溪洛渡泄洪洞过流面混凝土质量控制关键技术.pdf

必须一次浇筑成型。高标号混凝土浇筑大断面隧洞，泵 送混凝土料胶材用量高达 3 5 0 k g m3 ，难以有效控制温度 裂缝 。 2 3 龙落尾段 底板和边墙过流面采用 C6 0钢筋混凝土衬砌。龙落 尾衬砌混凝土质量控制是泄洪洞工程各部位 中难度最大 的 ，同时 也 是 最 重 要 的 ，主 要 表 现 在 以 下 3个 方 面 ： 流速在此处达到最大，要求衬砌混凝土有良好的抗冲 磨性能 和防气蚀 性能 ；高标号混凝 土拌 和物 和易性差 ， 浇筑振捣质量难以把控 ，温控防裂难度大；最大坡度 2 2 5 。 的大断面水工隧洞，无工程先例可供借鉴。 2 4 出口明渠和挑坎 出口明渠和挑坎和龙落尾一样处于最大流速区，对 衬砌混凝土的抗冲磨性能要求很高；挑坎体型结构复杂， 控制精度要求高。 3 质量控制关键技术 3 1 合理分缝分块 3 1 1 单段纵 向浇筑 长度 通过对部分同类工程经验的总结，隧洞一次衬砌段 长度达到 1 2 m时环向裂缝发生的概率非常高，而减小到 8 m时环向裂缝很少发生。溪洛渡泄洪洞浇筑段长度按不 大于 9 m控制 ，浇筑后基本没有出现环向裂缝。 3 1 2 浇筑段分层 有压段 ：一般圆形隧洞混凝土衬砌可选择针梁式钢 模台车一次衬砌成型，无须在水平方向分层。溪洛渡泄 洪洞有压段洞径达 1 5 m，如此大断面针梁台车运用技术 尚不成熟，因此采取分两层浇筑的方式，先浇筑底拱 1 2 0 。 范围，再通过轨道式钢模台车浇筑剩余部分。这一方 法可以通过先浇底拱设置标准轨道，提高了衬砌精度 ； 同时使得容易产生气泡聚集的底拱可 以利用翻模抹面， 进一步提高了衬砌表面质量。 无压段 ：设计要求在底板以上 3 0 6 0 c m范围设置分 仓缝，施工时严格执行了这一规定。在浇筑边顶拱时，1 号泄洪洞和 2号泄洪洞分别采用了边墙 、顶拱分开浇筑 和边顶拱一体浇筑成型的方式。边顶拱一体浇筑可提高 施工效率，节约一套钢模台车。但是从后期裂缝普查和 处理的情况看 ，边墙、顶拱分开浇筑的方式产生的裂缝 要少得多，从提高衬砌质量的角度更值得提倡。 龙落尾：设计原来要求在底板以上 3 O 6 0 c m范围内 设置分仓缝，主要考虑内水压力作用下该部位弯矩最小， 但是衬砌混凝土是与背面的围岩共同作用承受内水压力 的，混凝土边墙所受弯矩几乎可以忽略 ，因此分缝部位 的设置应该更加灵活。从无压段施工的情况看，在边墙 上设置分仓缝，缝面不易处理，接缝部位混凝土表面质 量不理想；并且这种分缝方式只能先浇底板 ，后浇边顶 拱，边顶拱施工时容易破坏先浇的底板 。经过充分论证 溪 洛 渡 泄 洪 洞 过 流 面 混 凝 土 质 量 控 制 关 键 技 术 一 和技术咨询，把龙落尾部位底板与边墙间的分仓缝调整 到底板上 ，沿边墙与底板之间的拐角设置。这一做法有 效提高了衬砌混凝土的整体质量，一是使得龙落尾可以 先浇边顶拱，后浇底板，避免了浇筑边顶拱时对底板面 的损坏；二是浇筑过程中接缝部位不存在漏浆问题，衔 接更加紧密；三是成型后不会 留下错 台，从外观上几乎 看不出这条施工缝 ，后期不需要进行处理。 3 2 隧洞底板混凝土表面质量控制 泄洪洞底板混 凝 土施 工主 要分 两类 ：一 种是 水平 或 接近水平的底板面，表面不需设置模板 ，主要在进水塔 、 无压段、出口明渠部位；另一种 ( ： fi - 压段和挑坎的底板) 是带有一定坡度或曲面形态的底板，需要利用模板成型， 由于振捣产生的气泡会在模板面上聚集 ，必须在混凝土 终凝前进行抹面，以提高过流面成型质量。 