小斷面隧洞襯砌質量控制技術研究

李彥龍?李成錦

摘要：本文通過對小斷面隧洞的泵送混凝土暗倉澆筑施工技術的研究，闡述了針對小斷面隧洞襯砌施工技術的重點、難點工藝環節--定型組合鋼模板設計制安、泵送混凝土澆筑施工技術及拌和物性能的研究，目的在于確保隧洞襯砌質量，加快襯砌速度，降成本增效益，規避開挖成型土洞暴露時間過長造成塌方的風險。

關鍵詞：混凝土泵送;混凝土和易性;附著式振搗器排;暗倉澆筑;堵倉;堵管;施工接縫

1 工程簡介

云南省隴川縣麻栗壩灌區工程第七標--邦外和蕨葉壩水庫及其干渠工程，由云南建投第一水利水電建設有限公司承建，工程于2019年2月25日正式開工建設，蕨葉壩水庫輸水干渠工程包括8條無壓輸水隧洞。隧洞襯砌厚度40cm，襯砌成型后為寬1.5m、高1.8m、120°圓弧拱頂的城門型隧洞。隧洞長度從85m～215m不等，合計長度1106m，包括左干渠1條一次轉彎隧洞，右干渠7條直線隧洞，設計底坡均為1/4000。

2 隧洞襯砌重難點工序施工工藝技術

襯砌單元施工工序為： 建基面處理→鋼筋制安→止水帶安裝→底板澆筑→邊頂模板安裝→邊頂混凝土澆筑→拆模、外觀檢查及缺陷修補→流轉至下一單元襯砌。其中重點難點工序為邊頂模板設計、制作、安裝和邊頂泵送混凝土暗倉澆筑。

邊頂模板設計定制：本著組拼速度快、接縫盡量少、襯砌外觀好的思路，小斷面隧洞的邊墻和頂拱模板設計制作成定型組合鋼模板及定型組合鋼支撐，按人力搬運安裝力所能及上限進行大塊化設計定制，使用強度和剛度較大的Q345厚度1.5mm鋼板加肋制作模板，使用槽鋼、鋼管制作支撐。拼裝、支撐加固成邊連頂的暗倉，使用泵送混凝土從頂拱模板底孔壓入自流平倉，采用附著式振搗器排振搗密實。本工程邊墻模板設計定制成長1.5m、高1.33m至起拱線的長方形平面模板，拱頂模板為長1.5m、3塊對稱組拼的圓弧形模板，模板拼接用彈簧鋼制作的蝴蝶扣扣接，一倉模板長12m分8段，在段間拼接處及兩端頭各設1道城門型承重頂撐門架，兩邊模在高度上順洞軸線設兩道槽鋼骨架以頂托對撐，頂模在拼接縫部位和拱頂部位順洞軸線設三道槽鋼骨架將受力傳至頂撐架。

邊頂模板安裝：在鋼筋制作安裝和施工接縫面鑿毛清潔檢驗合格后安裝模板。底板上測量定位標識洞軸中線，按底板寬度150cm之半左右各75cm定標模板安裝邊線，在底板立模邊線外測擬裝各塊模板中部用長10cmC12插筋定位模板;在起拱線附近的相同位置在鋼筋網上焊接定位鋼筋，其一端頂緊已噴漿墻壁，另一端與模板定位邊線居于同一立面，保證邊墻模板支立加固后豎直且不跑模。定型堵頭模板對止水帶的居中夾持定位及輔助架立延引固定。底板平整度不足處在邊模底腳襯墊5mm厚的薄海綿墊，防漏漿嚴重造成襯砌蜂窩爛腳。

