斜井衬砌施工技术(分报告之五).doc

1前言
公路通风斜井与以往修建的大多数斜井不同的是，通风斜井是作为一个永久性结构，而不是像以往的矿井和铁路、公路斜井一样，仅作为施工通道。所以，就支护结构而言，两者存在很大的区别：
⑴支护结构的外观要求不一样，通风斜井要求圆顺美观；
⑵支护结构的耐久性要求不一样，通风斜井要求具备设计使用年限50～100年；
⑶支护结构的防水要求不一样，通风斜井要求不渗不漏。
所以，除初期支护外，通风斜井必须施作二次衬砌才能满足上述要求。
方斗山隧道斜井分左右两个,斜井分别在ZK58+580、YK58+780里程外侧通过联络风道与隧道联络，斜井与正洞相关位置关系见图1-1《斜井平面布置图》。
图1-1 斜井平面布置图
斜井左线全长708m，倾角24°。洞口6.5m为平坡段，平坡与井身间设一半径为20m的竖曲线，长8.5m。井口与井底高差283.639m。斜井净宽8.5m，净高6.25m，净空面积45.37 m2，开挖断面面积为56.8～72.7m2。
斜井右线全长782m，倾角22°。洞口21m为平坡段，平坡与井身间设一半径为20m的竖曲线，长8m。在K0+156.01～+38.2段位于R=150m的平曲线上。井口与井底高差283.203m。斜井净宽7m，净高5.25m，净空面积31.49 m2，开挖断面面积为41.3～53.8m2。
二次衬砌采用C25混凝土，洞口20m和F4断层及影响带60m进行加强支护，采用C25钢筋混凝土衬砌。衬砌厚度为30～45cm。斜井衬砌砼设中隔墙（一侧为排风道，一侧为送风道），中隔墙厚度为30cm。左右线斜井内轮廓见图1-2《斜井左线净空断面图》、图1-3《斜井右线净空断面图》。
图1-2 斜井左线净空断面图 图1-3 斜井右线净空断面图
2方案预设计
从施工安全和经济的角度出发，我们初步拟定以下施工方案：见图2-1《斜井检铺底、衬砌流程图》。

正洞风机房贯通后
方案1：
自上向下捡底
推土机向下推，从正洞出碴
有轨
出碴
自上向下台阶法开挖、支护
自下向上
浇筑仰拱
铺防水板
自下向上
浇筑拱墙二衬
方案2：
自下向上捡底
风机房内
拼装模板台车
自下向上紧跟衬砌浇筑中隔墙
防水板台架与衬砌台车固定

