引水有压隧洞衬砌施工工艺

中铁十五局集团第三工程有限公司    尚永贤  游良

[摘要]  根据华亭石堡子水库泄洪洞的工程实例，本文主要介绍了全圆隧道全断面衬砌台车的施工工艺。

[关键词]　全圆隧道　　衬砌台车　　施工工艺

1、工程简介

泄洪洞布置于右岸，斜穿右岸小山丘布置，泄洪洞由进口导墙段、进口闸室段、洞身段、出口渐变段、出口闸室段和出口消能段6部分组成，全长264.61m。洞身段全长203.7m。

泄洪冲砂导流洞为圆形钢筋有压隧洞，隧洞衬砌后直径5m，钢筋砼衬砌厚度500—700mm，洞总长264.61，其中洞身长203.7m，设计纵坡1/100。设计有对隧洞进行回填灌浆和固结灌浆。

2、洞身衬砌施工工艺

设计相关技术要求：洞身衬砌断面一次成型，每10m为一浇筑段，洞身砼抗冻不低于F300，抗渗标号不低于W8。业主工期要求：2007年12月20日前完成洞身的衬砌施工。

根据技术和工期要求以及现场情况，向监理部和设计单位申请缩短每一浇筑段的长度，将10m每一浇筑段缩短为6m一浇筑段，这样既能符合了设计要求也减少了在衬砌台车上面的资金投入。

衬砌台车形式经过综合设计比较，最终选用针梁式衬砌台车。针梁式衬砌台车是针对隧道有全断面一次性衬砌施工要求的新式衬砌台车。

2.1、针梁式台车组成

针梁台车主要由卷扬行走系统、针梁总成、针梁框架总成、模板总成、液压系统等组成。全台车通过操作液压系统，使模板总成等完成预定使命，达到设计要求，完成混凝土衬砌任务。针梁台车由1台5.5 kW卷扬机拖动模板和针梁作相对运动，最终达到行走的目的。针梁总成由立柱、上下纵梁、拉筋、上下横梁等组成框架结构，其中梁柱等采用工字型结构，具有结构轻、强度好、稳定性高等优点。针梁框架总成起针梁与外形模板连接的作用，由立柱、横梁、行走导轮及框架等组成，材料为20号工字钢拼焊而成，结构简单，承载能力好。模板总成是关系混凝土衬砌质量的关键部分，它由4片顶模、8片侧模及4片底模组成，顶模、侧模和底模之间用铰座连接，通过使用操作液压系统来完成立模、拆模、衬砌混凝土的任务。液压系统由液压泵站、液压管路、液压油缸、液压操纵阀等组成，油泵的电动机功率为4kW，系统的工作压力为16 MPa(最大压力为20MPa)。其他附属结构包括机械螺旋千斤顶系统、工作平台、楼梯等。

图1 针梁式衬砌台车正面

图2 针梁式衬砌台车侧面

2.2、针梁台车混凝土衬砌施工工艺流程（图3）

图3   施工工艺流程

2.3、针梁台车工作原理

利用针梁台车上安装的4组油缸(分别是针梁前后竖向油缸、平移油缸、边模油缸、顶模油缸)，完成立模、拆模工作。在顶模和边模的对应位置上安装有螺旋千斤顶，待油缸伸出钢模定位后，旋紧螺旋千斤顶，并减轻边模、顶模油缸载荷。脱模时，先脱顶模，再脱左、右边模，最后将底座竖向油缸向上顶，使整个针梁台车向上运动，底模便与混凝土脱离。

2.3.1、行走原理

针梁台车的移动依靠卷扬机来实现，采用相对运动的原理，即先固定模板、移动针梁，再固定针梁、移动模板。在此值得注意的问题是，若上一循环针梁台车的移动是先固定模板时，则在进入下一个循环时应先移动针梁，待针梁固定之后才移动模板。如此反复循环，达到台车整体不断行走的目的。

2.3.2、定位原理

操纵针梁台车竖向油缸，平移油缸作上、下、左、右运动，可使针梁台车作纵向、横向调整。针梁台车的纵向稳定由底座竖向油缸支撑与抗浮千斤顶共同完成，而横向稳定装置为安装在前后抗浮架上的2对可定位的伸缩千斤顶，当针梁台车调整后旋紧千斤顶支撑针梁．就可以保证针梁台车的横向稳定。

