毗河供水一期工程小型隧洞混凝土澆筑施工方法研究

王 波

(中國水利水電第十工程局有限公司，四川 都江堰，611830)

1 工程概況

四川省都江堰灌區(qū)毗河供水工程是以灌溉、城鎮(zhèn)供水為主，兼顧人畜用水和改善生態(tài)環(huán)境的民生工程。中國水利水電第十工程局有限公司承建毗河供水一期工程第二施工分部，各渠系設(shè)計流量22m3/s～1.3m3/s，隧洞斷面尺寸2.7m×2.7m至1.5m×1.8m的共有17.141km。小斷面長距離隧洞，受制于斷面尺寸影響，一般罐車無法進入洞內(nèi)進行混凝土水平運輸，而混凝土長距離泵送，泵管安拆耗時耗力，且容易堵管，堵管對隧洞襯砌質(zhì)量有很大影響，且需花大量人力進行事故處理[1]。

在毗河供水一期工程第二施工分部小斷面隧洞襯砌施工中采用如下施工工法：針對小斷面長距離隧洞洞內(nèi)混凝土運輸目前主要采用接力泵送的方式，受制于隧洞尺寸，HBT60(長×寬×高=6m×2.16m×2.6m)及以上的泵機無法在洞內(nèi)使用，采用1臺HBT80泵機配合HBT45泵機接力，泵送長度有限。毗河二分部在別家山隧洞(斷面尺寸2.45m×2.45m，長度923m)采用2臺2m3的有軌電動罐車進行隧洞襯砌。

2 特小隧洞混凝土施工難點

(1)由于隧洞斷面較小，較大的混凝土運輸設(shè)備無法進洞(3m3～4m3的罐車無法進洞)，使混凝土運輸困難，加大施工難度。

(2)隧洞內(nèi)面積小，只能是單一設(shè)備進入，洞內(nèi)無法錯車，輪式設(shè)備開進去后只能倒車出來，倒車距離一般都在400m～500m左右，操作難度大。

(3)如果采用輪式運輸設(shè)備，由于隧洞斷面小，倒車的速度慢，無法滿足泵送混凝土的輸送和待機要求。

(4)當采用輪式運輸設(shè)備在小斷面隧洞中作業(yè)，運輸設(shè)備排出的廢煙在隧洞中無法有效地排出，給施工場所造成大量的污染，使施工不能正常進行。

(5)由于輪式運輸設(shè)備排出的廢煙在洞內(nèi)不能有效抽排，降低了洞內(nèi)能見度，在施工過程中對人員、設(shè)備安全帶來重大隱患。

3 小隧洞混凝土施工的幾種方法

3.1 混凝土泵接力輸送方法

針對小斷面長距離隧洞洞內(nèi)混凝土運輸，目前主要采用接力泵送的方式，受制于隧洞尺寸，輪式罐車的高度、寬度在2.4m×2.5m的洞內(nèi)使用都非常困難，設(shè)備在洞內(nèi)無法錯車，產(chǎn)生的廢煙長時間停留在洞內(nèi)，造成施工環(huán)境惡化。在隧洞長度在400m～500m范圍內(nèi)可采用串聯(lián)多臺混凝土泵進行接力輸送混凝土，采用兩臺混凝土高壓泵、一臺中壓混凝土泵接力輸送混凝土料來確保澆筑。

采用多臺混凝土泵接力輸送混凝土時，必須要求骨料質(zhì)量[2]，其混凝土配料準確，保證混凝土有很好的和易性，確保混凝土在長距離輸送過程中盡量不出現(xiàn)堵管，一旦出現(xiàn)堵管，處理堵管是非常麻煩的事。

3.2 滑?；炷潦┕し椒?/h3>

在較小引水隧洞混凝土施工中，由于隧洞斷面較小使很多機械都無法使用時，引水隧洞平洞混凝土的襯砌施工也可采用平洞滑模[3]?；８鶕?jù)隧洞尺寸進行制作，并在洞內(nèi)組裝，它能用于各類斷面的隧洞混凝土施工，小型混凝土泵在鐵軌上行走，混凝土用建筑工地的4輪前翻斗車運輸，能滿足較小隧洞斷面要求。

同時，在滑?；炷潦┕ぶ?，因為模板和鋼筋、混凝土施工同時進行，避免了傳統(tǒng)施工中各工序相互制約的因素，提高了施工速度。由于采用了液壓滑模施工，混凝土在初凝后即可移動滑模，滑?；瑒雍蠡炷脸霈F(xiàn)缺陷能及時發(fā)現(xiàn)和處理，使混凝土的施工質(zhì)量和進度都得到了保證。使用液壓滑模施工時應(yīng)前、后工序組織管理有序，減少無故的停頓。

