淺談水利隧洞豎井襯砌滑模施工技術(shù)的應(yīng)用研究

李志富（中鐵二十一局集團(tuán)第六工程有限公司，北京100176）

1 水利隧洞豎井襯砌滑模施工案例分析

1.1 工程概況分析

本文研究的工程豎井平面尺寸6m×7.4m，上井口處設(shè)梯形鎖口圈梁，下井寬0.3m，上井寬0.7m，深度1m，施工豎井與井底導(dǎo)流泄放孔連接處設(shè)馬頭門(mén)。斷面埋設(shè)深度83m，截面為拱形直墻斷面，開(kāi)挖凈空長(zhǎng)×寬：7.4m×6m。井筒初始支護(hù)采用鋼筋拱肋、鎖口錨桿、系統(tǒng)錨桿、鋼筋網(wǎng)架、噴射混凝土支護(hù)體系。安全門(mén)井的施工采用反井鉆機(jī)工藝，首先用反井眼鉆機(jī)鉆出導(dǎo)孔，導(dǎo)孔施工完畢后，用擴(kuò)孔鉆頭將導(dǎo)孔擴(kuò)挖成直徑2m的排渣孔，再用爆破方法從上到下對(duì)事故閘門(mén)井進(jìn)行施工，直到事故閘門(mén)井施工完畢。

本工程中的事故閘門(mén)井主要是Ⅲ、Ⅳ類(lèi)圍巖，事故閘門(mén)井井口至高程294m、深度為36.3m為Ⅳ類(lèi)圍巖,高程294m～248.2m、深度為45.8m為Ⅲ類(lèi)圍巖為主、局部Ⅳ類(lèi)圍巖，具體如圖1所示。

對(duì)于場(chǎng)地的施工準(zhǔn)備，井內(nèi)排水系統(tǒng)的布置，采取緊靠圍擋墻內(nèi)側(cè)四周，設(shè)磚砌排水明溝，寬40cm，深40～60cm，排入沉淀池(3m×2m×1m)，沉淀池尺寸6m3，導(dǎo)向井直徑25cm，深度83m，挖出石渣容量4.07m3，完全能滿足使用要求，平時(shí)運(yùn)行時(shí)及時(shí)清理，保證沉淀池有效容積。沉降池安裝有防護(hù)欄桿和安全警示標(biāo)志。豎井施工首先采用反井眼鉆機(jī)，形成導(dǎo)井，導(dǎo)井施工完成后與導(dǎo)流放空連接，形成煙囪效應(yīng)，通過(guò)導(dǎo)井的自然通風(fēng)即可滿足施工要求。豎井的風(fēng)量取自井口布置的空壓機(jī)站，豎井施工的風(fēng)量主要為豎井開(kāi)挖、支護(hù)、排水鉆孔等工程項(xiàng)目的風(fēng)量。井口適當(dāng)位置設(shè)1個(gè)固定空氣壓縮機(jī)站，其中設(shè)2個(gè)20m3/min空氣壓縮機(jī)。

圖1 事故閘門(mén)井圍巖類(lèi)別

1.2 施工流程分析

在本工程的施工過(guò)程中，施工程序?yàn)槭┕?zhǔn)備→反井鉆機(jī)安裝調(diào)試→Φ250mm導(dǎo)孔鉆設(shè)→反拉Φ2.0m導(dǎo)井施工→反井鉆機(jī)拆除→鎖口段全斷面開(kāi)挖、支護(hù)→井口布置及龍門(mén)吊安裝→井身段開(kāi)挖、支護(hù)→后續(xù)工程。反井鉆機(jī)Φ250mm導(dǎo)孔形成后安裝反井鉆機(jī)反拉Φ2.0m的反擴(kuò)鉆頭，Φ2.0m導(dǎo)井形成后在井口布置16t龍門(mén)架，龍門(mén)架由專(zhuān)業(yè)廠家制作并安裝。首先進(jìn)行井口鎖口段的開(kāi)挖施工，鎖口段支護(hù)完成后由上至下進(jìn)行全斷面擴(kuò)挖，每循環(huán)開(kāi)挖高度約2m，爆破后用龍門(mén)架將60挖機(jī)吊入爆破面進(jìn)行扒渣，60挖機(jī)重量約6t，在正式施工前進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)試吊。扒渣完成后，將挖掘機(jī)吊出工作面后，將工作盤(pán)吊入井中，施工人員站在工作盤(pán)上對(duì)井身進(jìn)行錨噴支護(hù)，支護(hù)結(jié)束后進(jìn)入下一周期的挖掘。

