巖溶地區小斷面洞室襯砌快速施工方法探索

呂理軍

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概況

隘口水庫右岸下層灌漿平洞下灌右0+185-0+384.63段開挖揭示后，因其位于K5、K8兩大型溶洞影響段之后，經分析認為，該尾端洞段混凝土襯砌施工必須于60d內完成，才能實現及早開始兩溶洞大規模處理施工，否則將直接影響到工程總體目標的實現。為此，對該洞段混凝土襯砌的施工進行了研究規劃，通過參建各方的溝通，最終確定了一套巖溶地區小斷面洞室襯砌快速施工的方法。

右岸下層灌漿平洞設計為城門洞形，洞室凈空為3.8m×4.2m(寬×高)，襯砌厚度0.5m，襯砌混凝土等級為C20，配筋為Φ20、Φ16雙層鋼筋網。

2 施工條件分析

2.1 施工難點分析及應對措施

1)工期緊，任務重。按照設計要求，洞室的襯砌分段為9m-12m。對于右下平洞尾端洞段按此長度分段，共需分為22段。小斷面洞室襯砌一般需分三層施工完成，底板澆筑后，邊墻與頂拱必須分開施工，才能保證邊墻混凝土的下料并得到有效振搗[1]。由此，需在2個月的時間內完成66倉混凝土澆筑，按照日完成一次澆筑作業的理想狀態計算，已根本無法完成。

2)洞室斷面限定進度難以提高。小斷面洞室襯砌施工，因其斷面較小，一般多采用鋼管支架作為襯砌支撐，在僅有一個入口的情況下，架體堵塞通道，造成施工材料運輸困難，難以形成多工作面協同作業，在投入有限的情況下，較難實現加快進度的要求。

3)小洞室斷面施工，大型機械設備無法進洞作業，難以通過增加機械設備的方式加快工程進度，且鑒于各倉號施工內容的相同性，需考慮簡單有效可循環使用的施工機具。

4)大型溶洞安全支護施工干擾襯砌作業。右下平洞襯砌只能通過4#施工支洞通行，右岸K5、K8溶洞占據了該平洞中部洞段的范圍，進入上述尾端洞段必須經過兩個大型溶洞作業面，當期兩溶洞正在進行安全支護作業，相互之間存在較大干擾。但大型溶洞內因其場地較大，能夠滿足車輛、設備回車的要求，可加利用。

2.2 應對措施

1)加大分段長度，減少襯砌段數。將襯砌分段長提高到設計上限的12m，原22段縮減為17段，從而減少施工倉號工藝循環次數，節省工期。

2)采用自密實混凝土澆筑，從而減少施工分層，壓縮施工倉號數量。采用自密實混凝土進行洞室襯砌，利用其高流動性和無需振搗的特性，將邊墻和頂拱混凝土合并為一倉進行澆筑，單段施工分層改為兩層，使得總施工倉號數降為34倉。

3)自制可供人工穿行的簡易模板臺車，分兩個工作面同時作業，加快施工進度。

4)加大施工投入，提前加工四套邊墻大塊模板，將邊墻拆模作業與立模作業形成流水施工，提高工作效率。

5)優化施工工藝，合理規劃倉號間的澆筑順序，采用跳倉施工法，盡可能實現平行作業。

6)利用大型溶洞內可回車的條件優勢，模板臺車及大塊模板采取在洞外提前拼裝、整體運輸進洞、調整方向后直接平推就位的施工方法，以降低現場拼裝的難度，節約工時。

3 施工總體進度規劃

為保證施工進度，在進度規劃時應對施工內容的各方面進行充分考慮，并將其分解到各施工工序的耗用時間上進行計算。

3.1 總體施工時段劃分

受小斷面洞室材料運輸不便的制約，從施工耗用時間長大體可分為：底板澆筑(含清渣、底板鋼筋制安、澆筑等工序)時段、邊頂拱鋼筋制安時段、邊頂拱澆筑(含施工縫處理、模板安裝、臺車就位、澆筑及等強、模板拆除等工序)時段共計三部分。從時間分配上，底板澆筑按照1d/段進行控制，共計17d完成；邊頂拱鋼筋制安按照0.5d/段控制，共計9d完成；邊頂拱澆筑按照2d/段控制，共計34d完成。實際施工中以此為控制目標，并檢查各工作時段完成節點目標任務情況。

