水利樞紐隧洞工程混凝土襯砌施工技術研究

摘要：簡述了某水利樞紐引水隧洞工程概況，從基礎清理和墊層加固、底板鋼筋綁扎和混凝土襯砌澆筑、邊頂拱搭接和混凝土襯砌澆筑、拆模養護和安裝止水帶等方面參數了闡述了隧洞混凝土襯砌施工技術，通過隧洞襯砌施工質量測試，驗證了本文所述隧洞混凝土襯砌施工技術進行隧洞混凝土襯砌施工，其混凝土結構強度高、抗滲性能好，達到了預期施工效果，且具有實際應用價值。

關鍵詞：水利樞紐；隧洞工程；混凝土襯砌；鋼拱架

0 引言

隧洞一般應用在水庫、水電站大壩等大型的水利樞紐工程之中，起到引水和承重作用，便于日常水力資源的調度與供應[1]。混凝土襯砌是隧洞建設過程中的一項重要且關鍵的施工工序，對建設質量及使用效果會產生較大影響[2]。隧洞混凝土襯砌一般為獨立、單一的結構，這種結構雖然可以實現預期的加固作用，但是缺乏針對性與穩定性，容易受到外部環境及特定因素的影響，最終導致混凝土襯砌難以達到預期的效果[3]。單一的混凝土襯砌結構工程的施工效率較低，覆蓋范圍有限，這也是影響施工質量的重要因素[4]。

為解決隧洞單一結構存在的問題，本文開展了對水利樞紐隧洞混凝土襯砌施工技術的研究。此項研究以某水利樞紐隧洞混凝土襯砌工程為例，結合當前較為先進的施工技術，運用適宜的施工機械設備，合理布設混凝土襯砌覆蓋范圍，形成更加堅實的混凝土襯砌結構。此項研究在面對復雜的地質條件時，可以精準定位隧洞的混凝土襯砌位置，可以提升隧洞施工的安全性與穩定性。此項研究可為類似隧洞混凝土襯砌工程施工提供參考。

1 工程概況

某水利樞紐水庫壩址海拔高程區間為1455～4057m，集水面積值為702m2，年徑流量為10350m3。該水利樞紐側方向需要建設一條引水隧洞，該隧洞的設計長度為356.25m。根據該隧洞工程建設需求，設定隧洞內部為混凝土襯砌結構[5]。該隧洞混凝土襯砌結構如圖1所示。

圖1為該隧洞混凝土襯砌結構設計圖紙的局部。根據圖1，開展對該隧洞混凝土襯砌結構的施工，并以此為基礎對該隧洞的內部結構進行搭接與關聯[6]。該工程初始的隧洞混凝土襯砌結構為獨立形式，雖然可以實現預期的襯砌施工目標，但是由于隧洞的規模較大，襯砌施工難度隨之增加[7]。該隧洞的左岸山體較高，砂礫石施工段的開挖洞徑為3.6m[8]。根據施工需求，在隧洞的邊緣位置設置監測節點，節點之間互相連接，形成一個循環性的襯砌施工環境，為后續施工奠定基礎。

2 隧洞混凝土襯砌關鍵施工技術

2.1 基礎清理和墊層加固

2.1.1 基礎清理

在對該水利樞紐隧洞進2RGe1f32qOZMm4X542sCIQ==行混凝土襯砌施工之前，需要先清理襯砌基礎，并加固墊層，以提升隧洞工程作業環境。測量并確定隧洞內需要清理的超挖和欠挖的具體位置，先利用專業設備對隧洞壁上欠挖的巖石進行反復清理。然后采用人工方式清除隧洞墻壁上的浮渣和松動的石塊，經處理后測量驗收，并將清理下來的砂石、石塊運出。

