小斷面長(zhǎng)隧洞雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌快速施工技術(shù)

奉海

摘要：由于木坡水電站引水隧洞工程施工工期較為緊張，同時(shí)引水隧洞斷面小，單個(gè)工作面較長(zhǎng)，受通風(fēng)、不良地質(zhì)條件等因素限制，不利于隧洞開(kāi)挖與襯砌同時(shí)施工，嚴(yán)重影響工程施工進(jìn)度，為了保證合同工期，引水隧洞工程混凝土襯砌采用了雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌快速施工技術(shù)，通過(guò)雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌達(dá)到了快速施工的目的，節(jié)約了工期與成本，對(duì)類(lèi)似工程具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：小斷面；長(zhǎng)隧洞；雙臺(tái)車(chē)；底、邊同進(jìn)度；快速施工

一、工程概況

木坡水電站位于四川省阿壩州小金縣境內(nèi)的撫邊河干流上，為撫邊河干流自下而上規(guī)劃的第3級(jí)電站。上游與美臥電站銜接，下游與楊家灣電站銜接，電站樞紐建筑物主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)和廠區(qū)樞紐等組成。其中引水隧洞長(zhǎng)10074.028m，圍巖類(lèi)別以Ⅳ、Ⅴ類(lèi)（約占90%）為主，圍巖地質(zhì)條件復(fù)雜多變，且地下水較豐富，工作面涌水量較大，致使施工非常困難。

二、工藝原理

小斷面長(zhǎng)隧洞雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌快速施工技術(shù)需要嚴(yán)格的按工序作業(yè)時(shí)間實(shí)施，采用48小時(shí)一循環(huán)制度，每循環(huán)施工完畢兩倉(cāng)底板，兩倉(cāng)邊頂拱。

1、工藝流程。施工工藝流程：小斷面長(zhǎng)隧洞雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌快速施工技術(shù)各個(gè)工藝流程必須安排專(zhuān)人專(zhuān)職負(fù)責(zé)，嚴(yán)格執(zhí)行各工序之間的安排。

①、準(zhǔn)備工作：先澆筑5倉(cāng)底板，邊頂拱鋼筋邦扎完畢1、2、3倉(cāng)，同時(shí)臺(tái)車(chē)安裝到位。（底板提高砼強(qiáng)度等級(jí)，減少安裝臺(tái)車(chē)時(shí)等強(qiáng)時(shí)間。）

②、第一輪：按順序澆筑3、1邊頂拱、6、7號(hào)底板，完畢后運(yùn)輸及邦扎5、4號(hào)倉(cāng)邊頂拱鋼筋。

③、第二輪：按順序澆筑5、2邊頂拱、8、9號(hào)底板，完畢后運(yùn)輸及邦扎7、6號(hào)倉(cāng)邊頂拱鋼筋。

④、第三輪：按順序澆筑7、4邊頂拱、10、11號(hào)底板，完畢后運(yùn)輸及邦扎9、8號(hào)倉(cāng)邊頂拱鋼筋。

澆筑時(shí)先B后A（若先A后B，先走A臺(tái)車(chē)時(shí)，B占據(jù)著A臺(tái)車(chē)新倉(cāng)位的搭接位置），向前推進(jìn)，到各自的澆筑點(diǎn)后拆開(kāi)泵管即快速實(shí)施，循環(huán)實(shí)施向前推進(jìn)。

施工中完成2倉(cāng)邊頂拱及2倉(cāng)底板（如 5、2、8、9），為一個(gè)循環(huán)，包括底板清理、鋼筋安裝、模板安裝（臺(tái)車(chē)移動(dòng)）、軌道鋪設(shè)等。一循環(huán)時(shí)間為48小時(shí)。

雙臺(tái)車(chē)施工中，所有工序從基礎(chǔ)清理，鋼筋安裝，臺(tái)車(chē)就位，及相關(guān)配合的車(chē)輛進(jìn)出，挖機(jī)、泵機(jī)等就位。

2、操作要點(diǎn)。

（1）基礎(chǔ)清理。底板施工時(shí)，一次澆筑2倉(cāng)（一倉(cāng)12m），底板基礎(chǔ)清理時(shí)，在30m處設(shè)置袋裝土圍堰，先一次性用挖機(jī)粗清理30m，再人工仔細(xì)清理達(dá)到驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。

