單一通道條件下導流洞襯砌混凝土多作業(yè)面快速施工技術(shù)

楊衛(wèi)森

(中國葛洲壩集團第二工程有限公司，成都，610091)

1 工程概況

李家?guī)r水庫導流洞工程導流洞為城門洞形，設(shè)計里程為泄0+000m～泄0+474.5m，全長474.5m，隧洞進出口底板設(shè)計標高分別為674.9m和666.47m，全隧洞位于直線段，縱坡坡度i=1/67.5。全隧洞主要分為漸變段和標準段，其中進口泄0+000m～泄0+100.0m段為漸變段，混凝土襯砌厚度3.5m，設(shè)計分段長度為9m～12m，襯砌后隧洞凈空斷面尺寸寬5.4m×高12.12m～寬7m×高9.02m，其凈空寬度及高度均呈線性漸變結(jié)構(gòu)；泄0+100.0m～泄0+175.0m段為標準段，混凝土襯砌厚度1.5m，設(shè)計分段長度為7.5m～12m，襯砌后隧洞凈空斷面尺寸寬7m×高9.02m；泄0+175.0m～泄0+474.5m段為標準段，混凝土襯砌厚度0.7m，設(shè)計分段長度為12m，襯砌后隧洞凈空斷面尺寸寬7m×高9.02m。襯砌混凝土采用C30二級配，工程量2.65萬m3。

李家?guī)r水庫導流洞工程在實施過程中，由于外界因素影響，原設(shè)計的施工支洞一直不具備施工條件，最終未能實施，不能形成有效的施工通道；另一方面原計劃從進口閘室流道進洞進行進口段前30m漸變段的混凝土施工，因閘室段前期開挖支護進度滯后，其閘室段底部閘墩及流道頂部混凝土與隧洞襯砌混凝土正處于同一施工時段，存在交叉干擾影響；用于導流洞襯砌施工的進口通道亦不具備通行條件，導致由原有的從導流洞進口、出口及施工支洞三個施工通道進洞施工變?yōu)閮H有導流洞出口單一施工通道可利用。實施階段設(shè)計根據(jù)水力學模型試驗成果調(diào)整了導流洞進口漸變段結(jié)構(gòu)，漸變段由原來的30m長變?yōu)?00m長，因漸變段不能采用定型的鋼模臺車施工，只能采用傳統(tǒng)的散裝組合鋼模板施工，同時漸變段襯砌厚度高達3.5m，其頂拱施工需要專項承重支撐系統(tǒng)以保證施工安全，相比原設(shè)計大大增加了施工難度，給施工進度也帶來較大壓力。

為保證導流洞襯砌混凝土施工進度按原計劃實施，確保導流洞按期具備通水條件，針對該導流洞施工通道單一、漸變段加長、襯砌斷面大等施工難點，通過技術(shù)方案優(yōu)化，利用從導流洞出口進洞施工唯一通道，漸變段采用帶通道的滿樘腳手架支撐系統(tǒng)，施工材料及設(shè)備通過鋼筋臺車、鋼模臺車及漸變段支撐系統(tǒng)下部預留通道能夠到達漸變段各作業(yè)面，實現(xiàn)了漸變段與標準段多作業(yè)面同時施工，加快了施工進度。

2 總體施工程序

導流洞開挖支護完成后，首先進行底板清理及基礎(chǔ)放樣，從進口泄0+000m開始向出口方向泄0+474.5m進行底板混凝土澆筑，底板混凝土澆筑完成后鋼模臺車進洞進行標準段泄0+100.0m～泄0+474.5m邊頂拱混凝土施工，同時進行漸變段泄0+000m～泄0+100.0m邊墻混凝土施工；漸變段邊墻施工完成后開始進行頂拱施工，漸變段頂拱分兩個作業(yè)面泄0+000m～泄0+42.0m和泄0+42.0m～泄0+84.0m同時施工；待標準段邊頂拱施工完成后將鋼模臺車移至漸變段進行泄0+100.0m～泄0+84.0m頂拱施工，施工程序如圖1所示。

圖1 導流洞襯砌混凝土施工程序

3 主要施工技術(shù)

