水利工程弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术.pdf

云南水力发电YUNNAN WATER POWER52第 39 卷第 8 期0 引言国内外地下引水隧洞混凝土施工技术成果已非常成熟，常规采用轨行式钢模台车快速衬砌施工工法，该工法已广泛应用于水利水电、公路、铁路、隧道等工程混凝土施工技术领域。针对工程特点，为了保证弧底马蹄形隧洞混凝土衬砌施工质量安全，必须采取先进合理、技术可行、安全可靠的输水隧洞混凝土衬砌施工技术1。水工隧洞全断面衬砌混凝土一般分2次浇筑，第 1 次浇筑仰拱及小边墙混凝土，第 2 次浇筑边顶拱混凝土，钢模台车直接在提前浇筑的仰拱混凝土面行走。在引调水及水力发电等水利工程施工领域，部分隧洞成型断面为弧底马蹄形，成型形体尺寸允许偏差不大于 2 cm，弧度须满足设计要求，隧洞成型尺寸及弧度、平整度、外观质量等要求较高。重点通过对混凝土施工程序调整和优化及对工艺改进及创新，总结一套水利工程弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术及经验。1 设计概况某输水工程某标段隧洞总长为 18.2 km，主要包括 TBM 施工段（15.632 km）、辅助洞室(0.4 km)及钻爆法施工段(2.168 km)，其中钻爆法隧洞开挖支护后断面型式为弧底城门洞形，衬砌后为弧底马蹄形，洞身衬砌采用泵送 C35、W10 混凝土，水利工程弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术马永涛，滑通（中国水利水电第十四工程局有限公司,云南 昆明 650041）摘要：对水利工程弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术及应用进行总结，通过对施工程序调整和优化及对工艺改进及创新，总结一套水利工程弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术及经验，对传统浇筑工艺进一步细化完善，混凝土成型尺寸及弧度、平整度等均满足规范要求，混凝土外观质量较好。关键词：弧底马蹄形隧洞；混凝土；施工技术中图分类号：TV554；TV544文献标识码：B文章编号：1006-3951(2023)08-0052-05DOI：10.3969/j.issn.1006-3951.2023.08.011Concrete Construction Technology for U-shaped Tunnel with Arc Bottom in Water Conservancy ProjectMA Yong-tao,HUA Tong(POWERCHINA SINOHYDRO ENGINEERING BUREAU 14 CO.,LTD.,Kunming 650041,China)Abstract:This paper summarizes the concrete construction technology and application of U-shaped tunnel with curved bottom in water conservancy project.By adjusting and optimizing construction procedures,as well as improving and innovating processes,a set of concrete construction techniques and experiences for U-shaped tunnels at the bottom of water conservancy projects have been summarized,further refining and improving traditional pouring techniques.The size,curvature,flatness,etc.of the concrete forming meet the requirements of the specifications,and the appearance quality of the concrete is good.Key words:U-shaped tunnel with curved bottom;concrete;construction technology收稿日期：2023-05-23作者简介：马永涛（1991-），男，陕西宝鸡人，工程师，主要从事水利水电建筑施工工作。