超長小端面無壓自流式引水隧洞施工技術(shù)研究

◎ 楊金龍 安徽水利開發(fā)有限公司

1.引言

在水利建設(shè)中，城門洞形是水工隧洞中較為常見的類形，小斷面隧洞是水電站工程和引水工程施工中的重要環(huán)節(jié)。小斷面長隧洞由于施工難度較大，所需的施工工期較長，往往會成為工程的關(guān)鍵線路，為保證總工期的實現(xiàn)，要求它必須快速施工。

針對上述問題，本文旨在一種城門洞型小端面隧洞施工技術(shù)，可以解決城門洞型小端面隧洞襯砌模板裝拆及隧道洞身澆筑施工難題。

2.工程概況與技術(shù)原理

2.1 工程概況

舒城縣脫貧攻堅“雙基”達標(biāo)工程一期項目(七門堰樞紐加固工程)包括七門堰樞紐加固，沖砂閘、引水閘拆除重建，七門堰上游左堤2.4km堤防加固，七門堰下游左右堤新建連接游步道3.4km，七門堰上游右堤0.6km混凝土道路拆除重建，七門堰上游右岸0.65k m防浪墻新建，高壓擺噴水泥漿固結(jié)體截滲墻22638.98m，亮化工程，綠化工程，機電設(shè)備安裝工程。七門堰設(shè)計分縫為30m一段，共8段合計240m。以30m長，寬17m，高1m分塊澆筑為例，一層混凝土方量約510m，混凝土澆筑量較大，連續(xù)澆筑時間長，因此要求每次澆筑混凝土勞動力按兩班人員配備。工程規(guī)模：工程等別IV等，規(guī)模?。?）型、主要建筑物級別4級、次要建筑物級別5級。

2.2 技術(shù)原理

如圖1所示，隧洞底板和先澆側(cè)墻段的頂模、端部模板和側(cè)模施工采用懸掛對撐組合吊架體系，側(cè)墻段、隧道拱頂模板施工分別采用側(cè)墻段模板、拱頂模板；洞身拱頂模板在對接處采用下延式加強拱架的設(shè)計，洞身側(cè)墻段模板與拱頂模板在對接處采用端頭模板啟閉裝置連接，側(cè)墻段模板脫模采用脫模狀態(tài)穩(wěn)固裝置；洞身拱頂模板采用模架臺車頂部的頂面升降式支架體系進行頂固，洞身側(cè)墻段模板與拱頂模板采用模架臺車實現(xiàn)整體穩(wěn)固，模架臺車設(shè)有脫模狀態(tài)穩(wěn)固裝置、噴淋養(yǎng)護裝置和后撐式固定定位支架體系。

2.2.1 懸掛對撐組合吊架體系

如圖1-a所示，懸掛對撐組合吊架體系主要由第六懸吊鋼絲繩、第一懸吊橫梁、第二懸吊橫梁、斜向支撐、豎向支撐梁、夾固定件、第九懸吊鋼絲繩、固定螺桿、第七懸吊鋼絲繩、第八懸吊鋼絲繩、第十懸吊鋼絲繩組成，懸掛對撐組合吊架體系采用夾固定件和固定螺桿固定于側(cè)墻段巖石上。

2.2.2 洞內(nèi)模板定型化安裝體系

如圖1-b和圖1-c所示，側(cè)墻段模板和拱頂模板在隧道內(nèi)吊裝施工時，采用洞內(nèi)模板定型化安裝體系，采用天錨與弧形密貼導(dǎo)板和對撐梁組合吊裝技術(shù)；洞身拱頂模板吊裝采用弧形密貼導(dǎo)板，弧形密貼導(dǎo)板形狀與拱頂段巖石形狀相似，拱頂段巖石上設(shè)置多處千斤頂；洞內(nèi)模板定型化安裝體系主要由豎向固定板、弧形密貼導(dǎo)板、第一對撐梁、第二懸吊鋼絲繩、第一懸吊鋼絲繩、第四懸吊鋼絲繩、第三懸吊鋼絲繩、第二對撐梁、第五懸吊鋼絲繩、第十一懸吊鋼絲繩組成。

2.2.3 端頭模板啟閉裝置

如圖1-d所示，端頭模板啟閉裝置主要由端頭模板夾固件、連桿耳板、固定拉絲、轉(zhuǎn)動鉸鏈、頂部弧形耳板、千斤頂拉伸桿、拉固千斤頂、固定螺絲、螺帽、橫向拉桿組成，端頭模板夾固件夾固在對接處的洞身側(cè)墻段模板與拱頂模板的內(nèi)側(cè)面兩端，拉固千斤頂設(shè)在臺車側(cè)面立柱頂部附近。