这两种底板面的共同特点是都需要抹面，对于大断 面水工隧洞来说，控制混凝土成型体型是一大难点。采 用以往采取放点做标记的方式控制体型，难 以满足溪洛 渡泄洪洞的质量控制要求。通过研究 ，我们采用刮面轨 工艺，原理是在混凝土备仓时埋设刮面轨，至浇筑振捣 完成后，用刮尺按照刮面轨控制的设计结构线刮除超高 的混凝土 ，最后取出刮面轨，补填新鲜混凝土再人工抹 面收光。刮面轨工艺有效提高了过流面体型控制精准度 和表面平整度 。 有压段底拱属于圆弧形底拱面，泄洪洞出 口挑坎底 板属于扭曲面 ，体型控制难度更大，通过利用翻模结合 刮面轨抹面的施工工艺 ，取得 了良好的成型效果。我们 针对工程结构特点对翻模进行 了改进：制作可分段拆除 的围檩 ，沿曲面上 的等高线布置每次拆模的范 围，使得 翻模抹面时机能够精确控制。翻模 和刮面轨结合的施工 工艺，使得有压段弧形底拱体型偏差控制在 2 2 mm 以内， 偏差 2 0 mm以内的点占 9 5 以上，不平整度控制在 5 mm 以内；挑坎扭曲面底板体型偏差控制在 1 5 mm以内，偏 差 l O mm以内的点 占8 6 。 无压段按照设计要求在底板 以上 6 0 c m处设置分仓 缝 ，因此浇筑底板 时，还需要 同时浇筑 6 0 c m 高的矮边 墙。存在的问题是拐角部位的底板面受矮边墙混凝土产 生的压力作用容易鼓起 ，必须使用盖模压住以固定底板 面体型；但是在盖模表面容易聚集气泡，导致表面成型 质量不佳。为了解决这一问题，设计了一套可拆卸 L形 模板 ( 见图 2 ) ，并进行 了工艺试验研究 ，解决了矮边墙 部位的混凝土成型问题。 3 3 隧洞衬砌常态混凝土入仓 溪洛渡泄洪洞大断面、高标号混凝土的浇筑对温控 防裂要求很高。隧洞衬砌混凝土传统的施工方法都是通 过泵送入仓。溪洛渡泄洪洞的施工打破了这一传统，利 用 自主研发的隧洞常态混凝土入仓系统，可使用低坍落 度的常态混凝土浇筑大型隧洞的边墙 ，有效减少 了混凝 土拌和物的胶凝材料用量，不仅节约了材料 ，更重要的 5 3 l 水 利 水 电 施 工 2 0 1 6 第2 期 总 第1 5 5 期 图 2 I 形模板 结构示意 图 ( 单位 ：ram) 是减少了混凝土水化热 的产生，降低 了温控 防裂难度； 同时减少了混凝土振捣中产生 的浮浆 ，有效避免边墙混 凝土过流面上产生因浮浆而导致的薄弱面，提高了混凝 土抗冲磨性能。 3 4 大型斜洞衬砌 台车 龙落尾部位要提高边墙混凝土表面成型质量 ，使用 大型钢模 台车 浇筑是 最有 效 的手 段 。但是 2 2 5 。 的斜 坡 ， 加上 3 个掺气坎 ，大型钢模台车如何能安全稳定运行是 一 大难题 。通过 自主研 发大 型斜 洞混 凝土 衬砌 台 车解 决 了台车在斜坡 上行走 、抗倾 覆 和混 凝 土入仓 的问题 ，使 龙落尾边墙混凝土实现大型模板台车浇筑，体型偏差控 制在 2 8 mm 以内，偏差值小于 l O mm 的测点达 9 2 3 ， 不平整度控制在 3 mm 范围内 。 3 5 隐轨拖模 龙落尾底板选用拖模施工 ，在传统拖模 的基础 上 进行 了改进 ，一是采用 “ 隐轨式 ”设计 ，拖模轨道 浇 筑后 埋入混凝 土内；二是模体采用 “ 悬挑式 ”设计 ， 模板和抹面平台悬挂在行走台车的尾部 ，而不是直接 架 立在 轨道 上 ，这 使得 底 板 浇 筑 成 型 后 表 面 不 留下 任 何 孔洞 ；三 是 面板 沿 浇 筑 方 向的 角 度 可 连续 调节 ， 以 适应变坡曲面部位 的浇筑 。