2.1.2 墊層加固

基礎清理完成、確保隧洞內的巖土結構穩定之后，進行墊層加固。使用C15M混凝土，結合墊層的實際需求，計算出墊層澆筑的高程值。墊層澆筑高程值計算公式如下：

（1）

式中：G表示墊層澆筑的高程值，v表示定向轉換比，β表示泛漿空間，d表示振搗密實度， 表示可控下沉值，t表示振搗次數。根據各項測定，完成對澆筑墊層高程值的計算。

以澆筑墊層高程值的計算結果，設置墊層的加固振搗時間。振搗時間一般控制在15～35s之間為最佳，為了不影響入洞交通，還需要采用半幅施工的方式，預留洞內空間占比為3.2，測定計算出的混凝土強度、時間之后，進行墊層澆筑，以此奠定襯砌基礎。

2.2 底板鋼筋綁扎和混凝土襯砌澆筑

2.2.1 綁扎底板鋼筋

在加固墊層上設置底板，首先綁扎底板鋼筋。在綁扎鋼筋之前劃分倉段，通過測量確定鋼筋綁扎的位置，在墊層上設置支撐筋（立筋）作為鋼筋綁扎的支點。在打鉆焊接架設立筋之后，先安裝支撐框架筋，再安裝結構筋。綁扎鋼筋時，在鋼筋的交叉點位置設置監測裝置。

測定和計算出邊緣支撐比，一般將其控制在3.2～4.5之間為最佳。底板綁扎使用20～22號的鍍鋅鐵絲，并使用分布筋、邊墻苗子筋以及加強筋等進行二次加固處理，以增加底板混凝土的穩固性。底板鋼筋完成綁扎后，經質量檢驗合格后轉入模板安裝工序。

2.2.2 安裝組合鋼模板

底板鋼筋綁扎底板設置后，以此為基礎安裝組合鋼模板，并分3個階層進行安裝。組合鋼模板階段安裝指標及參數設置如表1所示。根據表1，完成對組合鋼模板階段安裝指標及參數的設置。然后采用復合式方法安裝組合鋼模。

2.2.3 底板混凝土襯砌澆筑

鋼模板安裝后澆筑混凝土，采取分倉澆筑方法進行混凝土澆筑。將混凝土泵送入倉，分倉澆筑后進行分倉振搗，振搗時進行全覆蓋振搗，振搗棒需插到混凝土底部，每倉混凝土預留15cm的承接長度，以此來確保與后續混凝土澆筑的連續性和振搗的密實度。也可隔倉澆筑，但需要在兩倉混凝土達到一定強度后，將接觸面進行鑿毛處理，然后澆筑間隔倉混凝土。

2.3 邊頂拱搭接和混凝土襯砌澆筑

2.3.1 邊頂拱與底板搭接

邊頂拱鋼筋綁扎與底板基本相同，不再贅述。邊頂拱與底板搭接是水利樞紐隧洞混凝土施工過程中十分重要且關鍵的一個環節，需要將底板模板與內置的鋼拱架進行關聯。

在澆筑的范圍之內，利用U形扣件將底板模板與鋼拱架進行二次加固處理。此時使用厚度為12cm的木模板將底拱結構的兩端進行封堵，并對襯砌體進行合理控制。頂拱模板搭接結構示意如圖2所示。

2.3.2 安裝鋼拱架

完成對邊頂拱搭接施工后，以梅花形布設隧洞巖石洞段的鋼拱架支撐，通過?35mm的錨桿輔助拉筋，將弧形鋼拱架支撐起來。鋼拱架支撐通常為橫向支撐，采用焊接方法與錨桿固定，形成穩定的支護結構。在強化鋼拱架結構荷載能力的同時，還可以更好地防止底板模板因水上浮，增強其穩定性與安全性。