圖1 城門洞型小端面隧洞施工示意圖

2.2.4 脫模狀態(tài)穩(wěn)固裝置

如圖1-d所示，脫模穩(wěn)固裝置主要由頂部弧形耳板、拉固耳板固定桿、千斤頂拉絲桿、拉伸千斤頂、固定扣件組成；拉固耳板固定桿均勻焊接在洞身側(cè)墻段模板的內(nèi)側(cè)面，拉伸千斤頂均勻設(shè)在臺車側(cè)面立柱的外側(cè)面。

2.2.5 噴淋養(yǎng)護裝置

如圖1-d所示，噴淋養(yǎng)護裝置均勻布設(shè)在兩側(cè)的臺車側(cè)面立柱尾部，噴淋養(yǎng)護裝置主要由內(nèi)置噴淋管、內(nèi)腔體和L形插拔噴淋管組成，內(nèi)置噴淋管設(shè)在內(nèi)腔體內(nèi)，L形插拔噴淋管與內(nèi)置噴淋管插拔連接。

2.2.6 頂面升降式支架體系

如圖1-d所示，頂面升降式支架體系設(shè)置在臺車頂部固定平臺上方，頂面升降式支架體系主要由橫向千斤頂、第一千斤頂固定座、第二千斤頂固定座、定型化支架密貼弧托板、豎向千斤頂構(gòu)成，橫向千斤頂和豎向千斤頂?shù)纳炜s桿端部與定型化支架密貼弧托板下部連接，定型化支架密貼弧托板頂在拱頂模板下方。

2.2.7 后撐式固定定位支架體系

如圖1-e所示，后撐式固定定位支架體系主要由掛固板的鉚釘預(yù)留孔、鉚釘、固定掛板的拉環(huán)預(yù)留孔、拉環(huán)固定板、固定掛板、弧形夾固拉環(huán)構(gòu)成，拉環(huán)固定板設(shè)在行走軌道尾部上方，鉚釘設(shè)在已澆筑完成的底板頂部。

3.超長小端面無壓自流式引水隧洞施工步驟

3.1 施工準(zhǔn)備

加工制作頂模、側(cè)模和端部模板，工廠定制拱頂模板、豎向固定板、弧形密貼導(dǎo)板、側(cè)墻段模板和定型化支架密貼弧托板，加工定制模架臺車的骨架和L形插拔噴淋管。

3.2 測量放樣

放樣出天錨、懸吊裝置錨桿和固定螺桿的安裝位置，同時測量出頂模和側(cè)模的高程，確定好行走軌道的鋪設(shè)位置，此外還需測定拱頂模板、側(cè)墻段模板的安裝位置及高程。

3.3 安裝對撐組合梁架

預(yù)先拼裝懸掛對撐組合吊架體系，在測定好固定螺桿的位置對側(cè)墻段巖石鉆孔，再將固定螺桿安裝到鉆孔內(nèi)，將第一懸吊橫梁和第二懸吊橫梁分別插入夾固定件預(yù)留孔，之后將夾固定件套在固定螺桿上，然后再擰緊夾固定件。

3.4 底板和先澆側(cè)墻段模板施工

在模板安裝前，先綁扎底板和先澆側(cè)墻段的鋼筋籠，在第一懸吊橫梁的指定位置分別安裝第六懸吊鋼絲繩、第九懸吊鋼絲繩、第七懸吊鋼絲繩、第八懸吊鋼絲繩、第十懸吊鋼絲繩，同時將第六懸吊鋼絲繩和第九懸吊鋼絲繩另一端與端部模板懸吊耳板連接，將第七懸吊鋼絲繩另一端與側(cè)模的懸吊耳板連接，將第八懸吊鋼絲繩和第十懸吊鋼絲繩另一端與頂模的懸吊耳板連接。局部調(diào)整頂模、側(cè)模和端部模板的位置，然后在兩側(cè)的側(cè)模之間焊接多排對撐桿，再利用多個豎向連接桿將多排對撐桿與頂模焊接為一整體。

3.5 澆筑底板和先澆側(cè)墻段

頂模、側(cè)模和端部模板安裝完畢后，在先澆側(cè)墻段插入注漿管進行壓漿澆筑底板和先澆側(cè)墻段的混凝土，再養(yǎng)生混凝土到指定強度。

3.6 洞內(nèi)模板懸吊裝置施工

先拆除懸掛對撐組合吊架體系，將豎向固定板和弧形密貼導(dǎo)板拼裝成洞內(nèi)模板懸吊裝置，在測定好天錨和懸吊裝置錨桿的位置對側(cè)墻段巖石鉆孔，再安裝天錨，具體地，在側(cè)墻段模板和拱頂模板需要吊裝位置的兩邊側(cè)面對側(cè)墻段巖石鉆孔，在側(cè)墻段模板和拱頂模板需要吊裝位置的兩邊側(cè)面頂部的拱頂段巖石施工多排天錨的鉆孔。在指定位置利用自動升降機將洞內(nèi)模板懸吊裝置提升到指定高程，用懸吊裝置錨桿穿過豎向固定板的螺孔并套上錨桿螺母和固定板螺母，然后將懸吊裝置錨桿安裝到鉆孔內(nèi)，微調(diào)洞內(nèi)模板懸吊裝置后，再分別擰緊錨桿螺母和固定板螺母。