龙落尾底板拖模 台车如图 3所示 。 图 3龙落尾 底板拖模 台车示意 图 3 6 对混凝土拌和物的研究和改进 高标号混凝土 因胶凝材料用量大 ，产生的水化热 较多 ，容易出现温度裂缝。龙落尾部位采用 的硅粉混 凝土 比较黏稠 ，容易在下料点堆积 ，平仓 和振捣难度 大，施工均匀性不易保证 ，更加容 易产生裂缝。为了 从材料性能上提高衬砌质量 ，对混凝 土拌 和物进行 了 优化 ： ( 1 )采用 9 0 d 龄期混凝土：9 0 d龄期为大量采用掺合 料提供了空间，通过提高粉煤灰的掺量，减少水泥用量 ， 控制混凝土水化热 ，利于控制混凝土温度。 ( 2 )优化混凝土拌和物配合比：一是提高材料本身 的抗裂性能 ；二是从源头上降低混凝土水化热，控制浇 筑后的最大温升。减少水泥用量和采用发热量较低 的胶 凝材料是研究 的重点 。 有压段 ：采用高掺粉煤灰 C 9 o 4 O混凝土，通过试验论 证和专家咨询将粉煤灰掺量由 2 O 提高到 3 O ，使泵送 5 4 混凝 土减 少水 泥 用 量 约 4 0 k g m： ，降低 最 高温 升 将 近 4 C。 无压段 ：在有压段优化成果 的基础上 ，利用隧洞 常态混凝土入仓设备浇筑低坍落度混凝土 ，每方混凝 土减少 胶凝 材料 用量 3 0 5 0 k g m。 ，降低 最大 温 升 3 5 。 龙落尾：一是采用 高掺粉煤灰 ( 3 0 ) 、低掺硅粉 ( 5 )的 C 。 o 6 0高强硅粉混凝土，代替了早期方案中低掺 粉煤灰 ( 1 0 ) 、高掺硅粉 ( 8 )的钢纤维 C 5 0混凝土。 泵送 C 9 o 6 0硅粉混凝土比原配合比方案减少了水泥用量约 9 0 k g ma ，降低混凝土最高温升将近 9 C。二是采用低热 水泥，在同等条件下比中热水泥减少混凝土 内部最高温 升约 5 C。 关于常态混凝土 ：常态混凝土在有压段底拱 、无 压 段底 板 和边 墙全 面 运用 ，是 成功 的。对 于龙 落尾 ， ( 下转 至 第 1 0 2页 ) 一 水 利 水 电 施 工 2 0 16 第2 期 总 第1 5 5 期 F z 刀盘上的水平推力引起的推力 切土所需 的推力 ； 盾尾与管片之间的摩擦力； 后方 台车 的阻力 。 F1 一( P +P。 1 +P1 +P2 )DLp 4 F 2 一 4 ( D 2 P d ) F 一7 4 ( D C ) F4 = W e c F5 1 2 0 k N 式中 土与钢之间的摩擦系数 ，计算时取 0 3 ； C 土的黏结力 ，C一4 5 t mz ； Wc 两 环 管 片 质 量 ，一 环 管 片 为2 4 1 2 t ， ， ( 一 0 3。 盾构机总推力 ：F 1 8 0 0 0 k N。 根据朗肯理论计算 8 2 9 48 7 8环拱顶处主动土压力。 ( 6 )注浆控制措施 。严格控制每环 同步注浆量并及 时进行二次注浆，同步注浆及二次补浆均采用注浆压力 及注浆量进行双控，确保每环注浆量在 8 m3以上。掘进 过程中对脱出盾尾的管片每隔 3环开孔检查浆液饱满程 度，确保管片 与土体之间的空隙填充密实。根据土仓内 水量大小，必要时打穿管片背后砂浆层，深入土体注浆。 