图2-1 斜井检铺底、衬砌流程图

⑴捡底：斜井倾角大，捡底施工自上而下施工时，底碴采用挖掘机、推土机推向井底，速度快，但易堵塞井身；捡底施工自下而上施工时，底碴采用绞车提升运输，需占用绞车，工程成本大。
⑵混凝土运输：采用绞车提运输时，设备占用时间长，费用不划算；优先考虑泵送方案：自上而下泵送时，易堵管；自下而上泵送时，由于泵送高差大，需采用多级接力高压泵送。
⑶衬砌台车的拼装、固定与行走：二次衬砌需采用大型衬砌台车进行，衬砌台车的拼装地点选在井底，台车的固定和行进须采取可靠的方案及措施。
⑷上下平行作业安全：为确保结构安全，捡底时需同时进行仰拱混凝土施工，不可避免的存在上下平行作业，需采取支挡措施，确保施工时的人员及设备安全。
因此，必须制定合理有效的方案，对上述问题加以克服，才能保证工程的顺利进行，确保工期履约。
2.1捡底
捡底考虑两种方案，根据现场情况确定其一：
3.1.1自下往上捡底。人工钻爆，挖掘机装碴，利用开挖时已有的提升机出碴；此方案作为优选方案。
3.1.2自上往下捡底。先拆除绞车轨道，人工钻爆，利用挖掘机和推土机将洞碴推至洞底，待正洞风机房贯通后，由正洞出碴。此为备用方案，在经过现场试验可行时采用。
2.2仰拱铺底
根据捡底方案，二选其一：
3.2.1自下往上捡底，铺底与捡底间隔一定距离（以安全为准），自下往上紧跟捡底。此方案作为首选；
3.2.2当自上往下捡底时，待一次性单工序捡底完成后，再自下往上开始铺底作业，此方案在第二种捡底方案时采用。
2.3防水板铺设
铺底工作全部完成后，于洞底制作简易台架,此台架与衬砌台车连接保证稳定。超前二次衬砌一个循环自下而上铺设防水板。
2.4二次衬砌
安排在地下风机房排、送风道开挖支护完成后进行，自下而上施工。衬砌台车拼装在风机房进行，台车牵引以伸缩油缸步进式为主，手动葫芦作为防患措施。
2.5中隔墙施工
紧跟拱墙衬砌，与拱墙衬砌混凝土同时施作；中隔墙采用分离式台车施工，混凝土的泵送方向同二次衬砌。
2.6混凝土运输
采用绞车提运输时，设备占用时间长，费用不划算；优先考虑泵送方案：自上而下泵送时，易堵管；自下而上泵送时，由于泵送高差大，需采用多级接力高压泵送。
3施工工艺研究
衬砌施工工序分为：仰拱→边墙基础→仰拱填充→拱墙衬砌→中隔墙施工，施工顺序见图3-1《混凝土衬砌分部施工顺序图》
3.1捡底施工
捡底采用人工手持风钻打眼，松动爆破。
图3-1 混凝土衬砌分部施工顺序图
3.1.1自下而上施工时，利用挖掘机直接装碴至4m3矿车，由绞车提升至井外。一次开挖长度根据挖掘机的作业范围确定，一般确定为10～15m左右。
3.1.2自上而下施工时，施工前需拆除绞车系统轨道及通风管，再分段人工打眼放炮，采用挖掘机、推土机将洞碴推送至洞底风机房内，待风机房贯通后由正洞出碴。
3.2砼拌制及输送
3.2.1由上往下泵送混凝土：为减小对正洞施工的干扰，斜井所有混凝土均在斜井洞口采用强制式搅拌机集中拌制，砼灌车运送砼；洞口设置输送泵，从洞口向斜井内泵送所需混凝土；在施工过程中，可根据现场需要采用多个砼输送泵进行接力输送砼至仓内进行浇注。
3.2.2由下往上泵送混凝土：混凝土采用正洞搅拌站集中拌制，砼灌车运送砼至井底输送泵，由下往上泵送混凝土，在施工过程中，可根据现场需要采用多个砼输送泵进行接力将混凝土输送至仓内。
3.3边墙基础砼、仰拱砼、仰拱填充砼及面层砼施工
斜井洞身衬砌除Ⅳ类围岩外，均设计有仰拱。左线Ⅳ类围岩83m，右线Ⅳ类围岩67m。有仰拱段先进行边墙基础砼施工，再进行仰拱砼施工，最后进行仰拱填充及面层施工。无仰拱段先进行边墙基础砼施工，再进行面层砼施工。边墙基础砼、仰拱砼、仰拱填充砼及面层砼均自下而上进行。
3.3.1施工工序：捡底→基础验收→（钢筋安装）→立模→验仓→砼浇筑。
3.3.2施工方法
⑴ 钢筋安装：在洞口加强段和断层破碎带依设计施工图现场加工、安装钢筋。
⑵立模：边墙基础采用组合钢模立模。由于采用泵送砼，砼流动性较高，无法在斜面上成形，仰拱及面层砼浇注需安装封顶模板保证斜面成形，模板要固定牢固，以防止浮模。铺底砼侧面采用散装木模板或组合钢模立模。模板地脚拼缝要紧密，模板表面平整，不漏浆。
⑶验仓：钢筋安装、立模完成后清理仓面积水、杂物等至规范要求，自检合格后报请监理工程师验收。
⑷ 砼浇注振捣：搭设作业平台，混凝土从洞口采用输送泵一级或多级接力泵送砼入仓，人工插入式振捣器和平板振捣器振捣密实。
⑸ 抹面：面层模板在面层砼初凝后开仓，及时按测量标高人工对路面进行抹平。
3.4结构防排水施工
斜井结构防排水由纵、环向排水盲管、EVA点复合式防水板以及砼结构施工缝、伸缩缝、沉降缝的止水条、止水带及拱墙基础横向泄水管组成，形成立体防排水结构。
3.4.1盲管施工
施工时，采用钢筋固定，并用麻絮堵塞两端，防止在浇注砼时移位及堵塞管子。
3.4.2防水板施工
