大伙房水库输水隧洞钢衬混凝土施工方案.pdf

水利建设与管理 2 0 1 6 年 第 5 期 D OI ： 1 0 1 6 6 1 6 j c n k i 1 1 44 4 6 T V 2 0 1 6 0 5 0 0 4 大伙房水库输水隧洞钢衬混凝土 施工方案 冯 国 军 ( 辽宁省水利工程建设质量与安全监督 中心站，辽宁 沈 阳 1 1 0 0 0 3 ) 【 摘要】 大伙房水库输水工程有压隧洞进、 出口段采用钢衬混凝土施工， 由于隧洞岩壁和钢衬 t- f4间隙很小， 其 间还要进行钢衬焊接、 钢筋焊接、 混凝土浇筑和灌浆施工等， 施工难度较大。建设单位通过分析该工程的难点重 点， 采取科学合理的施工方法， 较好完成了施工任务。本文详细论述了钢衬混凝土施工过程和方法。 【 关键词】 大伙房水库； 输水隧洞； 钢衬混凝土 中图分类号 ： T V 6 7 2+ 1 文献标志码 ： B 文章编号： 1 0 0 5 47 7 4 ( 2 0 1 6 ) 0 5 - 0 0 1 2 0 4 St e e l l i n i ng c o n c r e t e c o ns t r uc t i o n pl a n o f wa t e r c o n v e y a nc e t unn e l i n Da h uo f a n g Re s e r vo i r F E NG G u o j u n ( L i a o n i n g W a t e r C o n s e r v a n c y P r e c t C o n s t r u c t i o n Q u a l i t y a n d S a f e t y S u p e rv i s i o n C e n t e r S t a t i o n ， S h e n y a n g 1 1 0 0 0 3 ，C h i n a ) Abs t r a c t ：S t e e l l i n i ng c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n i s a d o p t e d i n i n l e t a n d o u t l e t s e c t i o n s o f pr e s s ur e t u n ne l a t wa t e r c o n ve y a n c e p r o j e c t o f D a h u o f a n g R e s e r v o i r S i n c e t u n n e l r o c k w a l l a n d s t e e l l i n i n g e x t e n s i o n g a p i s s m a l l ，s t e e l l i n i n g w e l d i n g ， s t e e l b a r we l d i ng， c o nc r e t e p o ur i n g a n d g r o u t i n g c o ns t r u c t i o n， e t c s h o u l d b e i mpl e me nt e d d ur i n g s t e e l l i ni ng c o n c r e t e c o n s t r u c t i o n， t h e r e b y r e s u l t i n g i n h i g h e r c o n s t r u c t i o n d i ffic u l t y C o n s t r u c t i o n u n i t a d o p t s s c i e n t i f i c a n d r e a s o n a b l e c o n s t r u c t i o n m e t h o d a n d b e t t e r c o m p l e t e s t h e c o n s