大坡度隧洞洞身混凝土襯砌關鍵施工技術

賈來喜

（中國水電建設集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710065）

1 工程概況

韓城市侯家峪水庫是一座具有村鎮居民生活供水和農業灌溉功能的Ⅳ等小（1）型水利樞紐工程。溢洪洞洞身全斷面襯砌，成型斷面為城門洞型，寬4 m，高6 m。混凝土標號為C30W6F150，襯砌厚度50 cm，設計雙層鋼筋網片。洞身段襯砌按設計要求分段施工，每段長度6 m。每段分底板和邊頂拱共2倉澆筑，先澆底板，后澆側頂拱，底板澆筑帶60 cm側墻。

2 洞身襯砌方案

（1）洞身底板澆筑：采用組合鋼模板，泵送入倉，人工振搗，人工收面。

（2）洞身段側頂拱襯砌：采用定型鋼模臺車，泵送入倉，臺車預留窗口，插入式振搗棒結合臺車附著式振搗器振搗。由于洞身段坡度大，每段襯砌長6 m，上下端澆筑高差1.31 m（見圖1），增加了襯砌難度，特別是對鋼模臺車的斜坡固定、斜坡牽引移位提出更高要求，必須確保安全萬無一失。

圖1 洞身段坡比及分段圖（單位：cm）

（3）洞身襯砌自出口向進口（從低向高）依次進行，每段先澆底板，再澆側頂拱。

3 液壓鋼模臺車設計

3.1 液壓鋼模臺車主要設計參數。

表1 液壓鋼模臺車主要設計參數表

3.2 鋼模臺車液壓系統

鋼模臺車升降及脫模利用液壓系統，設起升油缸4 個，頂模調升高度為300 mm，臺車每側設3 排18 根絲杠，兩側共計36 根絲杠，絲杠對撐固定兩側鋼模。

3.3 鋼模臺車行車系統

鋼模臺車行車系統采用4 臺2.2 kW錐形制動電機，斷電時鎖死，限制臺車移動；兩側模板根據邊頂拱不同，分別設有進料窗口、觀察窗口、振搗窗口。

3.4 鋼模臺車振搗系統

鋼模臺車兩側均勻布設附著式振搗器，作業人員通過振搗口采用插入式軟軸振搗器輔助振搗。

3.5 鋼模臺車牽引支撐系統應用

3.5.1 鋼模臺車牽引支撐系統

底板澆筑時預埋2 根長度1.5 m的Ф30 高強螺桿，外露50 cm；10 t慢速卷揚機固定在鋼模臺車上，用φ22 鋼絲繩與上游底板預埋Ф30 螺桿相連，卷揚機牽引臺車行走；另外在臺車底部用2 臺10 t導鏈連接φ22 鋼絲繩，單獨牽引臺車，作為卷揚機斷繩保證措施。同時臺車自帶行走輪（4 臺2.2 kW錐形制動電機），為防止臺車行駛時失控，在底部設置軌道，并將軌道與鋼板連接。臺車整體位置調整好后，安裝軌道限位器，后端采用鋼斜撐撐住地面將臺車固定。

3.5.2 鋼模臺車牽引力驗算

鋼模臺車自重26000 kg，即重力G=mg=26000×9.8=254.8 kN；

動摩擦系數：鋼模臺車行走輪與鋼軌之間摩擦系數 =0.15；

Φ22 鋼絲繩牽引力：最小破斷拉力252 kN；

10 t慢速卷揚機額定牽引力：100 kN；

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10 t導鏈額定牽引力：100 kN。

3.5.3 鋼模臺車行走過程中牽引力分析計算

鋼模臺車行走過程中受力圖見圖2。

圖2 鋼模臺車行走過程中受力圖

經計算，鋼絲繩所受牽引力F=91.92 kN＜100 kN，所配置10 t慢速卷揚機滿足牽引力要求。為防止卷揚機斷繩問題，在鋼模臺車底部用2 個10 t導鏈牽引，采用Φ22 鋼絲繩與底板埋件固定，作為安全保障。

3.5.4 鋼模臺車安全運行

鋼模臺車在液壓系統關閉后，模板內收，與混凝土分離，此時檢查周邊情況，一切正常后準備鋼模臺車向前行走。先鋪設軌道，按測量定位的軌道線路鋪設鋼板及30#輕軌軌道，并與底板混凝土固定牢固。檢查卷揚機正常后，緩慢啟動卷揚機向前行走，原軌道限位器不能拆除，鋼模臺車行走過程中，后部支撐桿保持與底板混凝土接觸支撐，臺車行走到位后，安裝限位器，調整2個10 t導鏈牽引，使鋼絲繩受力，并將斜支撐與底板固定牢固。

4 安全技術保證措施

（1）臺車安裝完畢后，檢測各部結構是否到位，檢查各部位螺栓聯結是否牢固，各聯結銷必須可靠且轉動靈活，按相關要求給減速器加注潤滑油、給液壓油箱加注液壓油、給千斤頂及其它調整絲桿等涂加潤滑油，保證設備潤滑良好；