時(shí)間分配情況：先用PC60型挖機(jī)粗清一次，挖機(jī)不能清除的剩余渣體采用人工清理；粗清主要用一臺(tái)60型挖機(jī)配合2臺(tái)出渣車(chē)，30m基礎(chǔ)粗清理耗時(shí)3.5h。細(xì)清理主要由人員進(jìn)行清理，耗時(shí)9h。人員安排上10人/班，共2班。人員配合上采用2人一小組，一人掏渣一人搬運(yùn)，互相輪換作業(yè)。同一斷面（Ⅴ類(lèi)時(shí)最大寬度4.05m）上布置最多3人，分前后2至3個(gè)部位清理。渣料由人工挑至圍堰外，集中堆放，再由挖機(jī)將渣料裝車(chē)，運(yùn)至棄渣場(chǎng)。根據(jù)已開(kāi)挖情況，洞內(nèi)滲水較大，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的流量，自主洞開(kāi)挖以來(lái)，滲水常年流量保持在（底板設(shè)計(jì)為2.3‰坡度，支洞口處上游側(cè)測(cè)量）211-264 m3/h之間；基礎(chǔ)清理中，每30m需要設(shè)置擋水堰，擋水堰由兩層袋裝泥土制成，堰前低凹處設(shè)置集水坑，用水泵抽排在堰外。如2、3號(hào)塊底板澆筑后，滲水會(huì)沿著底板矮邊墻（底板面層0.3m處）上部滲出。故在4、5號(hào)基礎(chǔ)清理時(shí)，需要在已澆混凝土面3號(hào)塊上設(shè)置30cm擋水堰，用水泵將水抽排至清理基礎(chǔ)外的擋水揠外，再抽排至集水坑。洞內(nèi)每300m左右有集水坑，采用接力抽排方式，最后抽排至洞外。每班因排水影響2小時(shí)，故24m清理基礎(chǔ)時(shí)間初清3.5h，細(xì)清9h，累計(jì)12.5h。 抽排水人員安排分兩班，2人/班。

（2）鋼筋邦扎。邊頂拱鋼筋：最多為Ⅴ類(lèi)圍巖，每12m鋼筋量11T，由20人分兩班，單臺(tái)車(chē)進(jìn)行安裝，鋼筋安裝具體分3小組，每小組3人，每班中焊工1人，一組綁扎一組傳遞搬運(yùn)。邊頂拱鋼筋安裝速度20人一循環(huán)2倉(cāng)，分兩班，每班10人10.5小時(shí)。根據(jù)設(shè)計(jì)圖，邊頂拱主筋基本上沒(méi)有焊接接頭，僅在腰線部位有接頭，采用人工綁扎搭接。另每班再增加2人為協(xié)助搬運(yùn)工。

底板鋼筋：粗清理后，隨即將底板鋼筋運(yùn)輸?shù)揭褲仓装迳隙逊?。由于底板鋼筋直、短，運(yùn)輸方便，運(yùn)輸時(shí)間3.5h。底板細(xì)清理12m時(shí)，開(kāi)始安裝第一倉(cāng)底板鋼筋。鋼筋最多為Ⅴ類(lèi)圍巖，每12m鋼筋量12T，由10人一班進(jìn)行安裝。10人分3個(gè)小組，一組4人運(yùn)輸一組4人綁扎，一組（2個(gè)專(zhuān)業(yè)電焊工）進(jìn)行焊接。由于接頭不多，焊工工作不飽滿(mǎn)時(shí)參與鋼筋搬運(yùn)與邦扎。工作量：24m洞段底板鋼筋8h可以施工完畢，剩余4h時(shí)間安裝模板及驗(yàn)收。鋼筋運(yùn)輸時(shí)間：由于洞內(nèi)邊頂拱鋼筋為半圓形，鋼筋制作中分為兩段弧形鋼筋，放入運(yùn)輸車(chē)后一次僅能運(yùn)輸4T以下，底板鋼筋短、直，一次運(yùn)輸5- 6T。邊頂拱最多鋼筋量（Ⅴ類(lèi)圍巖）9.0T/倉(cāng)，分布鋼筋共計(jì)2.0T/倉(cāng)，合計(jì)11.0T/倉(cāng)。由于鋼筋形狀不規(guī)則，部位在回車(chē)箱內(nèi)，部分翹在車(chē)箱寬度外面，運(yùn)輸時(shí)需要特別小心。故一次需要運(yùn)輸3.2T鋼筋，滿(mǎn)足要求。根據(jù)車(chē)輛運(yùn)入洞時(shí)進(jìn)為10min，倒車(chē)出來(lái)10min，一來(lái)回時(shí)間20min，加上人工卸鋼筋上臺(tái)車(chē)時(shí)間1.6小時(shí)，合計(jì)為2.0小時(shí)/循環(huán)。兩倉(cāng)鋼筋運(yùn)輸用時(shí)16h。即16h內(nèi)完成24m洞段鋼筋施工。邊頂拱鋼筋臺(tái)車(chē)投入1臺(tái)，為工字鋼架子輪式12.0m長(zhǎng)臺(tái)車(chē)。鋼筋臺(tái)車(chē)頂拱設(shè)計(jì)成與鋼筋弧度一致的半圓型，中上部位設(shè)置活動(dòng)操作平臺(tái)。