t r u c t i o n t a s k t h r o u g h a n a l y z i n g d i ffic u l t i e s a n d k e y s i n t h e p r o j e c t T h e c o n s t ruc t i o n p r o c e s s a n d me t h o d s a r e d i s s c u s s e d i n t h e p a p e r i n d e t a i l Ke y wor d s：Da hu o f a n g Re s e r v o i r ；wa t e r c o n v e y a nc e t un n e l ；s t e e l l i ni ng c o nc r e t e 1 工程概述 大伙房水库输水 工程有 压隧 洞进 、 出 口连 接段 采 用钢 衬混 凝 土 施 工。隧 洞 洞 径 6 m， 钢 管 规 格 为 D N 5 4 0 0 m m 2 8 0 m， 隧洞进 、 出口段钢衬长度为 5 6 m。 钢衬混凝 土标 号 为 C 3 5 W1 2 F 2 0 0 ， 1 V类 围岩 昆凝土 衬 砌厚度为 6 0 c m， V类 围岩混凝土衬砌厚度为 7 0 c m。钢 衬段混凝土施工完毕后， 进行 回填灌浆、 固结灌浆、 接 1 2 触灌浆 ， 对围岩补强。 2 施工进度安排 隧洞钢衬段施工包括钢管安装和混凝土浇筑两大 项。施工主要顺序为： 分节钢管运输一安装点焊接一 钢管外包钢筋绑扎一混凝土浇筑一灌浆施工 。 钢管安装 循 环周 期 主要 考虑 钢 管 安 装 、 焊 接 、 探 伤 、 防腐等各工序所占用的时间。 冯 国军 大伙房水库输水隧 洞铜衬混凝土施工方案 混凝土浇筑施工 循环 周期 主要考 虑仓 位清 理 、 钢 筋制安 、 支模 、 混凝土浇筑等各工序所 占用 的时间 。 隧洞钢衬 段 单 仓 l 1 2 m， 单 循 环 需要 1 2 d 。 隧洞 进 、 出口钢衬段长 5 6 m， 每仓 1 1 2 m， 共分 5仓 。每仓计 划工期 1 2 d ， 各段计划工期 为 6 0 d 。 3 钢衬段钢 管安装 钢 衬 段 处 于 洞 口 进 、 出 口两 端 ， 钢 管 规 格 为 D N 5 4 0 0 m m 2 8 0 m， 每端 2 0节钢 管 ， 从 隧洞进 口开始 安装 ， 完工后再 安装 隧洞 出 口段钢 衬。安装方 向 由洞 内向洞 口安装 。 采用 1 0 0 t 履 带 吊吊运钢管 至洞 口自制 台车上 ， 用 卷扬机 牵拉方 式 ， 通过 地上铺设 的轨道 运输至 洞 内安 装位置 。 钢衬段钢管安装施工工艺流程为 ： 前期准备一钢 管转运一始装节安装一其他钢管安装一焊接一探 伤一 防腐处理 。 3 1 钢衬安装 钢衬运到安装位置后 ， 先用线坠测量管 口里程 ， 根 据测量值调整钢衬里程 至设 计里程 ( 5 m m) ， 然后 在 钢衬的两个加劲环上对称焊接 4个托板， 用 4个螺旋 式千斤顶( 3 2 t ) 放在托板下面， 由 4人同时操作千斤 顶 ， 将钢衬同时、 缓慢地顶起 ， 使钢衬上升到设计高程 ( 2 c m) ， 然后在 钢衬 的加 劲环 上焊 接 临时支 撑将钢 衬固定 ， 之后 ， 再 由4人同时缓慢地降下千斤顶 ， 使钢 衬 的重量 由临时支撑 承担 ， 钢衬稳 固后 ， 再 退出 台车并 将 台车推至洞 口。 测量始装节钢 衬下 管 口两 端 的高程 ， 根 据测 量值 用千斤顶先调整一端管口高程至设计高程( 5 m m) 并 固定， 再调整另一端管口的高程至设计高程并固定， 管 口两端高程调整到位后 ， 用 2 0 0工字钢在钢衬下面做 好支撑 平 台， 用 千斤顶 调整钢衬 管 口两 端的轴线 至设 计轴线 ( 5 m m) 并 固定 ， 最后 用线坠 测量两 端管 口的 垂直度 ， 利用钢衬的高程偏差值调整管 口两端的垂直 度至规范要求 ( 3 m m) 并 固定 。