施工中使用钢管脚手架现场拼装作业台架，台架与衬砌台车连接在一起，衬砌台车行进时，推动简易防水板台架向前行进。防水板铺设前，先割除砼支护表面外露的锚杆头，钢筋尖头等硬物，凹凸不平处需先喷平，使砼表面基本平顺；局部漏水处需先进行处理。然后铺设防水层，防水层作业超前于二次衬砌一个循环。
防水板铺设：防水板铺设应连续、均匀、平顺，利用防水板背后的布吊带将防水板固定于暗钉上。防水层留有一定松弛度，保证二次模注砼浇注时不损坏防水板。
防水板焊接：采用热合机进行焊接，双焊缝，焊缝宽度不小于25mm；接缝焊完后进行充气检查，充气压力为0.1～0.15Mpa，并保持1分钟。若压力下降，找到漏焊处补焊。
3.4.3橡胶止水带的施工
结合现场实际情况进行分段，施工缝接头处拆模后进行凿毛处理，沉降缝处用2cm厚泡沫塑料板隔开（有衬砌钢筋处分布筋断开），并预埋止水带。每30～50m长设一处结构缝。
3.5拱墙砼施工
施工工序：台车行走→测量放样→台车定位→预埋件安装→清仓→验收→砼浇筑→脱模→洒水养护
3.5.1模板台车的拼装
斜井二次衬砌拱墙砼采用6m整体模板台车进行施工，施工时预留中隔墙接茬。
由于斜井砼衬砌采用自下而上施工，考虑模板台车溜放的安全性，不宜在斜井洞口拼装。待地下风机房贯通后，在风机房内进行衬砌模板台车拼装。模板台车行走轨道采用标准43Kg/m钢轨铺设，用枕木支撑牢固。
3.5.2模板台车的行走
模板台车在地下风机房拼装后，采用伸缩式液压油缸驱动作为主要牵引力，地锚手拉葫芦作为防备措施及预备方案。台车行进过程中，对台车轨道的偏差进行严格控制，以防台车就位后因偏差太大无法定位。
3.5.3测量放样
采用全站仪从测量控制网引控制点进行仓块放样，测量精度达到测量规范的要求。
3.5.4台车定位
台车就位过程中测量放样配合以保证定位精度，采用液压油缸进行支撑。台车就位后液压油缸将台车重力及混凝土重力全部作用于轨道，轨道受到沿斜面的下滑力，为保证台车不下滑，轨道采用地锚锚固定于铺底面上，锚固轨道锚杆参数为：钢轨每隔80cm设一锚垫板，每块锚垫板设四个锚栓孔，锚杆长120cm，锚垫板与钢轨焊接。在台车定位后，为防止意外，不摘除手拉葫芦牵引装置。
3.5.5堵头封堵
模板台车封头模板采用钢木结构，根据衬砌断面厚度设置标准挡头板，与围岩间隙采用散板拼补，模板固定采用钢筋拉条固定。砼浇注完成并养护达到脱模强度后脱离。
3.5.6埋设预埋件
在有衬砌钢筋预埋件部位按设计安装钢筋，在台车中隔墙处设接茬钢筋，钢筋外露长度要符合衬砌钢筋焊接规范。
3.5.7清仓及验仓
预埋件安装后，用高压水枪冲洗初期支护面及基础面至规范要求。各项准备工作完成后，先由质检工程师进行自检，自检合格后进行报请监理工程师验收。
3.5.8砼浇注及振捣
采用泵送砼入模，边墙部分经由工作窗进料，两边均匀进料上升，附着式平板振捣器配合插入式振捣器振捣。插入式振捣器从工作窗进入仓面，顶拱部分在模板上预留泵管孔，泵管经预留孔布置在仓块顶部进料，水平封拱法进行封拱施工。
3.5.9脱模及养护
边顶砼浇注完成并达到脱模时间（脱模时间由中心试验室试验确定）后，进行脱模。脱模后尽快凿出预埋件并清理附着物。对砼洒水养护至少7天。
3.6中隔墙施工
3.6.1施工工序：钢筋安装→立模→验仓→砼浇筑。
3.6.2施工方法
中隔墙施工与衬砌平行作业人工安装钢筋，人工立模，输送泵灌注。
⑴钢筋安装：依设计施工图现场加工、安装钢筋。
⑵立模：中隔墙采用组合大面钢模板。模板要固定牢固，主要采取两侧模板对拉，模板后用钢管支撑牢固。模板地脚拼缝要紧密，表面平整，不漏浆。
⑶验仓：钢筋安装、立模完成后清理仓面杂物等至规范要求，自检合格后报请监理工程师验收。
⑷砼浇注振捣：搭设作业平台，输送泵输送砼入仓，人工插入式振捣器振捣密实。
3.7排水沟及人行梯步施工
3.7.1施工工序：测量放线→立模→验仓→砼浇筑。
3.7.2施工方法
⑴测量放线：测量组根据设计采用全站仪进行准确放样。
⑵立模：排水沟及人行梯步采用特制钢模板。模板后用钢管支撑牢固。模板地脚拼缝要紧密，表面平整，不漏浆。
⑶验仓：钢筋安装、立模完成后清理仓面杂物等至规范要求，自检合格后报请监理工程师验收。
⑷砼浇注振捣：搭设作业平台，输送泵输送砼至工作面附近，人工运送砼入仓，人工插入式振捣器振捣密实。
3.8施工过程中的技术措施
3.8.1地锚制作及安装
为固定手拉葫芦，在洞内每隔50～100m在底板上施做地锚，地锚采用轻型潜孔钻成孔，钻孔直径φ100mm，长度3m。地锚采用4～5根φ22mm的二级钢筋焊接成钢筋束插入孔内，再浇注1：1水泥砂浆，在安装并养护至少14天以后才能进行使用，地锚安装见图3-2《地锚安装示意图》。模板台车轨道用枕木在铺底砼面上钻孔，采用短锚筋固定。现场施工时，在地锚上栓上钢丝绳接近模板台车，用4台10t手拉葫芦将钢丝绳和模板台车连接。