同时适当增大浆液配合 比中的水泥用量，加快初凝速度， 提高强度 。 ( 7 )盾构掘进姿态控制措施 。加强盾构姿态的测量， 严格控制盾构姿态，避免在穿越过程中出现较大的纠偏。 加强地面监测频率，利用监测结果及时调整施工参数， 指导施工 ，提高掘进水平。加强对施工土压力、出土量、 推进姿态、推进速度、同步注浆管理，找 出上述参数之 间的关联，从中优化土压力值及适宜的推进速度等参数， 最大程度减少地层 损失 。 ( 8 )防喷涌施工措施。由于盾构隧道通过上软下硬 地层 ( 洞身范围为强风化花岗岩、中等风化花 岗岩、微 风化花岗岩，拱顶为全风化花岗岩、强风化花岗岩) ，裂 隙水发育，防喷涌控制措施如下： 1 )在该段上软下硬地层掘进中，盾构机采用土压平 衡模式 ，满仓掘进，防止地下水渗入土仓及地层不稳定 时要提供足够的平衡压力。 2 )关闭螺旋输送器情况 下继续 掘进 ，让 切削下 的土 体挤出土仓内的水。但要预防仓 内压力过高，造成盾构 机前方地面隆起、冒浆以及击穿盾层密封等。 3 )盾尾每环加密封油脂 ，防止泥水渗入隧道内。 4 )通过在盾构机后 1 O环范围内注双液浆，防止大 量水经过建筑空隙流动到盾尾和刀盘 ，螺旋机也会减少 喷涌 。 5 )在管片背部加贴海绵条，防止盾尾的水和泥浆涌 入 隧道内 。 4 结束语 盾构下穿在住小区，从下穿前后过程中，结合 以往 施工经验，盾构掘进施工过程中严格控制土仓压力、加 强盾构姿态控制、盾构推力、掘进速度和出土量等施工 参数；加强同步注浆，及时跟进二次注浆；进行盾构掘 进前的地表沉降的控制基准分析 ；做好刀具的使用、刀 具的配置 、换刀方 案 ；在 盾构 机 通过 小 区楼 房 后 ，进 行 空洞探测，若发现楼房下方存在空洞，及时回填注浆 ， 保证房屋安全 。盾 构施 工将 会是 地铁 施工 中的一 项很 关 键的工艺工法 ，希望 在 以后 的地铁 施 工 中，在项 目施 工 过程中提前着手，优化始发井的施工、吊出井的施工及 端头加固，从工程施工体制上对盾构施工引起重视 ，减 少现在施工单位重土建、轻盾构的偏见，盾构施工中更 应该合理安排工期，对周边项 目的管道提前摸底排查 ， 减少盾构施工中的停机等风险。随着科学的发展，希望 盾构施工过程 中的环境能够得到改善，从盾构机生产、 现场施工工艺改善盾构掘进过程中的温度较高问题 ，为 施工作业人员提供清凉的施工环境，保质保量完成盾构 施工；培养盾构操作、现场施工管理 、计价合同等复合 型人才也是盾构施工的关键。 ( 上接 第 5 4页) 早期方案也选择浇筑常态混凝土。但是在实践 中发现， 高标号的硅粉混凝土非常黏稠 ，拌制完成后坍落度损失 速度很快。如果采用常态混凝土浇筑，入仓后拌和物的 流动性很差，振捣难度加大，容易出现振捣不密实的情 况，再加上龙落尾供料系统设计复杂，运行安全风险大， 最终龙落尾部位的过流面混凝土仍然采用常态混凝土入 仓。从浇筑后的结果看，效果也是非常好的。这说 明泵 送混凝土在龙落尾这种情况 复杂 的施工部位仍然具有 优 势 。 1 0 2 4 结束语 溪洛渡泄洪洞经过多次运行考验，过流后现场检查 状况 良好 ，得到 了工 程建 设方 的 充分认 可 。在各 类检 查 和验收中获得了业内专家的高度评价。一个工程项 目所 取得的成绩是很多因素共 同作用的结果，本文仅从过流 面衬砌质量控制技术中选取一些关键性的内容进行简要 介绍，希望能对同类工程的建设提供参考。