3.1 標準段(泄0+100.0m～泄0+474.5m)邊頂拱混凝土施工

整個隧洞底板混凝土施工完成后，開始進行標準段邊頂拱混凝土施工，根據(jù)設(shè)計圖紙按每12m為一澆筑倉由泄0+100.0m向出口方向進行。在襯砌臺車澆筑邊墻、頂拱混凝土之前需澆筑矮邊墻，首先對底板與邊墻混凝土結(jié)合處進行鑿毛處理，立模后先澆筑50cm高的矮邊墻，矮邊墻澆筑便于襯砌臺車脫模定位。

標準段襯砌邊頂拱混凝土采用12.0m長整體式液壓自動行走鋼模臺車施工，施工材料及混凝土從導流洞出口進洞至各作業(yè)面，混凝土入倉由混凝土罐車從混凝土攪拌站直接取料，運至澆筑部位，通過HBT80型混凝土泵泵送入倉，插入式振搗器和附著式振搗器振搗，鋼筋制安采用鋼筋臺車。液壓襯砌鋼模臺車、鋼筋臺車均由專業(yè)生產(chǎn)廠家訂制，制作好后運至施工現(xiàn)場組裝。

標準段鋼筋制安、矮邊墻澆筑、鋼模臺車就位固定、混凝土澆筑及養(yǎng)護等施工工序依次分段從泄0+100.0m向出口方向進行，形成流水循環(huán)作業(yè)，混凝土澆筑完成等強24h后可繼續(xù)進行下一倉的澆筑，不受前置鋼筋安裝工序影響，在標準段等強過程中，鋼模臺車下部通道可提供漸變段混凝土澆筑設(shè)備通行，同時進行漸變段已備好的邊墻及頂拱倉位澆筑，施工效率明顯提高。

3.2 漸邊段邊墻混凝土施工

導流洞進口100m為高度和寬度漸變結(jié)構(gòu)，襯砌厚度3.5m，施工材料及設(shè)備從出口經(jīng)過標準段鋼模臺車下部通道至作業(yè)面，邊墻混凝土施工與標準段同步獨立進行，互不干擾，邊墻混凝土按3m～3.5m分層共3層。邊墻模板采用組合鋼模板施工，安裝固定采用內(nèi)拉內(nèi)撐，邊角部位采用組合小模板及木模板補縫，模板拉條采用φ12圓鋼，拉條豎向間距0.6m～0.8m，不少于4排，水平間距0.75m，圍檁采用φ48鋼管?；炷寥雮}同標準段，分層平鋪法澆筑，坯層厚度40cm～50cm，人工振搗。

為加快施工進度，漸變段分兩個作業(yè)面間隔跳倉施工，各工序形成流水循環(huán)作業(yè)，為混凝土澆筑創(chuàng)造富余時間，利用標準段混凝土等強間歇時間進行混凝土澆筑，從而提高施工效率。

3.3 漸變段(泄0+0.0m～泄0+84.0m)頂拱混凝土施工

3.3.1 漸變段頂拱混凝土施工特點

(1)襯砌厚度大、斷面尺寸大

導流洞進口前100m混凝土襯砌厚度為3.5m，頂拱模板承受荷載大，襯砌斷面大(寬14.3m×高20.2m)，襯后斷面(寬6.28m×高13.03m)，漸變段襯砌斷面技術(shù)參數(shù)見表1。

表1 漸變段襯砌斷面技術(shù)參數(shù)

(2)單倉澆筑方量大、模板所受荷載大

每倉混凝土澆筑方量大，水利工程中常見襯砌厚度50cm～100cm，3.5m厚的襯砌結(jié)構(gòu)在同類工程中少見，可參考的類似施工經(jīng)驗少，施工難度大，頂拱模板所受荷載平均70kN/m2，屬于超過一定規(guī)模的危大工程。

(3)模板安裝工作量大、施工難度大

因漸變段結(jié)構(gòu)尺寸漸變不能采用定型的鋼模臺車施工，只能采用組合鋼模板加下部支撐結(jié)構(gòu)進行施工，模板支撐系統(tǒng)搭設(shè)及模板安裝加固工作量大，且屬于高空作業(yè)，致使施工難度加大。