邊頂混凝土澆筑：選擇先從隧洞進口上游側泵送入倉，擠排暗倉內接縫面的殘余積水。先斷開入倉口處泵管泵送潤管水，接著泵送約0.5m3水灰砂比為0.5：1：2的高強砂漿，既接縫又潤管及封堵管接頭縫隙，待砂漿到達入倉口時再接通泵管，接著泵送混凝土入倉。混凝土振搗使用外附模板的振搗器排振搗。混凝土每上升約50cm檢查緊固頂托，之后開啟振搗器排振搗25～30s。混凝土澆筑振搗過程必須密切觀測模板和支撐的變形位移情況，敲測兩邊混凝土均衡上升情況，嚴重失衡時采取調整入倉管口角度修正。應密切測算混凝土上升至拱頂后的需求量，把握時機更換為砂漿泵壓擠實拱頂空腔。從堵頭模板頂部所設的小觀測窗口和泵機出力振動聲響判斷混凝土澆筑的飽滿程度，此時的泵送應在密切觀察聯系下斷續進行，打打停停問問。澆筑須盡量飽滿以減少以后的回填灌漿量，但過大的泵壓又可能導致模板和支撐的變形甚至損壞造成事故，需豐富經驗、仔細觀察、密切配合聯絡才能做好。

防堵管對策：①對干燥花崗巖碎石澆筑前4小時進行灑水飽和，以防混凝土塌落度因骨料吸水損失過大。②盡量選用級配良好的骨料并調整優化施工配合比改善混凝土拌合物的和易性和可泵性，邊墻頂拱暗倉澆筑混凝土坍落度宜用大流動性、大擴展度混凝土，從頂拱模板底孔泵送壓入后順兩邊模板靠自重流淌擴散平倉，添加減水劑的混凝土粘聚性增加，若坍落度小于14cm混凝土無足夠流動性會逐漸粘聚于拱頂平緩圓弧面造成堵倉，其直接表現為堵管。③混凝土泵送間歇不超過45分鐘，間歇期間每隔15分鐘吸打兩下。④出現堵管事故應迅速調集人力處理，避免造成混凝土澆筑事故。

3 泵送混凝土強度影響因素及質量保證措施

影響混凝土強度的因素很多，要因是一因致命，次因若數因并發同樣致命，質量保證措施只需控住要因，促使次因拉扯互補不同時多因趨于不利。公司曾發生過多件隧洞混凝土低強質量事故，故需未雨綢繆，做好各項防范預控措施，杜絕既吃虧又害羞的質量事故發生。

要因一：實際水膠比波動越限。通常情況，混凝土水膠比每變大0.05，則混凝土強度等級就降低一級，具體表現在大流動性混凝土上為坍落度越限偏大超過3cm。防控措施：①定期檢查校準膠凝材料、用水量、砂石骨料、外加劑等計量稱量系統，嚴格執行配和比及相應配料單。②勤檢測坍落度和骨料含水率，發現變動過大時修正配和比，防控措施為骨料堆存場地硬化、加棚罩防雨淋、暴曬。③袋裝水泥超期儲存、防護不到位而淋雨、吸濕結塊變質導致量夠質不足，防控措施為水泥以密閉倉庫并下墊上蓋儲存，先進先用。水泥強度富裕度偏差會影響混凝土的最終強度，這點對正牌大廠水泥來說極少發生，配和比設計試配時所依據的水泥強度為1.15倍的水泥標準強度等級，重要的承重結構混凝土所用水泥進場后應復檢得到7天至少是3天的抗壓、抗折強度數據并比對出廠檢驗報告確認無較大偏差方可投入使用。④向運輸車輛攪拌罐內的預拌混凝土違規加水。防控措施：加強對司機的交底教育及出臺相應的處罰規定解決。初凝前的混凝土如果塌落度不能滿足澆筑要求可添加同水灰比的水泥漿、高濃度的減水劑溶液拌和均勻后使用，禁止向拌制好的混凝土拌和物加水。⑤澆筑倉面積水。澆筑倉面不能有積水，更不能有流動水帶走灰漿，基底少量難排積水可用塌落度較小的混凝土擠排。