重新 测量 管 口里 程 、 高程 、 轴线 ， 根据 测量数据 用千斤 顶和导链 依据设计公 差调整 钢衬 位置 ， 达 到设计 标准后 ， 将钢衬 重 新定位 ， 并在两个加劲环上 用 2 0 0工 字钢焊 接 6个定 位支撑 。 定位支撑沿加劲环 圆周平均分布 。各 支撑与混凝土 面 的接触部位要求坚实 。 始装节安装完毕 后 ， 将 与始装节 组 队的第 二节钢 衬运至安装位置 ， 与始装节管 口间距 1 e m左右 ， 在两个 加劲环上对称焊接 4个托板 ， 在托板 下面放置千斤顶 ， 由 4人同时 操作 ， 用 千斤 顶将 钢 衬 同 时缓慢 、 水 平顶 起 ， 其下管 口稍高 于始 装节管 口 1 2 c m， 然后 在始装 节 的对接管 口端焊接托板 ， 4人 同时操作千 斤顶 ， 将钢 衬对接管 口端外 壁落 到托 板上 ， 再用 两个 1 0 t导链分 别在 上下管 口位 置将两 节钢衬 对接 间 隙收拢 ， 加劲环 上焊接临时支 撑 ， 完工 退 出台车并将 其推 到洞 口。按 照第 二节 钢衬 的安 装方 法， 安装 剩余 钢管。每仓 1 1 2 m， 为 4节钢管长度 ， 首仓安装时需安装 5 节 ， 之后 每仓安装 4节， 最后第 5仓时安装 3节。 3 2焊接 安装完成一个 管节对接 缝后 ， 进行 焊接作 业 。严 格按照焊接工艺措 施进行 施工 ， 焊接 完成 2 4 h后 按要 求进行无损检测 ， 并对缺陷及 时进行返 修处理 ， 焊接检 查合格后进 行防腐 作业 。 3 3 钢衬加固方案 钢衬混凝 土采 用 附着式振 动器振 捣工 艺 ， 因此 要 求 钢衬支撑 必须牢 固 ， 以免振 动器在 浇筑混凝 土过程 中因振动使钢衬发生位移 ， 从而影响安装质量 ， 应 采取 一 定措施进行加 固。 a 锚 固点设 置 ： 钢衬加 固前应 在隧洞壁设置锚 固 点 ， 在加劲环断面对 称设置 8个 锚点 ， 锚人 1 0号槽钢 或 4 ) 2 8螺纹钢 。锚入深度应不小于 1 5 m。 b 采用 2 0号工 字 钢呈 三角 形支 撑在 加劲 环 上 ， 各支撑与锚 固点焊接牢固 。 3 4 附着式振动器定位板的焊接 、 拆除及防腐 每节钢衬安装完 毕后 ， 焊接定 位板 。定 位板 焊接 位于每节钢衬长度 1 2处 的顶 部两侧 ， 按管 中心垂 直 线两侧各 9 0 。 范 围分 布 ， 焊接 3块定 位钢 板 ， 以安装 混 凝土浇筑时使用的附着式振动器。焊缝为单边满焊。 钢衬混凝土整体施工完成后， 割除全部定位板， 切 1 3 口水利建设与管理 2 0 1 6 年 第 5 期 割时定位板要预留打磨 量 ， 不能损伤母材 。 将割除后的焊疤彻底打磨清除干净， 再将焊疤周 边 1 5 0 ra m范围内的原有防腐层清除干净， 按照防腐工 艺要求 及验收标 准进行 内防腐补涂 ， 补涂厚 度不小 于 厂家防腐厚度。 检查管 内全部表 面 ， 对有 其他局 部 防腐 层损 伤 的 地方按照防腐工艺进行补涂。 4钢衬混凝土施工 隧洞钢衬段长 l 1 2 m， 进 、 出 口各 5 6 m， 按照 1 1 2 m 分仓 ， 进 、 出 口部位各 5仓 ， 全断面一次成型 。 混凝 土运 输使 用 6 m 混 凝 土罐 车运 输， 通 过 H B T 6 0型混凝土泵入仓。泵管由仓位外端顶部的预留 缺 口伸入仓 内 9 m( 3 节泵管 ) ， 泵管 出浆 口接 一节橡胶 软管， 用于向钢管两侧均匀下料 ， 人工手持电动软轴插 入式振捣棒进行振捣 ； 待混凝土面上升至距顶部 1 5 m 高时， 拆除橡胶软管， 持续输入混凝土， 并依次拆除泵 管扣件， 直至顶部浇满。 4 1 7 昆 凝土原材料准备 混凝土原材料包括水泥 、 砂石骨料 、 外加 剂 、 水 、 钢 筋 、 钢材及掺合料等。原材料在施工前和施工过程 中 必须 严格控 制 ， 所有 原材料 的技 术参数 必须符合 招标 文件和有关规范要求 ， 并经试验检验合格 ， 报监理工程 师批 准后 ， 方 能用 于现场施工 。 