*马永涛，滑通 水利工程弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术53每 12 m 设 1 道结构缝，缝宽 2 cm，内填中密聚乙烯闭孔塑料板，迎水面 3 cm 深填双组份聚硫密封胶，距迎水面 200 cm 设置橡胶止水带止水（651A型，宽 350 mm，厚 10 mm），同时在纵向施工缝键槽设置 GB 制品型止水条。2 混凝土施工总程序根据混凝土施工总体规划，混凝土施工总体程序为：基础面清理垫层混凝土浇筑仰拱混凝土边顶拱混凝土浇筑。先由远及近进行清底，并浇筑 100 m 垫层混凝土；再完成 4 仓仰拱混凝土；然后在垫层混凝土上利用开挖阶段预留吊点锚杆进行钢模台车组装，待钢模台车组装完成后，将钢模台车整体采用 4 台液压千斤顶升高行走至首仓边顶拱位置。钢模台车施工技术具有操作便捷、移动速度快、结构稳定、隧洞成形面光滑等优良特点2，仰拱超前 4 仓，边顶拱紧跟施工。3 混凝土施工工艺优化3.1 基础面清理及垫层混凝土工艺3.1.1 施工工艺流程施工准备测量放线反铲机械粗清人工细清联合验收垫层混凝土浇筑养护。3.1.2 施工工艺措施1）测量放线。由测量人员使用全站仪根据设计图纸及洞内控制点测放基础面清理控制高程点，并沿隧洞每间隔 3 m 在两侧墙壁上标记高程控制点，严禁欠挖但控制超挖。2）基础面清理。采用反铲按照测放基础控制高程进行基础面保护层粗清，并将清理的渣石集中堆存，粗清完成后人工细清，待大量的虚渣清理完成后，采用高压风进行基础面清理，做到无浮渣、无松动石块、无积水。3）垫层混凝土浇筑。垫层混凝土采用斜溜槽直接入仓，人工摊铺，浇筑时辅助预埋的测量高程控制桩进行垫层弧形顶面控制，垫层采用平板振动器振捣密实，连续洒水养护，混凝土表面始终保持湿润且连续养护 28 d。3.2 仰拱混凝土工艺3.2.1 施工工艺流程采用翻模抹面进行仰拱混凝土浇筑3，施工工艺流程见图 1。?图 1 仰拱混凝土施工工艺流程框图3.2.2 施工工艺措施1)钢筋加工验收及安装。钢筋加工程序为调制除锈切割弯曲成型等4，按照设计图制作钢筋下料单，优化钢筋组合减少材料损耗，钢筋接头按照机械连接、绑扎搭接及焊接接头搭配组合，混凝土分仓长度为 12 m，实施中通过与材料厂家联系调整钢筋加工模具，分布筋采用 11.88m/根的非定尺钢筋批量生产，减少搭接浪费。钢筋运输进洞后及时安装，测量放线确定架立筋及定位钢筋位置和高程，测量人员放出每仓仰拱端头桩号和架立筋、定位筋位置，施工人员打孔安装架立筋和定位筋。其型号同结构主筋型号，待定位完毕后，测量人员进行复核，无误后方进行后续钢筋安装。2）仰拱弧形刮轨安装。弧形仰拱在混凝土浇筑前安装收面刮轨样架，在混凝土浇筑至设计顶面高程后，采用方形铝合金刮尺沿刮轨进行找平，为了控制仰拱混凝土保护层及成型弧度，按照设计图纸仰拱弧度采用 DN25 镀锌钢管加工成弧形刮轨样架，施工时采取在仰拱面层主筋部位每隔54云南水力发电2023 年第 8 期1.5 m 焊接 1 排 A8 短钢筋将弧形镀锌钢管与结构钢筋固定牢靠，便于仰拱混凝土收面时控制弧度及高程。3）仰拱堵头及小边墙倒角模板安装。根据混凝土结构缝，止水带设置在距迎水面 20 cm 处，堵头模板采用 6 mm 厚钢板制作，分上下 2 块，模板根据设计弧度加工成弧形，模板安装时严格按照边线安装，相邻两块模板用“U”型管卡连接，模板缝口采用止浆条封口，下部模板底部辅助使用小木模拼缝，并采用发泡胶充填空隙，避免在浇筑过程中出现漏浆现象。