图3-2 地锚安装示意图
3.8.2台车行走牵引力计算
台车自重按30T估算，轨道行走，各分力计算如下：
项目名称
沿线路方向
分力
垂直线路
分力
静摩擦力
滚动摩擦力
斜井左线
30×sin24o≈
12.2T
30×cos24o≈27.4T

27.4×0.015≈0.4T
斜井右线
30×sin22o≈
11.2T
30×cos22o≈27.8T

27.8×0.015≈0.4T
备注：均按干燥状态分析。
由上表可见斜井左线牵引台车行走时需保证沿线路方向有12.6T拉力，斜井右线拖拽台车行走时需保证沿线路方向有11.6T拉力，左右线均考虑2.0的保险系数，入位取上限后按26T拉力保证。为防止由于行走不同步导致受力不均，特放大每个手拉葫芦的保险系数，采用4台10T手拉葫芦。
3.8.3台车行走时应注意匀速前进、左右同步、专人跟踪。
3.8.4由于砼的输送距离远，为减少堵管现象发生，现场要注意砼的和易性，要求试验人员现场跟班作业，对发现和易性较差的砼要及时进行处理，提高其性能，保证砼的顺利输送。
3.8.5模板台车的中隔墙处要先预埋钢筋，再用木模封堵。木模上要根据现场进行凿孔，使钢筋从孔中露出。钢筋孔要尽量与钢筋大小合适，不宜过大，以防止漏浆。
3.8.6由于洞内采用输送泵输送砼，在开始输送时，要先用水将管壁充分润湿，以防管壁汲取输送砼中的水份造成砼干硬堵管。在浇注即将完成时，要先估算待浇注砼量，按需进行砼拌制。由于输送管路较长，输送完最后一盘料时，用橡胶球和高压水将管路中残留的砼清理干净，并对输送泵进行保养，以备下次使用。
4设备选型
4.1模板台车的选择
斜井衬砌用模板台车要做到结构形式简单；重量轻，不宜超过30T；长度不宜大于6m。
4.2输送泵的选择
砼输送泵联系厂家租用，并与厂家签订协议，要求厂家提供技术指导（优选三一重工），要求输送泵体积较小、重量较轻、压力大，砼输送量达40～70m3/h。
4.3主要设备配备
主要设备配备见表。
主要施工机械配备表
序号
机械名称
型号
数量
备 注
1
模板台车
6m
2台
左右线各1台
2
高压输送泵