3.3 軌道與臥罐運送混凝土方法

小斷面長距離隧洞受制于傳統(tǒng)襯砌方法低效率、高額成本且無法保證施工質(zhì)量，在隧洞斷面尺寸2.7m×2.7m至1.5m×1.8m的隧洞襯砌施工中大量應(yīng)用有軌電動罐車系統(tǒng)。該方法有效地加快了隧洞襯砌施工進度，也保證了質(zhì)量，能取得較好的社會效益和經(jīng)濟效益。

4 電動臥罐運送混凝土施工方法

4.1 工藝流程

軌道電動罐車系統(tǒng)包括軌道罐車、HBT45泵機等附屬設(shè)備組成。根據(jù)隧洞斷面尺寸、成熟的軌道電動平車參數(shù)[4]，定制混凝土臥罐，組成軌道電動罐車。將普通HBT45泵機改裝為軌道式，由軌道罐車牽引至鋼模臺車處。軌道罐車將混凝土由洞口運輸至泵機處，泵機泵送混凝土入倉完成混凝土澆筑。軌道電動罐車系統(tǒng)澆筑流程如圖1所示。

圖1 軌道電動罐車系統(tǒng)澆筑流程示意

4.2 施工強度

以黃泥巴隧洞斷面尺寸2m×2.1m，有軌電動罐車臥罐容積1.5m3為例，結(jié)合施工經(jīng)驗、規(guī)范，軌道電動罐車澆筑強度計算如下：

軌道電動罐車循環(huán)時間T=t1+t2+t3+t4

t1——混凝土倒入臥罐時間，因只有1.5m3，取1min；

t2——列車在往返途中運行時間，考慮最長單頭襯砌500m，其中泵機泵送72m，罐車最長往返長度為2×(500-72)=856m，運行速度取3m/s=10.8km/h，則t2=4.76min；

t3——罐車卸料時間，使用GH45-18泵機，理論泵送時間1.5/45×60=2min，取t3=3min；

t4——由于組織和技術(shù)上的原因可能發(fā)生的無法估計的停車時間，min，一般取t1～t3之和的5%～10%。

T=t1+t2+t3+t4=(1+4.76+3)×1.1=9.63min，小于混凝土初凝時間。

4.3 隧洞底板處理

雖然軌道電動罐車壓強較小，但仍需要對隧洞的底板進行先期處理。首先對隧洞底板進行清理，隧洞底板清理完成并驗收后，用混凝土對底板找平，待底板混凝土達到強度并能受壓后，再進行隧洞內(nèi)的軌道鋪設(shè)；隨后HBT45混凝土泵機、電動混凝土臥罐都在軌道上運行，并完成隧洞混凝土澆筑。

4.4 軌道安裝

由于隧洞混凝土澆筑時混凝土運輸采用軌道電動罐車，其壓強較小，荷載也較小，而采用的軌高為63.5mm，理論重量8.94kg/m，單根長度6m的輕軌作為電動平車的軌道。結(jié)合隧洞配筋及實際需要，采用C16鋼筋固定軌道，鋼筋間距約1.5m，也在一定距離打一定數(shù)量的φ25插筋于軌道兩側(cè)，插筋深40cm，插筋孔內(nèi)注入砂漿再插入鋼筋，插筋起到固定軌的作用。施工過程中務(wù)必確保軌道順直，軌距符合要求，不發(fā)生側(cè)移和滑動。

4.5 軌道電動臥罐車安裝調(diào)試

結(jié)合隧洞斷面尺寸、成熟軌道電動平車參數(shù)，定制混凝土臥罐。在滿足軌道電動平車運輸能力及洞內(nèi)照明通風需求的前提下，盡量加大臥罐容積，還需考慮HBT45泵機進料口高度，以便于放料。電動平車也需根據(jù)臥罐參數(shù)預(yù)留加固件，配置足夠的動力系統(tǒng)。HBT45拖泵也需進行改裝，以便在軌道上行走。

4.6 軌道電動罐車運行

軌道電動罐車通過牽引系統(tǒng)來實現(xiàn)前進和后退，混凝土運輸過程中保持臥罐低速轉(zhuǎn)動，僅需1名普工進行簡單操作和收放電纜線。運行過程中主要注意軌道固定情況、軌道電動罐車運行情況、有無漏電情況，出現(xiàn)問題及時處理。