2.4、针梁台车的操作要点

针梁台车操作比较复杂，技术要求高，故必须在厂家安装好针梁台车并试车后，才能运输到工地进行拼装。使用中要严格按照操作规程操作，防止操作失误引起针梁台车变形及其他机构失灵。其操作要点是：

2.4.1、操作前应先检查油位情况及电路系统无异常情况后，在多人细心配合下方能起动操作，严防因鲁莽操作导致发生重大的人身伤亡事故。

2.4.2、操作各油缸手柄时要平稳加力。伸缩针梁前后端油缸时，前后、左右油缸的伸缩量要基本一致，如单边或某一端的油缸伸缩量过大，易使模板整体重量偏移，严重时导致针梁座滑下支撑底座。

2.4.3、使用卷扬机前应检查机电各部分是否良好，确认没有问题后才能起动。

2.4.4、使用时要保证刹车系统良好，以保证模板移动时平稳。

2.4.5、走模板时如出现发卡、走不动等现象，应排除后再行走，不能利用惯性的方法拉动模板。

2.4.6、每浇完一仓砼后，要对整体模板所有联接螺栓进行检查，防止螺栓出现松动；以及保证各机构的联接牢固，以保证针梁台车的行走和衬砌的安全有效。

2.5、针梁台车混凝土衬砌施工要点

2.5.1、模板工程

在针梁台车行走至预定的衬砌位置前，应先在支模前首先找平地面，即在针梁台车前支承底座位置，将隧洞底板先浇筑混凝土垫层找平，以便安装针梁支承底座时快速、平稳。支承底座的高度，根据施工要求留有调节余量，以利针梁台车针梁竖向油缸伸缩，调整模板的高度。针梁台车依托行走机构移动至需衬砌位置后，开始按照如下步骤进行定位：

2.5.1.1、启动液压泵站，操作多路换向阀，先使竖向油缸上升或下降，测量使针梁台车底部模板的高程、纵坡与隧洞需要衬砌的轮廓线重合；后使平移油缸左右伸缩，测量使针梁台车底部模板的整个平面位置、中心线与隧洞需要衬砌的轮廓线重合。

2.5.1.2、拧紧针梁台车的针梁的锁紧机构，使针梁框架和针梁连接在一起；螺旋千斤顶支撑至针梁模型端头部位，使针梁台车模板固定更加完整。

2.5.1.3、启动液压泵站，操作多路换向阀，先后操作边模、顶模油缸，分别使针梁台车的侧向模板、顶部模板和衬砌断面对位。

2.5.1.4、整个针梁台车的外模全部对位后，锁紧台车内部的螺旋千斤顶，使整个台车行成一个牢固的整体。

2.5.2、在针梁台车就位过程中，除操作人员严格按照程序进行操作外，采用合理测量方法辅助定位是保证模型安装质量的重要手段，主要措施为：

2.5.2.1、立模前，在针梁台车模板两端头标记横梁中点G，并在隧洞底板上放出隧洞中心线，在G点吊垂线，通过G点落在隧洞中心线上，起到初始定位的作用；同时，可以利用全站仪，对G点进行精确的测量，得出G点与设计中线的差距，然后即可通过平移油缸调整整个针梁台车的中线位置，使横梁G点与设计隧洞中线重合。

2.5.2.2、根据针梁台车与隧洞纵坡、设计标高的关系，利用全站仪测量针梁台车模板横梁两端与设计流水面的高度差，根据测出的高度差对针梁台车模板高度通过竖向油缸调整，使整个台车的高程位置与设计隧洞高程重合。

2.5.2.3、在高程和中线调整完毕后，通过全站仪测量全圆模型衬砌断面，算出模型与设计内模位置的差，通过边顶模型调节油缸进行内外调整，使全圆模板衬砌断面与设计衬砌轮廓线完全重合。以上对模板、中线与高程的调整均采用渐近法进行。需特别提出的是：在进行完高程调整后，应及时复核先期调整好的中线位置是否偏移，如果因在高程调整过程中出现中线偏移，应及时进行重新调整，直至使针梁台车的全圆模板衬砌断面调整至设计衬砌轮廓线，同时偏差要控制在规范允许的范围内。在模型就位完毕后，开始安装模板两端顶岩抗浮千斤顶，然后安装针梁台车两端堵头模板、止水带，以及预埋件等。堵头模板选用5 cm厚的木板，用压紧角钢将之固定在模板弧板上。最后认真检查各向支撑丝杆及抗浮机构是否牢固，以及针梁台车顶拱泵送管口与泵送管接合是否紧密等，然后进行混凝土浇筑施工。