3.2 底板澆筑時段計劃分解

計劃將3段底板作為一個澆筑單元，清渣時采用小型挖掘機進洞扒渣，以提高清理效率，每個單元以1.5d-2d為限完成清渣作業。底板鋼筋制安計劃應在16h內完成，混凝土澆筑則需在8h內完成。對底板澆筑單元的施工控制以此為目標。

3.3 邊頂拱鋼筋制安時段計劃分解

計劃在底板澆筑后集中進行，以避免小斷面交叉施工作業中的通行、運輸困難。施工時分3個工作面同時進行，每個工作面至少配2名電焊工，包括焊縫接頭在內的所有鋼筋安裝綁扎、焊接等工作以3d為一考核目標，各工作面每3d內應完成2段鋼筋制安。

3.4 邊頂拱澆筑階段計劃分解

邊頂拱必須按照每個分段為一單元進行施工。計劃投入兩臺自制可穿行臺車進行工作面規劃，則單個臺車完成最多澆筑段為9段，單段作業循環時間實際可放寬至3.5d/段。但考慮到每2d至少需進行一次澆筑的要求，及初始臺車就位及模板安裝可能耗時較長的實際情況，及每個作業循環必須考慮存在24h以上的頂拱澆筑等強時間的要求等，單段作業循環時間在過程中需以3d/段進行控制。按作業工序安排，施工縫處理計劃6h完成，邊墻模板支立4h，臺車移動就位4h，臺車支撐加固及拱肩模板安裝8h，堵頭模板封裝及止水固定6h，倉號驗收及混凝土澆筑8h，臺車拆模6h，過程中施工人員必要的休息間歇6h。現場加強工序銜接控制的情況下，合理安排作業面及澆筑順序應能夠實現預定目標。

4 混凝土襯砌施工

4.1 混凝土分層分塊

按照12m的基本分段長，將右下平洞尾端洞段共計分為17段；底板為一澆筑層，邊頂拱為一澆筑層；底板施工清渣分兩個100m完成，3段為一澆筑單元；邊頂拱采用兩個自制臺車，投入4套邊墻模板進行澆筑。

4.2 底板混凝土澆筑施工

1)施工工藝流程：施工準備→基面清渣、驗收→測量放線→鋼筋制安→伸縮縫杉板、止水安裝→倉號驗收→混凝土入倉→平倉、振搗、收面→拆模、養護[2-3]。

2)底板混凝土澆筑分層線布置在底板面以上0.3m處，即澆筑底板過程中一并澆筑0.3m高邊墻。

3)底板基面清渣分為兩段完成，每段長100m，采取后退法施工。即自內向外完成100m清理后，即進行該100m段的鋼筋安裝、混凝土澆筑施工；前100m段底板澆筑完成，在剩余100m段底板清渣過程中，同時進行已完成段的邊頂拱鋼筋安裝。底板清渣采用小型反鏟扒渣，人工配合裝載機裝渣運出洞外，最后采用高壓水沖洗，清出潔凈巖面為止[4]。

4)鋼筋制安受工作面限制，在加工廠集中下料加工，汽車運至溶洞內后，通過人工搬入工作面。按照分段長進行鋼筋安裝，段與段之間設伸縮縫。底板鋼筋安裝時，邊墻插筋安裝時應注意與邊頂拱鋼筋安裝一并規劃，避免安裝偏差，嚴控安裝質量及合理控制接頭位置。

5)伸縮縫采用瀝青杉板，兩側加工專用支架固定。止水帶下料時連帶邊頂拱一并完成，將其接頭設與下游側邊墻內。止水帶利用加工的專用夾子與底板上下層鋼筋網固定。

6)底板混凝土澆筑，采用在溶洞內安放HBT60混凝土泵，8m3混凝土罐車運輸拌和料，泵管輸送入倉。泵管出口設軟管，便于混凝土料運送到位及人工平倉。

7)混凝土澆筑采取跳倉法施工，每三段為一澆筑單元。三段連續澆筑時，優選考慮伸縮縫處的下料，人工利用鐵锨先完成分縫兩側各0.5m寬的混凝土料填筑，并兩側同時振搗密實后，再進行大面積通倉底板澆筑。