5台
左右线各2台，备用1台
3
高压输送管

1600m

4
砼输送车
6m3
4台
租用，左右线各2台
5
强制式搅拌机
JS750
2台

6
手拉葫芦
10T
10台
左右线各4台，备用2台
7
全站仪

1台

5施工过程的优化
5.1捡底及仰拱铺底
预选方案有自下往上和自上往下二个方案。
捡底施工自上而下施工时，底碴采用挖掘机、推土机推向井底，速度快，但易堵塞井身，可能导致捡底中途无法实施，在井底出碴有碴堆塌落的可能性，本施工方案存在较大安全隐患。
捡底施工自下而上施工时，人工钻爆，挖掘机装碴，利用开挖时已有的提升机出碴，本施工方案安全性和可告性相对较高，虽然施工需占用绞车时间长，但在衬砌施工时仍需用绞车运输防水板、衬砌钢筋等材料。
经比较采用自下而上捡底的施工方案。仰拱铺底紧跟。捡底与铺底流水作业，减少上下平行作业的安全隐患；混凝土施工采用斜井洞口搅拌站拌制，混凝土运输采用绞车提升运输，混凝土可减少坍落度，避免因混凝土流动性较高，无法在斜面上成形的现象，施工顺序为：拆除捡底段钢轨 人工打眼爆破 出碴 清底 立模 灌筑仰拱混凝土 施工下一段。
5.2防水板铺设
施工中使用φ40钢管井底拼装，底部用工字钢制作成雪橇式，增大台架与斜井底部的摩擦力，采用2台10t手拉葫芦移动台架，移动时增设保险钢丝绳，防止手拉葫芦失灵造成台架下滑事故的发生，防水板台架见图5-1《斜井防水板台架示意图》。

图5-1 斜井防水板台架示意图
5.3二次衬砌
安排在地下风机房排或送风道开挖支护完成后进行，自下而上施工；衬砌台车在井底拼装，台车牵引采用步进式行走；台车定位后采用油缸支撑，同时增设三对支撑螺杆固定台车。台车锚固系统见图5-2《台车固定示意图》
图5-2　台车固定示意图
5.4混凝土运输
采用绞车提运输时，设备占用时间长，费用不划算；优先考虑泵送方案：自上而下泵送时，易堵管；自下而上泵送时，由于泵送高差大，需采用多级接力高压泵送。
现场根据实际情况及与输送泵租赁厂家共同研究，决定采用由下往上泵送混凝土的方式进行施工，输送泵采用三一重工高压输送泵，最大输送压力可达28mpa；混凝土泵送需严格控制坍落度，混凝土坍落度控制在18cm为宜。
通过实际施工，混凝土泵送距离可达到500m，输送泵工作压力为18 mpa；由于斜井右线长781m，通过试验，可采用由上往下泵送混凝土的方法进行施工，不采用中间接力的方式进行混凝土的泵送。这样可以解决以下问题：
⑴避免接力混凝土输送泵往斜井上运输，接力泵往井身内运送存在及大的安全隐患，同时混凝土输送泵拆除后运出斜井也存在较大安全隐患。
⑵由于在中间进行接力施工，接力泵内无法输入台车内的混凝土将全部报废，且污染接力泵以下的井身路面，造成较大的混凝土浪费，斜井梯步及路面无法进行施工。
⑶由上往下泵送混凝土可使输送泵及输送管内的混凝土全部压入灌注仓内，减少混凝土的浪费。
⑷充分利用了斜井原有资源，减少正洞混凝土生产的压力，有效保证混凝土的正常施工。
6结论
6.1斜井衬砌施工采用衬砌台车进行施工可保证混凝土的质量，加快施工进度；但台车的行走及混凝土时可能发生台车下滑的现象，施工过程中必须采取有效的防滑防溜措施，本施工方法在采取了有效的防滑措施工后，施工安全处于控状态。
6.2混凝土运送采用输送泵入模方法可靠，提高了混凝土施工进度，保证混凝土质量，但由下往上泵送混凝土时输送管内的混凝土不能全部泵送入仓内，造成较大的混凝土浪费，混凝土要做好调配，在斜井衬砌完后要充分利用输送管内的混凝土作正洞基础或铺底混凝土。
6.3混凝土由上往下泵送时，泵送距离较短，只能达到250m达左右，且易堵管，混凝土配合比控制较严格，特别是坍落度的控制。