模板背面采用48 mm 钢管立柱固定斜撑钢筋加固，斜撑钢筋间距为 60 cm。小边墙倒角模板由厂家根据设计图纸弧度加工，小边墙高度 30 cm，与仰拱搭接 10 cm，单块模板 1.5 m，共配置 16 块，每块模板上沿两侧焊接耳板，连接侧墙拉筋与螺母连接紧固，可根据测量数据通过调节螺母控制小边墙保护层厚度，模板底部采用对撑钢管固定保证模板支撑体系强度。4）混凝土浇筑收面。仰拱混凝土分仓时包括矮边墙 30 cm，采用 HBT60 混凝土输送泵泵送混凝土入仓，分 1 层浇筑完成，先浇筑中间起弧部位，再浇筑两侧边及小边墙部位，整仓 12 m，按照 4m/段，分 3 段浇筑完成。浇筑方向采用倒退法翻模浇筑，浇筑一段拆除泵管进行下一浇筑段的浇筑，直至仰拱 12 m 整仓面全部浇筑完成。仰拱混凝土浇筑过程中安排专人负责，使用平铲将混凝土面反复抹平并压光，混凝土浇筑完成约 3 h 后再次进行收面压光。5）养护。混凝土浇筑完毕初凝后，即开始持续养护，在仰拱混凝土表面覆盖养护毯，养护毯铺设拼接严实，严丝合缝，专人负责采用水管洒水的方式连续进行养护，并做好养护台账。6）施工缝处理及止水条安装。仰拱小边墙浇筑时采用预制好的小方钢进行预留止水条键槽安装，并将边顶拱与仰拱小边墙接缝处进行凿毛处理，在施工缝凿毛处理完成，待边顶拱施工时，直接将膨胀止水条采用胶粘的方式安装至预留槽道内即可，以免错位，用滚筒滚压遇水膨胀止水条上表面，使止水条与混凝土表面密贴、牢固。7）小边墙施工缝处理措施。钢模台车设计时，模板底部预留有 10 cm 搭接量，与先浇的小边墙进行搭接，为了防止混凝土浇筑过程中漏浆、出现错台等，在小边墙混凝土两侧使用施工线拉线找平，发现凹凸不平处提前沿 10 cm 搭接区域进行打磨，打磨完成后使用建筑模板专用密封条对贴合缝隙进行处理，防止混凝土跑浆、漏浆，可保证小边墙与钢模台车贴合缝隙严丝合缝。并沿小边墙施工缝外侧采用切割机整体切平 2 cm，保证仰拱与边顶拱施工缝外观平齐顺直。3.3 边顶拱混凝土工艺3.3.1 施工工艺流程边顶拱混凝土施工工艺流程见图 2。?图 2 边顶拱混凝土施工工艺流程框图3.3.2 施工工艺措施1）边顶拱钢筋安装及保护层控制。边顶拱钢筋安装超前进行，具体安装方式同仰拱一致，另外在模板与钢筋之间布置间排距 1.5 m 的混凝土垫块，采用与主体混凝土同标号的混凝土垫块，防止钢筋保护层不足。2）钢模台车面板打磨。钢模台车就位之前必须进行模板的清理和刷油5，台车行走至内侧钢筋暂未安装位置，安排专人对钢模台车面板进行打磨并刷油，人工使用滚筒全面板涂刷。马永涛，滑通 水利工程弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术553）弧形钢轨枕设计及台车就位。由于现浇仰拱为弧形断面，钢模台车轨道无法直接平铺稳固，提供一种弧底隧洞钢模台车轨道调平加固装置，其中单个钢轨枕长度 0.5 m，按照仰拱弧度加工为两侧不等高、顶面齐平的异形钢结构，其中在弧形钢轨枕两端外侧分别焊接连接耳板，顶面中心位置两侧对称设置 M20 螺栓孔，弧形钢轨枕按照净宽 0.5 m 等间距布置，在弧形钢轨枕顶面铺设P43 钢轨，钢轨通过弧形钢轨枕顶面预留螺栓孔，采用轨道压板与 M20 螺栓配合将轨道与弧形轨枕固定牢靠，轨道铺设长度不少于 2 仓位置，可实现钢模台车在水平轨道上安全平稳行走就位，弧形轨枕外侧耳板与钢模台车底部丝杆千斤通过绞耳螺栓连接，内侧耳板与底部对撑钢管通过绞耳螺栓连接，可实现弧形钢轨枕与钢模台车整体固定牢靠。4）止水带硫化焊接。仰拱部位浇筑完成以后，用编织袋或风筒布将止水带成卷包好放置在仰拱矮边墙上，边顶拱迎水面堵头模安装固定后，开始橡胶止水带接头焊接，橡胶止水带接头宜采用硫化焊接6,硫化焊接使用专用平板硫化机采用生胶带将止水带对接焊接，焊接温度控制在 150，硫化加热时间 12 min 为宜。5）堵头模板安装、止水定位。边顶拱堵头模板采用钢、木混合结构，迎水面采用钢模板，背水面采用木模板拼接，模板缝隙使用发泡剂充填。止水带宽度 35 cm，厚度 1 cm。