1.3 施工設(shè)計(jì)與準(zhǔn)備

在施工準(zhǔn)備方面，在等截面混凝土襯砌中采用滑模施工，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，可以確保質(zhì)量，降低成本，提高工作效率，減少安全隱患?；炷帘M量連續(xù)澆筑，減少甚至避免施工縫，使混凝土的整體性更好；避免模板、拆模、腳手架等重復(fù)作業(yè)，進(jìn)度更快，效率更高，材料消耗更少。

對(duì)于施工過(guò)程中所需的滑模構(gòu)件，采用液壓調(diào)平內(nèi)爬式滑升模板，滑模裝置為便于加工，提高利用率，有足夠的強(qiáng)度、剛度及穩(wěn)定性，整個(gè)模板設(shè)計(jì)為鋼結(jié)構(gòu)，模板、圍圈、操作盤(pán)、提升架等構(gòu)件之間均為焊接連接，整個(gè)滑模裝置主要由模板、圍圈、操作盤(pán)、提升架、支撐桿（俗稱“爬桿”）、液壓系統(tǒng)等幾部分構(gòu)成。

模板是混凝土成型的模具，其質(zhì)量（主要包括剛度、表面平滑度）的好壞直接影響著所澆混凝土的成型及外觀質(zhì)量，為保證平滑過(guò)渡和封堵質(zhì)量，滑模施工采取軟脫模技術(shù)，及時(shí)將封堵部位混凝土缺陷進(jìn)行表面壓光整平。圍圈主要用來(lái)支撐和加固模板，使其形成一個(gè)整體，圍圈采用100mm×100mm×6mm的方管制成1m×1.2m矩形桁架梁。爬升架是滑模與混凝土間的聯(lián)系構(gòu)件，主要用于支撐模板、圍圈、滑模盤(pán)，并且通過(guò)安裝在頂部的千斤頂支撐在爬桿上，整個(gè)滑升荷載將通過(guò)提升架傳遞給爬桿。操作盤(pán)是滑模的主要受力構(gòu)件之一，也是滑模施工的主要工作場(chǎng)地，各構(gòu)件除滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)有足夠的剛度，操作盤(pán)支撐在提升架的主體豎桿件上，通過(guò)提升架與模板連接成一體，并對(duì)模板起著橫向支撐作用，操作盤(pán)采用桁架結(jié)構(gòu)。此外，為便于施工人員隨時(shí)檢查脫模后的混凝土質(zhì)量，及時(shí)修補(bǔ)混凝土局部缺陷，扒出預(yù)埋件，及時(shí)對(duì)混凝土表面進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，爬升桿的下段埋在混凝土內(nèi)，上段穿過(guò)液壓千斤頂?shù)耐ㄐ目?，承受整個(gè)滑模荷載，并作為豎筋的一部分存留在混凝土內(nèi)，在選擇QYD-60型6t滾珠穿心式千斤頂?shù)耐瑫r(shí)，選擇Ф 48mm×3.5mm無(wú)縫鋼管作支撐桿。

1.4 施工操作分析

滑模施工的特點(diǎn)是鋼筋綁扎、混凝土澆筑、滑?；叫凶鳂I(yè)，連續(xù)進(jìn)行互相適應(yīng)，模體就位后，按設(shè)計(jì)進(jìn)行鋼筋綁扎，為保證滑升速度，立筋采用套筒連接，橫筋采用綁扎連接。搭接長(zhǎng)度要符合設(shè)計(jì)規(guī)范要求，根據(jù)滑模的工藝特點(diǎn)，滑模用爬桿（Ф48×3.5mm）需代替部分立筋，且立筋布置于混凝土保護(hù)層一側(cè)，以保證滑升過(guò)程中鋼筋的順利綁扎。