3.3.2 漸變段頂拱混凝土施工方法

導流洞進口段襯砌混凝土分段長度為5m～12m，模板施工采用組合鋼模板及鋼拱架支撐，鋼拱架下部采用腳手架鋼管搭設(shè)滿堂支撐架進行施工。由于頂拱襯砌斷面大，頂拱混凝土每段澆筑方量高達587m3，下部支撐結(jié)構(gòu)承受荷載過大，普通滿堂支撐架達不到受力要求，經(jīng)過分析，將頂拱混凝土分為兩次進行澆筑，第1倉澆筑高度3.02m(拱頂以上澆筑1m厚的混凝土)，第2倉澆筑厚度2.5m，以減小模板支撐結(jié)構(gòu)所受荷載，同時減少支撐架的搭設(shè)工程量，模板及其支撐系統(tǒng)所需材料按3套配備，以滿足多工作面周轉(zhuǎn)。

為加快施工進度，將進口漸變段頂拱分兩個作業(yè)面泄0+000m～泄0+42.0m和泄0+42.0m～泄0+84.0m同時施工，滿樘架下部預留臨時施工通道，滿足多作業(yè)面施工材料及設(shè)備通行，利用標準段混凝土等強間歇時間進行施工材料運輸及混凝土澆筑。在澆筑混凝土前封閉其下部通道，將滿樘架搭設(shè)成整體承重支撐系統(tǒng)，確保支撐系統(tǒng)整體受力，保證混凝土澆筑過程安全。

3.3.3 漸變段頂拱模板支撐系統(tǒng)專項設(shè)計

(1)漸變段頂拱混凝土模板支撐系統(tǒng)

模板采用P3015鋼模板(模板厚度為2.75mm)，模板支撐架采用型鋼加工成定型拱架，拱梁采用Ⅰ10工字鋼，立柱采用[10槽鋼，斜撐采用φ48.3×3.6mm鋼管，拱架下部水平橫梁采用I10工字鋼，鋼拱架間距0.5m。為增加鋼拱架的整體穩(wěn)定性，通過縱向水平鋼管將鋼拱架連為整體，同時對兩端端部前5榀鋼拱架之間(沿水流方向)增加縱向剪刀撐，對頂拱支撐鋼拱架兩側(cè)加強固定，鋼拱架通過U型頂托將上部荷載傳遞至下部滿堂支撐架。

滿堂支撐架采用φ48.3×3.6mm鋼管搭設(shè)，立桿橫向間距0.5m、縱向間距(順水流方向)0.5m，步距1.2m，剪刀撐按加強型要求搭設(shè)。漸變段頂拱模板支撐結(jié)構(gòu)詳見圖2。

圖2 漸變段頂拱模板支撐結(jié)構(gòu)(單位：m)

(2)支撐系統(tǒng)受力分析

根據(jù)導流洞工程混凝土澆筑分倉情況，頂拱混凝土第1倉為3.02m高，頂拱上部混凝土厚1m。頂拱混凝土起拱位置的模板受混凝土水平側(cè)壓力最大，而頂拱頂部中心點位置的模板受豎直壓力最大，支撐系統(tǒng)受力分析時取頂拱部位起拱點和頂拱中心點作為最不利位置進行受力分析，支撐系統(tǒng)各構(gòu)件強度、撓度及整體穩(wěn)定性驗算結(jié)果均滿足規(guī)范要求。

(3)支撐系統(tǒng)加工及安裝要點

頂拱模板必須事先制作好拱架，在立模時便于進行組合安裝，拱架之間縱向采取鎖固連接。為了使組合鋼模板在混凝土澆筑時具有很好的整體性和穩(wěn)定性，重量大小又便于人工搬運和操作。因此在拱部斷面上將拱架設(shè)計成多榀獨立和相同的拱架。拱架在加工場制作，拱架結(jié)點處采用連接板和螺栓加固，工字鋼與連接板焊接處必須結(jié)實牢靠。拱架制作好后，要進行試組裝，保證拱架的制作質(zhì)量，有問題要及時處理或返工。