4 2 清基处理 混凝土浇筑前 ， 清除岩基上的杂物 、 泥土及松动岩 石， 用压力水冲洗干净， 然后进行基础验收。 4 3 钢筋施工 隧洞钢衬段混凝土钢筋环向筋为 , , 2 8 ， 间距 2 0 c l n ， 分布筋为 , k l 6 ， 间距 2 0 c m， 所有钢 筋均 为 H R B 3 3 5 I I 级 钢 。每仓钢筋重 6 6 t 。 钢筋进场经检验合格后进人工地用于施工。钢筋 均在洞外加工厂 内加工成型 ， 1 0 t 汽车运输钢筋 至洞 内 工作面， 人工卸车。 钢管安装完毕 后 ， 先进 行钢管 下部 两侧 支撑 桩施 工 ， 待环 向钢筋运输 到位后 ， 再进行钢管两侧腰 部及顶 1 4 部 支撑桩施 工。由于类 围岩衬砌厚 度 6 0 c m， 去掉 加 劲环 2 5 c m， 仅有 3 5 c m宽的空间可供操作 ， 作业空间狭 小 ， 为钢筋施工增加 了很大难度 。钢筋 安装时 ， 应从 里 向外 ( 洞 口方 向) 依 次安装 并一次焊 接到位 ， 相对于 常 规钢筋制安施工 ， 工效低 ， 作业时 间长 。根 据钢筋安 装 难度 ， 在 洞外先将上半部钢筋 与钢管焊 接牢 固， 钢管 在 洞 内就位后 再施工 下半部 钢筋安装 ， 此外 为保证钢 筋 安装 的稳定 ， 在 洞内进行 支撑加 固。 钢筋 的安装位 置 、 间距 、 保护层厚度及 各部分钢 筋 的大小尺寸 ， 均 应 符合 施 工详 图及有 关 文 件 的规定 。 安装后 的钢筋应 有足够 的刚度 和稳定 性。在混凝土 浇 筑过程中安排值班人员经常检查架立筋的位置， 发现 位 移应及 时进行矫 正。 4 4 模板工程施工 隧洞钢衬段 堵头模 板 ， 采用 3 c m厚木板拼装而成 ， 在岩壁上 钻两排孔 并插入 插筋 ， 以插筋为依 托各焊 连 一 根环型钢筋 ， 木板依 次拼装固定于环形钢筋 上 ， 形成 堵头木模 。 4 5 混凝土泵机及泵管安装 隧洞钢衬段混凝土施工采用 H B T - 6 0卧泵入仓 ， 卧 泵与浇筑仓面距离不大 于 1 0 m。泵管采用 4 ) 1 2 5 m m高 压耐磨钢管 ， 泵管 之 间采用专 用扣 件连接 。泵管单 节 长度 为 3 0 m， 弯 头 采 用 转 弯半 径 不 小 于 1 0 m 的大 弯头 。 泵管由仓位外端顶部的预 留缺 口伸人仓内 9 m( 3节 泵管 ) ， 泵管出浆 口接一节橡 胶软管 ， 用于 向钢管两侧均 匀下料 ， 人工手持 电动软轴插入式振捣棒进行振捣 。 4 6 混凝 土施工 混凝土由拌合站集中拌制， 利用 2辆 1 2 m 搅拌车 运 至工作 面 ， 采用 1台 H B T 6 0 混凝 土泵 泵送人仓 。人 工手持 4 , 5 0电动软轴插入 式振捣 棒振 捣密实 ； 待混 凝 土面上升至距顶部 1 5 m高时， 拆除橡胶软管， 持续输 入混凝土 ， 并 依次 拆 除泵 管 扣件 ， 最 大 限度 将顶 部 浇 满 。每仓需埋入 9 m( 3 节 ) 泵管 。 5 钢衬段灌浆施工 隧洞钢衬段灌浆施工包含 回填灌浆、 固结灌浆和 冯 国军 大伙房水库输水隧洞钢衬混凝 土施工方案 接触灌浆 。 隧洞钢衬段灌浆作业在混凝土衬砌强度达 到设计 值 的 7 0 后 由里 向外进 行施工 ， 按 照先 衬砌 的部 分先 回填灌浆后固结灌浆最后接触灌浆的顺序进行。 回填灌浆 、 固结灌浆压力较大 ， 止浆 位置必 须设 置 在混 凝土内 ， 避免钢板承受灌浆压力 ， 浆 液变换 等施 工 工 艺按施 工图纸 、 施工技 术要求 执行。 回填灌 浆 在混凝 土 强度达 到设 计强 度 的 7 0 后 进行 ， 固结 灌浆在该部位 的 回填 灌浆结 束 7 d 后进行 。 