8)混凝土養護采用覆蓋草袋灑水的方式，并嚴格控制上人、上車的時間。

4.3 邊頂拱鋼筋安裝

1)底板澆筑期間即穿插進行邊頂拱鋼筋制安，完成尾端洞段所有邊頂拱鋼筋安裝后，再統一開始邊頂拱混凝土澆筑。

2)邊頂拱鋼筋下料前，先確定底板插筋的安裝偏差，再根據現場實際情況進行下料加工。

3)現場搭設穩固、簡易的安裝平臺，按照測放的洞軸線及拱肩線，在洞頂及兩側拱肩固定架立筋，確定邊頂拱鋼筋安裝的正確位置，減少安裝誤差。

4)加強電焊工的人員配置，保證邊頂拱鋼筋大量接頭的焊接質量及進度。

4.4 邊頂拱混凝土澆筑

4.4.1 施工工藝流程

施工準備→測量放線→鋼筋制安→施工縫處理→邊墻模板安裝→自制簡易臺車移動就位→臺車支撐加固及拱肩模板安裝→堵頭模板封裝及止水固定→倉號驗收→混凝土入倉澆筑→臺車脫模移動→邊墻模板拆除→混凝土養護。

4.4.2 自制型鋼臺車的使用

4.4.2.1 臺車的構成

為加快施工進度，現場自行加工了兩臺用于邊頂拱混凝土澆筑的可穿行式型鋼模板臺車。

臺車分為3部分：主體型鋼支架、可升降圓弧模板支撐體系及下部行走及承重部分。自制臺車構造剖面見圖1。

圖1 自制臺車構造剖面圖

4.4.2.2 臺車工作方式簡述

臺車工作的基本目的主要是為了提供澆筑倉號較為固定的的快速模板安裝及支撐。由于這種簡易臺車僅固定了洞室頂拱圓弧模板，因而其模板安裝的工作方式為三部分協作完成，即臺車自帶頂拱模板、邊墻大塊側模、拱肩部位拼接模板。邊墻大塊側模在臺車就位前，利用洞內場地組合拼裝；拱肩部位模板則在邊墻與頂拱模板固定后再行拼接安裝。所有模板縫均黏貼海綿膠條以防漏漿(臺車頂拱模板在安裝時同樣黏巾拼縫膠條)。

每個臺車配置兩套邊墻側模，每套側模負責四段邊墻的混凝土襯砌。臺車就位前，按預定的倉號順序人工先將側模拼裝完成后，僅需簡單進行防傾覆的固定，并按照臺車側向頂撐位置安裝橫向圍柃。臺車通過牽引或推動行走至澆筑段后，先檢查臺車與洞室軸線是否吻合并調整就位；之后將臺車底梁采用千斤頂撐起按間距放置承重鋼凳，使行走輪胎離地不直接受力，再由多人協作轉動快拆頂撐調整臺車自帶的上部圓弧模板安裝就位，兩側同時伸出快拆頂撐直接支頂于側模橫圍柃上，完成臺車對模板的支撐加固；最后拼裝拱肩模板及堵頭模板，固定止水帶等，以達到混凝土澆筑條件。

單個臺車在進行上一段倉號施工時，同時拼裝第二套邊墻側模，前一倉號脫模后，臺車可移動至下一倉號直接進行模板的支頂；而前一倉號在臺車移走后即拆除第一套邊墻模板，并直接對其臨近的倉號進行邊墻模板安裝，以備下一澆筑循環臺車就位；如此循環，始終保證邊墻模板的拼裝不占據每一澆筑循環的時間，保證邊墻模板在臺車就位前臨時固定安裝完成。

臺車脫模時，先拆除拱肩拼接模板，再降下臺車上部快拆頂撐，通過倒鏈等工具自一端向另一端逐步拆除下落臺車頂拱支架及模板。同時收回兩側快拆頂撐，進行臺車移位行走。

5 結 語

隘口大壩右岸下層灌漿平洞和大型溶洞k5、k8毗鄰，為了不影響溶洞的處理施工，其灌漿平洞混凝土襯砌需在60d完成。為此，承建方采取了合理的施工工藝，自制簡易混凝土襯砌臺車和自密實混凝土進行快速施工，按期完成了襯砌任務，取得了較好的施工效果。其快速施工方法為類似工程提供了參考。