3.7 隧道拱頂模板施工

在模板安裝前，先綁扎側(cè)墻段和隧道拱頂?shù)匿摻罨\，將拱頂模板運輸?shù)桨惭b位置，在第二懸吊滑輪的位置安裝第一懸吊鋼絲繩，第一懸吊鋼絲繩下方與拱頂模板邊懸吊孔連接。在第四懸吊滑輪的位置安裝第四懸吊鋼絲繩，第四懸吊鋼絲繩下方纏繞在弧形密貼導(dǎo)板上后固結(jié)。在第三懸吊滑輪的位置安裝第三懸吊鋼絲繩，第三懸吊鋼絲繩下方纏繞在弧形密貼導(dǎo)板上后固結(jié)。在懸吊耳板的位置分別安裝第二懸吊鋼絲繩和第十一懸吊鋼絲繩，第二懸吊鋼絲繩下方在弧形密貼導(dǎo)板上纏繞后固結(jié)，第十一懸吊鋼絲繩下方在弧形密貼導(dǎo)板的中央纏繞后固結(jié)。然后同時利用手拉葫蘆分別對第二懸吊鋼絲繩、第一懸吊鋼絲繩、第四懸吊鋼絲繩、第三懸吊鋼絲繩、第十一懸吊鋼絲繩牽引拉升，將拱頂模板拉升到指定位置，然后固定好懸吊鋼絲繩的位置。

3.8 安裝隧道側(cè)墻段模板

將側(cè)墻段模板運輸?shù)桨惭b位置，在第一懸吊滑輪的位置安裝第五懸吊鋼絲繩，第五懸吊鋼絲繩下方與側(cè)墻段模板懸吊孔連接。然后同時利用手拉葫蘆分別對兩側(cè)的第五懸吊鋼絲繩牽引拉升，將側(cè)墻段模板拉升到指定位置，然后固定好懸吊鋼絲繩的位置。

3.9 端頭模板施工

將拱頂模板底部與側(cè)墻段模板頂部在拼接處對接，并將拱頂模板的底部下延段套在洞身側(cè)墻段模板的頂部外側(cè)，再將端頭模板夾固件夾套在對接處的洞身側(cè)墻段模板與拱頂模板的內(nèi)側(cè)面兩端，然后再用固定螺絲和螺帽對端頭模板夾固件兩端進行緊固。

3.10 鋪設(shè)行走軌道

在隧道洞內(nèi)底板的鋪設(shè)位置上鋪設(shè)行走軌道，并在兩側(cè)的行走軌道上焊接斜向的固定拉絲桿，在行走軌道尾部上方焊接拉環(huán)固定板。

3.11 組拼鋼臺車支架

將模架臺車的骨架運輸?shù)侥０灏惭b位置下方，將滾輪擱置在行走軌道上，在拉伸千斤頂?shù)墓潭ㄗ鶆蚝附釉趦蓚?cè)的臺車側(cè)面立柱的外側(cè)面的指定位置，在兩側(cè)的臺車側(cè)面立柱頂部附近的指定位置焊接拉固千斤頂?shù)墓潭ǖ鬃?，分別在拉伸千斤頂?shù)墓潭ㄗ屠糖Ы镯數(shù)墓潭ǖ鬃鶅?nèi)安裝拉伸千斤頂和拉固千斤頂，在兩側(cè)的臺車側(cè)面立柱頂部的外側(cè)面的指定位置焊接橫向拉桿，將斜向的千斤頂拉伸桿與橫向拉桿焊接。在臺車頂部固定平臺的頂部對稱焊接第一千斤頂固定座，在臺車頂部固定平臺的頂部中央焊接第二千斤頂固定座。

3.12 安裝噴淋養(yǎng)護裝置

將L形插拔噴淋管套在內(nèi)腔體的內(nèi)置噴淋管上，L形插拔噴淋管可根據(jù)不同位置的噴淋養(yǎng)生，調(diào)整L形插拔噴淋管的安裝角度。

3.13 安裝頂面升降體系

先將橫向千斤頂和豎向千斤頂?shù)纳炜s桿端部與定型化支架密貼弧托板下部焊接，然后在第一千斤頂固定座內(nèi)安裝橫向千斤頂和豎向千斤頂，在第二千斤頂固定座的固定底座內(nèi)安裝豎向千斤頂。微調(diào)橫向千斤頂和豎向千斤頂使得定型化支架密貼弧托板支撐在拱頂模板下方。