4.7 混凝土泵送

混凝土泵機[5]啟動后，應(yīng)先泵送適量清水以潤濕混凝土泵的料斗、活塞及輸送管內(nèi)壁等直接與混凝土接觸部位。經(jīng)過泵送清水檢查后，確認混凝土泵和輸送管中無異物后，可泵送水泥凈漿、砂漿等潤滑泵管。潤滑用漿料泵出后不得作為結(jié)構(gòu)混凝土使用，回收至污水處理池，經(jīng)處理后另作他用。

為保證混凝土連續(xù)供應(yīng)，在軌道電動罐車離開泵機后，應(yīng)采取間隙泵送方式，放慢泵送速度，并保證料斗中混凝土在攪拌軸線以上，不許吸空或無料泵送。間隙泵送可采用每間隔4min至5min進行兩個行程的反泵，再進行兩個行程正泵的泵送方式。協(xié)調(diào)好混凝土接料、運輸、泵送過程，各個施工工序銜接緊密，確?；炷吝B續(xù)供應(yīng)。如果混凝土坍落度過低，不準在料斗內(nèi)加水，只能將攪拌均勻的水泥砂漿加入料斗。

泵送過程中，若泵送壓力突然升高或輸送管路有振動現(xiàn)象，則應(yīng)反泵2～3個行程，然后正泵，也可用木棰敲打錐形管、彎管等易堵部位，若堵管連續(xù)反泵幾個行程未能排除，應(yīng)暫停泵送進行排堵處理。

泵送過程中應(yīng)經(jīng)常注意油溫，當油溫超過45℃時，打開冷卻風扇后，油溫繼續(xù)升高，并超過65℃時，說明設(shè)備有故障，應(yīng)停機檢修，盡快恢復，避免冷縫產(chǎn)生。

5 小隧洞混凝土澆筑時的安全要求[6]

(1)在小型隧洞中采用有軌電動臥罐進行混凝土澆筑，由于隧洞斷面尺寸小，隧洞左、右兩側(cè)留下的空間非常窄小，在電動臥罐通過時容易傷害行人，所以，隧洞混凝土澆筑過程中盡量控制施工人員頻繁進出洞內(nèi)，如有工作人員在隧洞內(nèi)行走碰上罐車應(yīng)主動避讓。同時，電動臥罐上嚴禁綁扎寬于罐體的鋼筋、木棍等超長物體，以免造成意外傷害。

(2)施工人員必須持證上崗，并經(jīng)過安全培訓，堅持班前五分鐘，對當天存在的不安全因素及危險源進行分析并采取防范措施，施工前對工作面存在的安全隱患進行排查和處理，進入施工現(xiàn)場的作業(yè)人員必須戴好勞動防護用品。

(3)施工用電、電動機械和設(shè)備必須接地，絕不允許使用破碎電線、電纜，嚴防設(shè)備漏電。施工用電線路由持證電工專職負責定期維護，發(fā)現(xiàn)有電路、線路問題及時處理，保障用電安全。

(4)軌道電動罐車啟動前應(yīng)鳴笛，運行過程中注意避讓作業(yè)人員，在軌道末端設(shè)置限位器，避免軌道電動罐車脫軌。對泵機、軌道電動罐車進行定期維護保養(yǎng)，確保其處于良好工況，泵機由持證人員按操作規(guī)程操作。運行安全要遵循4～6節(jié)軌道電動罐車運行要求。

6 施工效果

有軌電動罐車操作僅需普工1人，操作簡單，泵管安拆僅約80m，省時省力，在隧洞底板處理后進行邊頂拱襯砌與底板澆筑，施工過程中各施工工序銜接良好，除因暴雨等因素基本做到一天一倉(10m一倉)。隧洞內(nèi)混凝土在運輸過程中未發(fā)生拌合物分離、嚴重泌水及坍落度下降過大問題，單頭襯砌400m時，每倉用時約3h，從未出現(xiàn)因混凝土供應(yīng)不及時帶來的冷縫等質(zhì)量問題，襯砌成形，混凝土色澤均勻，無蜂窩、麻面等現(xiàn)象。

7 結(jié)語

在毗河供水一期工程第二施工分部小斷面隧洞襯砌施工中采用有軌電動臥罐進行混凝土運輸，在別家山隧洞采用2臺2m3的有軌電動罐車進行隧洞襯砌，均取得了良好的施工效果。有軌電動罐車系統(tǒng)相對于接力泵送和輪式運輸罐車在施工環(huán)境、施工效率、施工難度、混凝土運輸質(zhì)量、澆筑效果等方面均具有明顯優(yōu)勢。毗河供水一期工程有軌電動罐車系統(tǒng)進行小斷面隧洞襯砌的施工技術(shù)具有一定優(yōu)勢，對于水利工程中的支干渠上的小隧洞混凝土澆筑有一定的指導作用。