2.5.3、混凝土浇筑

2.5.3.1、在详细检查有关混凝土浇筑的准备工作后，在基岩面上浇混凝土前，先均匀铺上2～3 cm厚水泥砂浆；一次铺设的砂浆面应与混凝土浇筑强度相适应。开始浇筑后，控制混凝土浇筑速度，要注意两侧边墙的混凝土浇筑高度必须保持一致。底部、边墙混凝土浇筑在满足混凝土入仓强度时一律采用平浇法，泵送入仓，对称均匀下料，人工平仓振捣；入仓混凝土应随浇、随平仓、随振捣，对称分层匀速上升，两侧混凝土面高差控制在50 cm以内。严禁因为一侧浇筑过高而产生巨大的侧向压力，引起针梁台车的整个变形失效。灌注过程中，先从模板最下排工作窗进料，浇筑至混凝土快平齐工作窗时关闭工作窗，然后从第2排工作窗进行灌注。以此类推，最后的封拱采用退管法或垂直法在压力状态下进行。混凝土输送泵必须使用低速档进行灌注，并随时注意灌注口的压力变化，避免因混凝土注满后仍强行灌注而导致压力过大使模板变形或爆模。针对针梁台车全断面一次浇筑成形的特点，在混凝土浇筑过程中还应注意以下事项：

2.5.3.1.1、经常性的检查堵头板，接缝处要堵塞密实，以免漏浆。

2.5.3.1.2、接好混凝土输送端接头，保证接头紧密牢固。输送管不得与针梁台车模板固定，以免浇注混凝土时引起模板移位。

2.5.3.2、采用泵送混凝土时，灌注拱腰以下部分混凝土，坍落度宜控制在l2—14 cm。在底拱范围因底模密闭、混凝土压力等原因易产生气泡而不易排出出现气孔与麻面现象，对该处应加强振捣，避免漏振或过振。灌注拱腰以上部分的混凝土，坍落度宜控制在l4～18 cm，并控制浇注速度，避免因速度过快而引起封头损坏、侧模板内胀等。混凝土浇注到顶部时应减缓泵送速度，确保拱部密实。

2.5.3.3、拱顶设置溢浆孔，当有混凝土从溢浆孔溢出时暂停泵送，间隔3～5min后再泵送一次。若泵送时混凝土从溢浆孔均匀泌出，则表明封顶混凝土已灌满。

2.5.4、拆模及养护

针梁台车在混凝土浇筑完毕后，待混凝土养护达到脱模时间，开始脱模，具体操作程序为：

2.5.4.1、松开针梁台车内部支撑的螺旋丝杆，启动液压泵站，操作多路换向阀，分别操作顶模油缸、侧模油缸，使台车的顶模和侧模向下、向内收缩。

2.5.4.2、操作多路换向阀，操作竖向油缸，使其向上升，从而使整个针梁台车的外模模板与衬砌混凝土分离，达到整体全部脱模的目的。

2.5.4.3、针梁台车移动前应注意以下事项：

2.5.4.3.1、确认针梁台车周围无其他工作人员和障碍物。

2.5.4.3.2、确认针梁卡紧装置已完全松开及针梁支撑千斤顶已拆除。

图2 针梁台车拆模示意图

2.5.4.3.3、确认模板油路与主油路已断开。洞身混凝土养护采取喷水养护，在混凝土浇筑完毕后12～18 h开始，养护时间不少于14 d。混凝土结构面的保护按照相关技术要求执行，避免表面造成损伤。

3、结束语

针梁台车浇筑的混凝土结构尺寸圆顺，平整度及整体性好，衬砌形式满足设计要求；施工质量容易控制，操作工艺流程容易掌握，能够形成程序化和标准化作业；其模板由液压系统自动收模和支模，减少了支拆模板的人力。针梁台车移动由卷扬机牵引来完成，减少了不同浇筑仓面之间材料的倒运工作，从而降低了施工的劳动强度，具有结构简单、操作方便、工作循环快、工作效率高等优点。