3.14 安裝脫模穩(wěn)固裝置

在和洞身側(cè)墻段模板內(nèi)側(cè)底部倒角處焊接底部耳板，將固定拉絲桿端部和洞身側(cè)墻段模板的底部耳板對接，采用緊固銷釘實現(xiàn)緊固。將固定拉絲和橫向拉桿的頂部弧形耳板對接，然后用固定扣件進行鎖死。在洞身側(cè)墻段模板的內(nèi)側(cè)面指定位置均勻焊接拉固耳板固定桿，將拉伸千斤頂和拉固耳板固定桿的頂部弧形耳板對接，然后用固定扣件進行鎖定。

然后微調(diào)拉固千斤頂和拉伸千斤頂，同時，微調(diào)橫向千斤頂和豎向千斤頂使得定型化支架密貼弧托板頂緊拱頂模板，即可使得拱頂模板和側(cè)墻段模板實現(xiàn)穩(wěn)固。

3.15 安裝后撐式固定支架體

在已澆筑完成的底板頂部鉆孔并安裝鉚釘，將鉚釘穿過掛固板的鉚釘預(yù)留孔，使得固定掛板套固在鉚釘上，從而保證模架臺車穩(wěn)固，進而保證拱頂模板和側(cè)墻段模板的穩(wěn)固。

3.16 系澆筑隧道洞身

對側(cè)墻段和隧道拱頂?shù)幕炷翝仓┕ぃㄟ^模架臺車上的注漿系統(tǒng)噴護混凝土，完成本循環(huán)施工。

3.17 洞身噴淋養(yǎng)護

澆筑完成后，松脫固定螺絲和螺帽，調(diào)整橫向千斤頂和豎向千斤頂以及拉固千斤頂和拉伸千斤頂，即可穩(wěn)固脫模，并將洞身側(cè)墻段模板和拱頂模板快速固定于模架臺車的臺車側(cè)面立柱上，同時將拱頂模板穩(wěn)固擱置在定型化支架密貼弧托板上。

微調(diào)L形插拔噴淋管的角度，將固定掛板套固從鉚釘上取下，拆除緊固銷釘，驅(qū)動模架臺車，同時利用噴淋養(yǎng)護裝置對剛剛澆筑完成的側(cè)墻段和隧道拱頂?shù)幕炷吝M行噴淋養(yǎng)生。

4.結(jié)論

本文結(jié)合七門堰樞紐加固工程實例，采用的城門洞型小端面隧洞施工技術(shù)，具體的效益如下：

（1）本技術(shù)涉及的懸掛對撐組合吊架體系，拼裝方便，提高了底板模板安裝效率，提高了隧洞底板混凝土的澆筑速度，施工周期短，具有良好的經(jīng)濟效益。

（2）本技術(shù)涉及的洞身側(cè)墻段模板與拱頂模板在對接處設(shè)置端頭模板啟閉裝置，設(shè)計巧妙，可實現(xiàn)快速裝拆，大大提高了施工效率。

（3）本技術(shù)涉及的洞身拱頂模板在對接處采用下延式的設(shè)計，可實現(xiàn)快速對接拼裝，下延式加強拱架的設(shè)置，可保證端頭模板的牢固對接，有效保障了側(cè)墻段模板與拱頂模板的安裝質(zhì)量。

（4）本技術(shù)涉及的洞身拱頂模板采用頂面升降式支架體系穩(wěn)固，采用千斤頂將定型化支架密貼頂緊拱頂模板，防止拱頂模板澆筑時發(fā)生變形。

（5）本技術(shù)涉及的模架臺車設(shè)有脫模狀態(tài)穩(wěn)固裝置，可將洞身側(cè)墻段模板快速固定于模架臺車內(nèi)骨架上，可實現(xiàn)脫模后側(cè)墻段模板的穩(wěn)定，防止脫模時對洞身混凝土結(jié)構(gòu)的碰損，保證了隧洞洞身的施工質(zhì)量。

（6）本技術(shù)涉及的模架臺車設(shè)有后撐式固定定位支架體系，可保持模架臺車的穩(wěn)定性，減少走模及脫模現(xiàn)象，保證了隧洞洞身混凝土的澆筑質(zhì)量。

（7）本技術(shù)涉及的模架臺車設(shè)有噴淋養(yǎng)護裝置，噴淋養(yǎng)護裝置固定于模架臺車尾部骨架上，可滿足不同角度的噴淋養(yǎng)生，洞身混凝土澆筑完成后，模架臺車向前行駛時，可實現(xiàn)快速噴淋養(yǎng)生，提高了施工效率。