，運輸至洞口外側入料口處，經接料斗放入斜井段溜槽內運輸至工作面的集料斗轉入混凝土拖泵內。溜槽運輸過程中，由于角度較大，為防止骨料分離，每隔約20m設置一個皮帶緩沖帶，如效果不能達到要求，再根據情況設置緩沖器。為防止拖泵泵送速度與斜井口放料速度不一致或因信號時間差，在拖泵后設置一個3m3集料斗滿足臨時存料的要求。

（4）入倉、振搗。邊頂拱混凝土采用泵送入倉，分層澆筑，每層澆筑厚度不大于50cm，兩側均勻澆筑上升，高差不大于一層澆筑厚度，防止模板偏移。為保證底板已澆筑的混凝土與邊頂拱新澆筑混凝土的粘結性，水平施工縫先鋪筑一層2cm～3cm厚與設計混凝土強度等級相同或高一級的砂漿。由于斜井坡度較大，鋼模臺車下料點按照鋼模臺車設計圖進行布置，頂拱采用沖天管從正頂拱下料。鋼模臺車澆筑時，邊墻以Φ50～70軟軸振搗器進行振搗為主，附著式振搗器振搗為輔，頂拱以附著式振搗器振搗為主，Φ50～70軟軸振搗器振搗為輔。附著式振搗器安裝間距不大于3m，具體按照鋼模臺車設計圖進行布置。

振搗器垂直插入混凝土中，按順序依次振搗，每次振搗時間30s。如略有傾斜，傾斜方向保持一致，防止漏振，過振。振搗上層混凝土時，振搗器插入下層混凝土5cm左右，加強上、下層混凝土的結合。在止水片、止漿片、鋼筋密集處等細心振搗，必要時輔以人工搗固密實。鋼模臺車行走就位后斷面如圖4。

4.3.10 邊頂拱混凝土待強及脫模

混凝土待強時間達到實驗室提供的脫模時間，且根據現場試塊強度情況，混凝土強度達到施工圖紙要求及規范規定后，經監理人批準后方可脫模。鋼模臺車通過液壓裝置作用，收回頂拱模板，邊墻模板通過人工調節絲桿和放松千斤頂回縮。

混凝土澆筑結束后12h～18h，灑水養護。養護時間不少于28天，在干燥、炎熱的氣候條件下，適當延長養護時間。

4.3.11鋼模臺車清理

鋼模臺車脫模后及時進行清理，面板涂刷高級精煉色拉油類的防銹保護涂料，并檢查外觀是否變形，若存在變形及時進行校正，校核合格后進行下一道工序施工。

5 結束語

總之，本文針對斜井施工洞線長、縱坡陡、軟巖大變形、高外水壓力及水文地質條件復雜等特點，進行仔細分析及研究，并結合國內對于斜井施工技術研究，從斜井混凝土襯砌技術方面進行研究，采用整體液壓自行式鋼模臺車向下襯砌施工，與傳統采用卷揚機等牽引固定鋼模臺車施工方案進行對比，該施工技術有效提高鋼模臺車行走時的安全系數，減少施工工序，降低施工干擾;順利實現開挖支護、出渣、混凝土襯砌等工序同步施工，且滿足二次襯砌滯后開挖掌子面不得超過50m的要求，有效控制地下水排放和維護洞室穩定;對類似工程有著積極的推廣及借鑒意義。

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