3.3.4 漸變段頂拱混凝土澆筑

頂拱支撐系統(tǒng)及模板驗收合格后，方能開始進行混凝土澆筑施工。

(1)混凝土入倉方式

混凝土入倉采用混凝土地泵(HBT80)泵送入倉，根據(jù)導流洞頂拱結(jié)構(gòu)特點，頂拱順水流方向為向下坡度1/13.38的斜線，混凝土入倉時從底處向高處(即從大樁號向小樁號分層入倉)。澆筑DG-1時，混凝土入倉要保證左右兩側(cè)均衡分層上升，保證模板受力平衡。

(2)混凝土澆筑分層及澆筑速度

混凝土澆筑分層進行，每層按50cm厚控制，DG-1澆筑厚度3.02m分6層，DG-2澆筑2.5m分5層。澆筑前在模板及洞身圍巖上做好分層標記，以便于控制澆筑層厚，澆筑過程中嚴格控制澆筑上升速度，為避免澆筑過程中混凝土側(cè)壓力過大造成側(cè)面模板變形，澆筑上升速度不得大于0.4m/h。

(3)混凝土平倉振搗

混凝土應對稱入倉澆筑，混凝土從端頭模板處入倉，及時平倉振搗，采用φ70軟軸振搗器，平倉時以振搗器平倉為主、人工平倉為輔，混凝土平倉振搗在簡易排架上進行。

根據(jù)泵送混凝土流態(tài)性能要求，參照倉位施工高度，需在施工倉位內(nèi)搭設(shè)施工排架，以方便施工人員倉內(nèi)作業(yè)和保證混凝土澆筑時施工人員的安全，此排架同時作為回填灌漿管、固結(jié)灌漿管加固用。施工排架上主要為施工人員及小型振搗設(shè)備，荷載較小，結(jié)合洞室斷面結(jié)構(gòu)尺寸，排架搭設(shè)按橫距2.0m，縱距2.0m，步距1.0m。立桿采用φ28鋼筋(三級鋼筋)，水平桿采用φ25鋼筋(三級鋼筋)。排架沿隧洞中心線布置，搭設(shè)后不再拆除，埋設(shè)于混凝土中，排架上鋪設(shè)竹跳板，混凝土澆至相應高程時，將竹跳板拆除運出倉外。

3.4 漸變段泄(0+84.0m～泄0+100.0m)頂拱模板支撐

根據(jù)漸變段泄0+84.0m～泄0+92.0m頂拱結(jié)構(gòu)尺寸，其頂拱斷面與標準段頂拱完全相同，其主要是在邊墻高度方向上發(fā)生漸變，在施工過程中通過對鋼模臺車底部進行墊高處理、對鋼模臺車支撐系統(tǒng)進行加固以滿足該段頂拱混凝土施工，通過利用鋼模臺車減少模板支撐架的搭設(shè)及上部拱架安裝工作量，不僅節(jié)約了成本投入，同時加快了施工進度，主要措施如下：

(1)鋼模臺車下部墊高

在鋼模臺車就位前，根據(jù)設(shè)計圖紙及現(xiàn)場放樣首先計算出相應部位首尾兩端需要墊高的具體高度；然后采用二級配碎石進行鋪墊，在相應頂拱部位的底板上對應的臺車軌道部位進行鋪設(shè)；鋪設(shè)完畢后放置枕木，臺車就位前再次測量復核已鋪墊的基礎(chǔ)高程。

(2)鋼模臺車支撐系統(tǒng)加固處理

臺車就位后，對臺車橫向及豎向支撐系統(tǒng)采用普通鋼腳手架鋼管增設(shè)剪刀撐連接加固。

4 結(jié)語

針對導流洞襯砌過程中的特殊施工條件，通過多開作業(yè)面，搭設(shè)預留臨時通道的滿樘支撐系統(tǒng)，對鋼模臺車進行墊高及加固處理等施工技術(shù)，解決了單一通道問題。標準段及漸變段各作業(yè)面形成流水循環(huán)作業(yè)，各作業(yè)面混凝土澆筑交替連續(xù)進行，實現(xiàn)了單一通道條件下導流洞襯砌混凝土多作業(yè)面快速施工，超前完成建設(shè)方下達的節(jié)點目標，為導流洞后續(xù)按期實現(xiàn)導截流驗收提供了重要技術(shù)保障。