（2）確定臺車工作位置的軌面標高正確后，保證軌道相對隧道中心線對稱，軌面平整；

（4）配合測量人員，通過調整，使模板外形達到施工要求；

（5）臺車就位后，后部斜撐頂緊底板混凝土，并鎖死。前部2 臺10 t導鏈拉緊鋼絲繩，使鋼絲繩處于受力狀態。同時鎖好卷揚機，防止下滑；

（6）臺車移動固定專門人員，必須先進行專門培訓，熟悉臺車移動步驟及安全操作規程，移動過程中無關人員撤離至上游安全區域；

（7）臺車運行過程中，項目專職安全員現場全程監控安全運行情況。

5 混凝土襯砌技術

5.1 底板帶60 cm邊墻的混凝土澆筑

（1）采用跳倉法澆筑，模板采用組合鋼模板，利用邊墻工字鋼與拉錨筋焊接，模板外側采用架管縱橫圍檁加固，用燕尾卡對架管及模板進行固定[1]。溢洪洞洞身段坡度大，增加了襯砌難度，洞身襯砌自出口向進口進行襯砌，洞身襯砌每段分兩倉進行澆筑，首先進行底板帶60 cm邊墻的混凝土澆筑，再澆筑邊墻及頂拱。

（2）底板是坡度為21.89%的混凝土溢流面，要求平整度較高，自下游向上游澆筑砼，澆筑采用HBT90 拖式泵泵送入倉，Ф70 軟軸插入式振搗器及平板振搗器振搗，振搗至混凝土不顯著下沉，無氣泡上升，表面出現薄而均勻的水泥漿為標準；在混凝土初凝前且不流淌時，人工抹面收光。

5.2 側墻及頂拱混凝土澆筑

（1）邊頂拱鋼筋安裝時，利用鋼筋臺車作為工作平臺，測放鋼筋安裝高程和控制線。雙層鋼筋邊頂拱鋼筋安裝順序為：先外層、后內層。即先固定首尾斷面樣筋，再通過樣筋拉5 條（或4 條）縱向控制線，并在樣筋上標出其余鋼筋位置，其余環向鋼筋以控制線為基準逐根安裝，再按樣筋標記位置逐根安裝順流分布筋，并綁扎或點焊。環向豎筋與底板鋼筋采用單面搭接焊，搭接高度為10 d，焊縫飽滿無夾渣氣泡。

（2）鋼模臺車就位固定。鋼模臺車就位前對底部側墻施工縫鑿毛清理，清理至表層骨料外露，無乳皮、雜物，呈濕潤狀態；鋼模臺車牽引支撐采用10 t慢速卷揚機固定在鋼模臺車上，用φ22 鋼絲繩與上游底板預埋Ф30 螺桿相連，卷揚機牽引臺車行走；同時臺車自帶行走輪（4臺2.2 kW錐形制動電機），為防止臺車行駛時失控，在底部設置軌道，并將軌道與鋼板連接[2]。臺車整體位置調整好后，安裝軌道限位器，臺車兩端采用絲杠對撐，鋼模緊貼已澆筑的側頂混凝土，防止漏漿。堵頭模板采用木模板，按設計斷面分塊制作，與圍巖之間的縫隙及個別超挖部位采用木板堵塞，采用拉筋結合鋼筋網固定。

（3）擋頭模板安裝[3]。鋼模臺車就位固定后，采用滾筒對臺車內側涂刷脫模劑，防止脫模時損害混凝土外觀，涂刷完成后進行擋頭模板安裝，擋頭模板分兩層，內層為1cm厚竹膠板，竹膠板按照斷面型式固定，外層通過方木與臺車連接固定，進一步加強擋頭木模的穩定性及密封性。

（4）混凝土拌合物和易性的控制。混凝土拌制嚴格按照配合比要求進行拌制，拌合樓稱量系統每月復檢，稱量誤差均在規范要求范圍內。造成混凝土坍落度波動關鍵是骨料含水率超標或不穩定、檢測頻率不夠，料場采用微波水分儀現場快速、準確檢測砂石骨料含水率，進一步準確指導混凝土拌制，有效控制坍落度波動范圍。通過在出料口、入倉口分別對混凝土坍落度進行檢測，確保拌合物和易性良好，坍落度波動范圍為17 mm～20 mm，滿足設計配合18 cm±2 cm要求。

（5）混凝土入倉方式的控制。

澆筑采用HBT90 拖式泵泵送入倉，澆筑過程中及時挪動泵管，通過入料口調整下料位置，兩側混凝土由低向高均衡上升，下料高度小于2 m，減少混凝土骨料分離，有效地控制了混凝土分層鋪設厚度及下料高度，避免骨料集中，漿液分部不均勻，確保混凝土和易性不發生變化。

混凝土澆筑過程局部人工平倉，減少入料口混凝土集中，嚴格控制下料分層在30 cm～50 cm范圍，混凝土均衡上升，確保混凝土不因為隧洞坡度大而上升不平衡，減少入料口混凝土集中，混凝土分層厚度均勻，漿液分部均勻，平衡上升。

（6）拆模及混凝土養護

側墻及頂拱混凝土澆筑完成18 h～24 h后移動鋼模臺車，首先鋼模臺車液壓系統關閉后，模板內收，與混凝土分離，確定臺車工作位置的軌面標高正確后，保證軌道相對隧道中心線對稱，軌面平整，一切正常后準備鋼模臺車向前行走，臺車移動過程中人員撤離至上游安全區域，臺車下游嚴禁站人。

鋼模臺車移動固定至下一倉后，立即進行混凝土養護，養護采用布設養護管網，連接水源進行噴淋養護，并輔以人工噴水養護，連續養護28 天，混凝土表面始終保持濕潤，達到按需要養護標準，養護效果顯著提高。

6 結語

在混凝土襯砌施工過程中，通過一系列改進措施，混凝土質量大為提升，特別是外觀質量優良。由于項目規模小，方法措施難免簡單，施工中本著安全第一、質量至上的宗旨，施工過程中進行了一些探索，采取了一些必要的安全技術措施和質量管控措施，取得比較好的效果。