要因二：減水劑的實際減水率及添加數量的精準度。大流動性混凝土拌合物里水分含量大，除少部分參與水化反應結石硬化外，大量的水分揮發析出將導致混凝土產生很多肉眼看不到的微小氣泡，導致混凝土容重降低，密實度不足從而強度降低，故大流動性混凝土必須添加減水劑盡量降低用水量。大流動性混凝土不能簡單地像常態混凝土那樣按同水灰比調加水泥用量加水增大流動性以滿足澆筑要求，必須嚴格按配和比要求使用減水劑。減水劑漏加或添加過少會導致混凝土強度保證率不足，而添加過多會導致混凝土離析，澆筑時發生蜂窩、裂縫。

次因一：骨料級配不良。粗細骨料組配后連續良好的級配是混凝土強度、和易性、可泵性的促進條件之一。通過選擇材料、調整砂率、調整小石與中石組合比等方法根據密實級配原則進行組配、篩分、測試堆積密度確定。

次因二：混凝土振搗密實度。隧洞底板混凝土屬于明倉澆筑，可控制塌落度為12～15cm，泵送入倉鋪筑平倉后使用插入式振搗棒振搗密實。而邊頂混凝土屬于暗倉澆筑，須充分保證塌落度為16～22cm，使用附著于模板外的振搗器排振搗，每上升約50cm振搗一次，每次振搗約30s。混凝土漏振、欠振會導致密實度不足，而過振離析會導致下部多骨上部多漿，多骨會產生蜂窩，多漿易致裂縫，都會影響混凝土的均質性和強度。

混凝土施工配和比微調優化：根據優選進場原材料及計量稱量拌和、混凝土攪拌罐車運輸至洞口轉右輸送地泵入倉等工況，并考慮泵機力量、泵送距離、泵管內徑等因素，對試驗室基準配和比按照水膠比不變原則作微調優化，經攪拌設備復核、細致詳盡的技術質量安全三方面的三級作業交底并現場作業督導后澆筑施工作業，泵送順利，強度保證充分，混凝土成型外觀良好。試驗室基準配和比參數：設計強度等級和抗滲抗凍等級為C25W4F50，保證率為95%，保證率系數為1.645，標準差為4.0MPa，試配強度為31.6MPa，水膠比為0.50：1，沙率為40%，瑞麗江河沙飽和面干含水率為5.5%，混凝土拌合物假定濕密度為2400kg/m3，設計坍落度為16±2cm，花崗巖粗骨料組合比為小石：中石=40%：60%。外加劑使用昆明凱瑞建材有限公司生產的KR-7緩凝高效萘系袋裝粉狀高效減水劑，實測減水率為17.4%。隧洞邊頂混凝土施工配合比調整：坍落度調整為19±3cm，河沙含水率為10.0%，混凝土拌合物濕密度為2350kg/m3，骨料組合比調整為小石：中石=5：5。泵機力量、泵距、泵管內徑工況：泵機為已使用近10年的90kW雜牌拖泵，實際力量較差，泵送距離不超過250m，泵管DN250mm偏小，可降低中石用量、增加小石用量解決。

4 結語

研究前，左干渠3#隧洞在失控狀態下所澆筑的底板長191m約140m3C25鋼筋混凝土經業主方檢測單位鉆心檢測因強度、厚度不足被責令采用爆破破碎拆除重澆耗時40天，直接經濟損失近8萬元人民幣。

研究后，通過對作業區隊在施工技術、質量、安全及建設程序等方面進行全面細致的作業指導交底并進行現場作業督導，至今，左干渠1#～4#隧洞已完成襯砌，襯砌質量深得業主好評。今后將如法炮制組織其他4條隧洞的襯砌。

參考文獻：

[1] 《水工混凝土施工規范》SL677-2014

[2] 《混凝土泵送施工技術規程》JGJ/T10-2011

[3] 《水利水電工程施工質量通病防治導則》SL/Z690-2013