2.3.3 計算襯砌的平移長度

在鋼拱架完成安裝后，計算隧洞混凝土襯砌的平移長度，其計算公式如下：

（2）

式中：D表示隧洞混凝土底板襯砌的平移長度，λ表示支撐范圍，θ表示與頂拱距離，s表示底拱距離，k表示單元限值， 表示襯砌覆蓋范圍。

2.3.4  邊頂拱混凝土襯砌施工

結合當前測量確定的隧洞混凝土底板襯砌的長度，實行邊頂拱軌道平移式襯砌施工。在邊頂拱鋼模板的支撐結構上安裝主梁和軌道論等，對邊頂拱混凝土襯砌進行澆筑施工。

在混凝土澆筑過程中，將溢漿孔設置在拱頂位置，混凝土溢出之后，暫時停止泵送，靜置大概10min后，重新進行泵送。當頂拱的溢漿孔均勻泌出混凝土時，即表明混凝土灌滿，需要對其封頂處理。拆卸泵送管之后，進行封堵處理。

2.4 拆模養護和安裝止水帶

完成隧洞混凝土襯砌、且混凝土達到設計強度，經監理工程師同意后，移除模板并按照設計要求進行噴水養護，養護時間不得少于14d。

在隧洞混凝土襯砌施工時，按照設計方案設置了環形施工縫（伸縮縫），該施工縫需要安裝止水帶。將施工縫進行清理后，在其表面涂刷粘結劑，將橡膠止水帶置入施工縫中，在置入之前將接口處剪裁合適并粘接為環狀。在施工縫外側填充細石混凝土并將施工縫抹平，并進行噴水養生。

3 測試結果與驗證分析

3.1 測試結果

按照上述隧洞混凝土襯砌施工技術進行該引水隧洞混凝土襯砌施工之后，隨機選定隧洞中的5個位置進行施工質量測試，得出的測試結果如表2所示。

3.2 驗證分析

由表2可知，對隨機選定隧洞襯砌的5個位置進行了測試，測試結果表明，5個測試位置測得的抗壓強度均達到350MPa以上，說明按照本文所述隧洞混凝土襯砌施工技術進行隧洞混凝土襯砌，混凝土結構強度高、抗滲性能好，達到了預期施工效果，具有一定的應用價值。

4 結束語

綜上所述，本文開展了水利樞紐隧洞混凝土襯砌施工技術的設計與實踐研究，結合先進的施工技術手段，從多個角度對隧洞進行加固施工，強化混凝土襯砌結構，較好完成了隧洞混凝土襯砌施工。

今后針對應用本文所述隧洞混凝土襯砌施工技術在應用過程中存在的問題，要在原材料、混凝土配合比、底板施工、邊頂拱施工等方面進行嚴格把控，明確各個環節的具體施工內容，設計對應的混凝土襯砌目標，進一步保證隧洞施工的綜合質量，形成有效的施工措施，在增強施工安全的同時，加快施工進度，確保更好的隧洞施工效果。

參考文獻

[1] 盧建山.水工隧洞混凝土襯砌施工地下水控制技術[J].大眾標準化，2023（4）：33-35.

[2] 賀志攀.導流隧洞混凝土襯砌施工技術[J].河南水利與南水北調，2022，51（11）：55-56.

[3] 關盛旺.水電站引水隧洞豎彎段混凝土襯砌施工技術[J].河南水利與南水北調，2022，51（6）：25-26+88.

[4] 胡超.水工隧洞混凝土襯砌施工技術[J].四川水利，2021（S2）：41-44.

[5] 李忠貴.長距離引水隧洞底拱混凝土襯砌無軌滑模施工技術創新與應用[J].中國水能及電氣化，2021（11）：50-54.

[6] 李成龍.水工隧洞混凝土襯砌施工的地下水控制技術分析[J].河南科技，2021，40（26）：86-88.

[7] 王曉平.大河沿小斷面圓型隧洞混凝土襯砌施工應用技術研究[J].中國新技術新產品，2021（16）：111-113.

[8] 覃海明.小洞徑隧洞間斷性混凝土襯砌快速施工技術[J].紅水河，2021，40（1）：48-51.