（3）鋼筋運(yùn)輸通道。由于底板澆筑完畢后，下道工序邊頂拱需要上鋼筋，而底板上空是唯一的通道：材料及施工人員均要通過(guò)該通道，采用在底板上搭橋方式進(jìn)行運(yùn)輸。具體做法是：在底板鋼筋安裝前，先用手持式電動(dòng)沖擊鉆在底板基巖上每隔3m鉆3個(gè)等邊20cm長(zhǎng)深30cm的孔，在孔內(nèi)放入錨固劑，再將φ20鋼筋插入，然后將3根鋼筋加工成鋼筋桁架柱作為60cm（Ⅳ類(lèi)45cm）高的“橋墩”，頂端高于混凝土面10cm處3根φ16鋼筋作為一個(gè)平面“橋臺(tái)”，該“橋墩”在洞軸線上每3m一排，每排2個(gè)，間隔2.0m。該橋臺(tái)同時(shí)也作為底板鋼筋的面層筋立架使用。實(shí)際澆筑2倉(cāng)底板共計(jì)7排14個(gè)，共計(jì)鋼筋50Kg /2倉(cāng)底板。第一個(gè)“橋墩”距邊0.5m。endprint

用Ⅰ16工字鋼作為“橋梁及軌道”兩工字鋼中心間距2.0m，底部用鋼筋作為夾板，壓住工字鋼下翼板并與“橋臺(tái)”焊接。將工字鋼固定在“橋臺(tái)”上，工字鋼軌道重復(fù)利用。

運(yùn)輸車(chē)：用4個(gè)中心帶槽的礦車(chē)輪，與工字鋼做成的簡(jiǎn)易運(yùn)輸車(chē)，長(zhǎng)6m，寬2.5m，為防止有渣體悼到底板上破壞混凝土收面工作，在運(yùn)輸車(chē)底板上鋪蓋膠合板，每次運(yùn)輸量3.0T。

橋墩在完成任務(wù)，混凝土底板能上人（36小時(shí)后）后割除。將鋼筋頭打磨平整后涂刷環(huán)氧液防銹防沖處理。

（4）混凝土襯砌。混凝土澆筑時(shí)，先從B臺(tái)車(chē)開(kāi)始，順序?yàn)锽臺(tái)車(chē)，A臺(tái)車(chē)，底板。連續(xù)澆筑。

A：底板：設(shè)計(jì)方量最大為Ⅴ類(lèi)圍巖，城門(mén)洞型每隧洞延m設(shè)計(jì)量2.5 m3，兩倉(cāng)24m澆筑量72 m3，1.2為超填系數(shù)，混凝土水平運(yùn)輸采用6 m3罐車(chē)運(yùn)輸。

澆筑時(shí)間計(jì)算如下：罐車(chē)進(jìn)洞后需要在支、主洞交叉處調(diào)頭，往澆筑點(diǎn)倒車(chē)前進(jìn)，單程行車(chē)1060m約10min，回程是往前開(kāi)，時(shí)間6.5min，強(qiáng)制式拌和機(jī)1 m3拌和時(shí)間不低于90s，放成品料及原材料上拌和機(jī)1.5min。合計(jì)每拌制1 m3拌和時(shí)間3.0min。6 m3用時(shí)18min。生產(chǎn)能力為20 m3/h。三個(gè)罐車(chē)澆筑。

罐車(chē)一往返時(shí)間為47.5min，再加上放料時(shí)間5min，兩次調(diào)頭、就位4min，合計(jì)56.5min。配罐車(chē)3輛。即可滿(mǎn)足要求，澆筑時(shí)間按20 m3/h計(jì)算，完成24m底板澆筑所需要的時(shí)間為72÷20=3.6h，取值4h。

故澆筑24m底板最不利情況（Ⅴ類(lèi)圍巖）下4h可以澆筑完畢。

故一循環(huán)中48小時(shí)內(nèi)能完成兩倉(cāng)底板混凝土施工，埏連續(xù)不間斷澆筑月強(qiáng)度（考慮不可預(yù)見(jiàn)因素，每月按25天算）為300m/月。