6 小 结 钢衬混凝 土施工有两个难点 ： 一 是钢筋 的安 装 ： 由于钢衬 段 类 围岩 混凝 土衬 砌厚度为 6 0 c m， 钢管 的加劲环高 度为 2 5 c m， 箍 筋 的安 装半径为 2 9 3 4 m m， 隧洞成型半径为 6 0 0 0 ra m， 与加劲环 的高度一 致， 相 当于可供 操作 人员 的空 间宽度 为 3 0 e ra， 而且人不能直立 ， 呈弯曲状态施工 ， 所 以在钢筋 安装后 ， 施焊和梆 扎难度 大 ， 运输 至 安装位 置难 度高 ， 由于操作 困难 ， 钢 管 安装 时 间长 ， 对 施 工进 度影 响很 大。为此 ， 根据设 计要 求先 把制作 完成 的满 足支撑 段 数 量需求 的钢筋 提前运 至需要安 装 的位 置 ， 待钢 管焊 接 检验合格 后按设 计要求 安装 ， 为便 于操作 人员上 下 安装 ， 在 支护的钢拱架上 焊接一段 短钢 筋梯步 ， 钢筋 的 安装 时间较 长一些 。 二是混凝 土衬砌 浇筑 ： 混凝 土衬砌施 工时 ， 拱顶部 ( 上接第3页)螺旋式千斤顶收回两侧的侧内模 ， 再通 过收缩底部 的液压 千斤顶 收 回顶 内模 ， 动作 次序不 能 更改 。模板收 回阻力过大 时应停 止动 作 ， 检查 阻力来 源， 待排除故障后， 再进行正常收回工作。 5 3 确保台车检查符合要求 内模收回后 ， 清除现场所有障碍物， 确保轨道稳固 后缓慢启 动电机带动台车运动到下一个工作 面。 6 综 述 施工单位依据南水北调一期穿黄河工程北 区滩地 埋管工程实 际情 况 ， 创新 设计 了 1台悬 吊式 仰拱段 内 高度 1 5 m、 中心角 1 2 0 。 范 围内混凝土无法采用人工振 捣 。在顶拱部分混凝 土施 工时 ， 将 混凝土 的坍 落度适 当增大 ， 施 工时将 混凝 土泵管管 口伸进仓 内 2 3处 ， 并 事先在拱顶 9 0 。 范 围 内间隔 4 5 。 布置 3台 3 k W 附着式 振捣器 ， 排距 为 2 8 m( 端 头部 位 1 4 m起 步 ) ， 振 捣器 附在钢管 内壁上 ， 靠 混凝 土的泵送压 力强行挤 压振动 保 证混凝 土的密实 ， 当泵送混凝 土将顶拱挤 满时 ， 开启 两侧振捣器振动 ， 此 时暂 时停止混凝土 的泵送 ， 当混凝 土振实后 ， 再进行混凝土 的泵送 ， 当混凝土浇 筑到拱顶 填 满时 ， 再 开启顶部振动器进行振动 ， 反 复振 动 、 泵送 ， 直 到混凝 土看不 到空腔 为止 ； 将泵管拆 除继续 泵送 ， 振 动器振动 ， 靠泵送混凝土 的压力将混凝土挤压 密实 ， 同 样采取开启振 动器振 动 、 泵送 的操作 重复 2 3次 ， 直 到 混凝土快 到达拱顶 堵头模板 处 ， 将堵 头模 板封堵 继 续泵 送 ， 当混凝 土浆从 顶部模板 观察小孔处 向外渗 流 后 ， 再泵送 、 振动 1 2次 ， 停 止浇 筑 ， 待混 凝土 失去 塑 性时， 将泵管割断， 混凝土浇筑结束。 参考文献 1 王艺翔 隧洞衬砌施工 质量控制 J 水利建设 与管理， 2 0 1 4 ( 4 ) ： 2 7 - 2 8 2 路广平， 韩志远 ， 赵丽丽 自防水混凝土在水工隧洞衬砌中 的研究与运用 J 水利建设与管理 ， 2 0 0 9 ( 1 0 ) ： 4 O _ 4 3 3 马鹏辉， 刘忠勋， 胡凡 大伙房水库输水工程( 二期) T B M 2 标段衬砌 混凝土 质量控 制 J 水 利建设 与管理， 2 0 0 8 ( 5) ： 3 8 - 4 0 模台车配合 3台衬砌式反弧段 内模台车承担施工任 务 ， 达到了预期 效果 ， 取得 了 良好效益 。 a 通过 3个上 部反 弧段 台 车实现 了多个施 工段 同时作业和流水作业， 与传统的全断面针梁式 内模台 车的施工方法相 比 ， 大大减少 了窝工时间 ， 加快 了施工 进度 ， 节省 了投资 。 b 上下 内模均 由台车拖带 ， 台车与 内模形 成完整 的一个整体 ， 且 台车行 走方式 为 自行 式而 非卷扬 机牵 引式， 减少了内模安拆工作量和使用的劳动力， 节省了 施工现场大量零星材料 的堆 放场地 ， 减少 了废弃 物的 产生， 大大提升了整体施工效率。 1 5