止水带安装于距迎水面 20 cm，将止水带夹于两层模板中间，为保证止水带在浇筑混凝土过程中不变形错位，采用8 mm 钢筋弯制 U 型筋夹住止水带焊接在环向或纵向钢筋上，保证止水带型圈安装位置应在结构缝中间居中、止水带中线与接缝中心线偏差小于 5 mm。6）预 埋 灌 浆 管 安 装。灌 浆 预 埋 管 采 用42 mm 的 PVC 管，根据衬砌混凝土厚度确定预埋管的长度，按照设计图纸灌浆孔的布置位置在衬砌钢模台车上对应的位置提前开孔（腰型孔），在对应腰型孔位置设置一个可以移动的滑移块，并在滑移块中间开直径 50 mm 的孔，同时在孔位置焊接 1 个长度 5 cm 的导向管，并在导向管周向等间距设置 3 个固定螺栓，通过螺栓进行预埋管固定，将 PVC 管通过导向管插入并顶紧至岩面（喷混凝土面），与衬砌钢筋贴紧，以保证预埋管在混凝土浇筑过程中稳固不移位、不破坏等。7）混凝土入仓及振捣。边顶拱混凝土采用液压自行式钢模台车一次浇筑成型，使用 HBS60 拖泵泵送入仓方式。边墙混凝土入仓通过侧模预留窗口下料，按照从远离输送泵一侧向靠近输送泵一侧的顺序对称下料。钢模台车侧墙布置 2 排窗口，其中在矮边墙垂直高度 2 m 位置处设置 1 排，在拱腰位置设置 1 排，单侧每排窗口均为 4 个，在侧墙浇筑完成后关闭第1排窗口，通过第2排窗口下料，直接通过泵管加弯管双边交替对称进行顶拱混凝土浇筑，拱腰以下位置浇筑完成后关闭第二排窗口，正顶拱采用冲天管浇筑，顶拱中部设有观察窗并在堵头模板中上部设置活动观察口，观察顶拱混凝土的流动状态及浇筑情况，防止顶拱拱背脱空。输水隧洞衬砌过程中常见的混凝土质量缺陷有蜂窝,气泡,麻面和孔洞等，质量缺陷出现的原因有很多,其中与混凝土的振捣工艺选择和工艺控制有密切关系7。通过对衬砌钢模台车附着式振捣器的布置试验研究,工程实施取得了较为理想的经验,其中侧模窗口以下使用插入式振捣棒辅助附着式振捣器，顶模使用附着式振捣器振捣。附着式振捣器功率 1.5 kW，激振力 7 kN，整部台车附着式振捣器安装 32 部。另配置 6 把50 mm 插入式振捣棒，侧模窗口以下人工使用插入式振捣棒逐窗进行最大范围内振捣，随着浇筑面的提升，分别开设各组附着式振捣器，每组振捣器振捣时间为 2 3 min。待侧模窗口关闭后再次开启边顶底部双侧附着振捣器对侧墙混凝土进行复振，复振时间 1 2 min。8）拆模时间控制。根据现场试验检测数据，边顶拱混凝土浇筑完 15 h 拆模，使用回弹仪及同龄期、同条件下养护试块抗压检测，混凝土平均强度 12 MPa，满足规范要求强度。56云南水力发电2023 年第 8 期9）养护。隧洞边顶拱混凝土使用自动喷淋装置配 360喷雾头不间断洒水养护，并在已浇筑完成段采用砂袋设置挡水坎进行蓄水，增加洞内空气湿度，以保持混凝土表面经常性湿润，连续养护不少于 28d8。4 结束语混凝土施工工期短，强度高，在施工过程中合理安排工期，在确保工程质量的前提下按期完成9，最高月强度达到 20 仓/月，结合该工程引水隧洞混凝土施工实践，总结了一套弧底马蹄形隧洞混凝土施工技术方法，对传统浇筑工艺进一步细化完善，混凝土成型尺寸及弧度、平整度等均满足规范要求，混凝土外观质量较好。参考文献：1游玲峰.输水隧洞混凝土衬砌施工重点及难点浅析J.陕西水利，2019,（9）:179-180.2樊宝龙.钢模台车在隧洞混凝土衬砌施工中的应用J.交通世界，2019,（19）:112-113.3谢泱，张浩.隧洞混凝土衬砌施工方法的改进J.人民长江，2016,（20）:62-65.4李顺平.湟水北干渠隧洞混凝土施工工艺和方法J.甘肃水利水电技术，2010,（2）:63-65.5朱宝凡,齐进喜.小湾电站导流隧洞混凝土快速施工技术J.云南水力发电，2004,（5）:29-35.6DL/T 5215-2005 水工建筑物止水带技术规范S.7秦增平.附着式振捣器在输水隧洞混凝土衬砌钢模台车上的应用J.吉林水利，2017,（8）:38-40.8SL677-2014 水工混凝土施工规范S.9李德利.观音阁水库输水隧洞混凝土衬砌施工技术探讨J.黑龙江水利科技，2018，46（4）:188-190.