滑升施工中，爬桿在同一水平內(nèi)接頭不超過(guò)1/4，因此，第一套爬桿要有3種以上長(zhǎng)度（6m、3m、2m),錯(cuò)開(kāi)布置。正?；龝r(shí),每根爬桿長(zhǎng)3m或6m,要求平整無(wú)銹皮,當(dāng)千斤頂滑升距爬桿頂端小于350mm時(shí)，應(yīng)接長(zhǎng)爬桿，接頭對(duì)齊，不平處用角磨機(jī)找平磨光，爬桿同環(huán)筋相連焊接加固。

2 水利隧洞豎井襯砌滑模鋪裝技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

滑模施工技術(shù)是利用拖車(chē)設(shè)備在規(guī)定尺寸內(nèi)緩慢移動(dòng)的施工技術(shù)?；炷翝仓Y(jié)構(gòu)的施工方法是由模板系統(tǒng)和液壓提升系統(tǒng)組成的滑模系統(tǒng)，采用模板沿混凝土表面滑移而成，具有施工速度快、結(jié)構(gòu)整體性能好、機(jī)械化程度高、節(jié)約重復(fù)支撐和支撐模板安裝所需材料等優(yōu)點(diǎn)，而且模板拆裝方便。常規(guī)滑模主要應(yīng)用于圓倉(cāng)、筒倉(cāng)。

3 水利隧洞豎井襯砌滑模施工應(yīng)用改進(jìn)探究

3.1 改進(jìn)滑模施工技術(shù)的線索

支撐桿失穩(wěn)現(xiàn)象在滑模施工中時(shí)有發(fā)生，其原因可認(rèn)為是載荷過(guò)大、平臺(tái)傾斜、扭轉(zhuǎn)過(guò)大、千斤頂步距過(guò)大等。為避免或最大限度地減少支撐桿失穩(wěn)，在滑模施工技術(shù)措施中，一般是降低千斤頂和支撐桿的支承能力，即增加安全系數(shù)k值，具體方法是增加支撐桿的數(shù)量，以保證滑模施工的順利進(jìn)行。

3.2 優(yōu)化脫模工藝

現(xiàn)有各種脫模劑在滑模施工中的應(yīng)用效果并不理想，而且很難用同樣的方法繪制，也很難用小鏟子移除粘附在鋼模上的剩余混凝土。第一，滑動(dòng)摩擦系數(shù)的增加，導(dǎo)致對(duì)提升力的需求增加，從而導(dǎo)致千斤頂?shù)奶嵘欢腔坪蠡炷帘砻尜|(zhì)量下降，抹灰量和裝飾量增加，直接影響施工工期和經(jīng)濟(jì)效益。為解決滑移法施工脫模困難的問(wèn)題，我們成功地研究了一種簡(jiǎn)易脫模方法——混凝土電脫模工藝。在電場(chǎng)中，利用新鮮混凝土中的膠粒和水的電滲入和電解作用，電除模設(shè)備在導(dǎo)體(小型電極)與放置在新澆注混凝土中的導(dǎo)電模板之間施加電場(chǎng)，以形成一層潤(rùn)滑劑絕緣，使氣體和水沉積在新澆注混凝土與金屬模板之間的界面，從而減少粘附。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，由于立井井壁承受著巨大的地層壓力和豎向荷載，因此應(yīng)采用厚度小、強(qiáng)度高的井壁結(jié)構(gòu)。因此，力學(xué)性能和施工性能是控制深井開(kāi)挖工作量甚至施工可能性的關(guān)鍵因素。鋼板-高強(qiáng)混凝土復(fù)合井壁在我國(guó)的應(yīng)用，可以解決深井井壁結(jié)構(gòu)問(wèn)題，使井壁厚度更加合理、安全、可靠。