B邊頂拱：最不利為Ⅴ類(lèi)圍巖，城門(mén)洞型，每延m城門(mén)洞型設(shè)計(jì)量7.224 m3，一次澆筑為95.36 m3，1.1為超填系數(shù)，混凝土水平運(yùn)輸采用6 m3罐車(chē)運(yùn)輸。澆筑時(shí)間8h。60%是每小時(shí)澆筑邊頂拱扣除影響后的有效利用系數(shù)。另由于邊頂拱下料點(diǎn)窗口較多，頂拱最后窗口泵料時(shí)較慢，每個(gè)頂部進(jìn)料口接管、泵料再加入0.5h，4個(gè)窗口為2h，合計(jì)時(shí)間10小時(shí)/倉(cāng)邊頂拱，按8小時(shí)算。混凝土脫模時(shí)間，根據(jù)已經(jīng)澆筑的混凝土邊頂拱脫模統(tǒng)計(jì)，時(shí)間為澆完最后一方混凝土封孔后12- 14h即可脫模，實(shí)際脫模時(shí)離澆筑完畢時(shí)最少已經(jīng)14h。在第一臺(tái)臺(tái)車(chē)故在48小時(shí)循環(huán)時(shí)間內(nèi)，兩天可以完成24m邊頂拱澆筑。（注：B臺(tái)車(chē)移動(dòng)前，A臺(tái)車(chē)需要先移動(dòng)1m。給B臺(tái)車(chē)讓出模板與混凝土接觸位置。A臺(tái)車(chē)移動(dòng)時(shí)，離混凝土澆筑完畢時(shí)間為14h。）

故雙臺(tái)車(chē)緊湊、連續(xù)、不間斷、沒(méi)有外界干擾、泵機(jī)無(wú)故障的情況下澆筑月強(qiáng)度為360m/月，考慮不可預(yù)見(jiàn)因素每月按25天算則月進(jìn)度為300m/月。

3、單臺(tái)車(chē)先底板后邊頂拱與雙臺(tái)車(chē)底、邊頂拱同進(jìn)度施工的對(duì)比情況，詳見(jiàn)表1。

4、關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)。

（1）雙臺(tái)車(chē)模式各工序間邏輯關(guān)系。

（2）雙臺(tái)車(chē)與單臺(tái)車(chē)施工對(duì)比分析。

（3）雙臺(tái)車(chē)施工的人員機(jī)械配置情況。

5。安全和質(zhì)量保障。

（1）拆模（移動(dòng)鋼模臺(tái)車(chē)）對(duì)新襯砌混凝土的影響。通過(guò)采用有限元法對(duì)引水隧洞頂拱混凝土襯砌拆模時(shí)間計(jì)算復(fù)核，由于隧洞頂拱僅承受自身的重力，且由于拱的作用，頂拱混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)的壓力很小，最大壓應(yīng)力為同期混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的6%左右，隧洞受到的拉應(yīng)力也很小，僅為同期混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的2.7%左右。雖然12- 14h時(shí)混凝土的強(qiáng)度還很低，但是混凝土的實(shí)際強(qiáng)度已經(jīng)能夠承受自重及其他荷載，經(jīng)過(guò)計(jì)算和試驗(yàn)復(fù)核，顯示引水隧洞的頂拱混凝土強(qiáng)度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于拆模時(shí)所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，所以頂拱模板在混凝土澆筑完12- 14h拆除時(shí)安全可行的。

所以拆模時(shí)間確定為澆完最后1 m3混凝土封孔后14h即可拆模，達(dá)到混凝土拆模強(qiáng)度，滿(mǎn)足施工規(guī)范要求。

（2）C20混凝土試塊28天抗壓強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)，詳見(jiàn)表2。

6、經(jīng)驗(yàn)小結(jié)。

（1）小斷面長(zhǎng)隧洞雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌快速施工技術(shù)難點(diǎn)主要在于必須制定清晰的工序順序，讓所有參與施工的人員完全理解工序安排，特別是現(xiàn)場(chǎng)管理人員，一個(gè)工序安排不當(dāng)，將影響整個(gè)施工進(jìn)度。人員配置必須滿(mǎn)足施工需求，且各工序施工人員熟練本工序施工內(nèi)容。兩工序必須做到無(wú)縫銜接。工序間的機(jī)械設(shè)備平時(shí)保養(yǎng)至位，在各工序中根據(jù)工序流程時(shí)間表出場(chǎng)，出場(chǎng)的先后順序則由管理員調(diào)動(dòng)，嚴(yán)禁私自調(diào)整順序。在單段隧洞較長(zhǎng)、工期較緊的情況下，投入的各項(xiàng)施工成本，通過(guò)雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌快速施工技術(shù)將經(jīng)濟(jì)效益最大化。

（2）小斷面長(zhǎng)隧洞雙臺(tái)車(chē)底、邊頂同進(jìn)度襯砌快速施工技術(shù)適用于引水隧洞長(zhǎng)、工期緊、斷面小、開(kāi)挖與襯砌同時(shí)施工干擾大的引水隧洞混凝土襯砌施工。endprint