圓形輸水隧洞洞壁逐窗分層澆筑施工技術(shù)研究

廖乾成，李 萌，胥 青，李凡凡

(1.四川港航建設(shè)工程有限公司，四川 成都 610041；2.浙江世潤(rùn)建創(chuàng)科技發(fā)展有限公司，浙江 杭州 310002)

0 前 言

圓形隧洞由于結(jié)構(gòu)合理，受力性能好，被廣泛運(yùn)用在水利水電工程的發(fā)電引水隧洞、泄洪洞、沖砂洞等有壓隧洞及部分灌溉引水隧洞，水工隧洞因?yàn)橐^(guò)水，要防止水流沖刷，對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量要求較高[1-2]。

在實(shí)際隧洞洞壁澆筑過(guò)程中，傳統(tǒng)施工方法存在以下問(wèn)題：①邊墻澆筑過(guò)程中需要多次換管，工序復(fù)雜、勞動(dòng)強(qiáng)度大；②洞壁混凝土離析、骨料堆積、產(chǎn)生“人”字坡冷縫等弊端；③拱頂澆筑屬于隱蔽工程，混凝土往往存在厚度不足、拱頂脫空嚴(yán)重[3]。

考慮到實(shí)際工程中圓形隧洞用途各異，本文依托岷江犍為航電樞紐塘壩鄉(xiāng)排水隧洞工程，開(kāi)發(fā)了一種圓形輸水隧洞洞壁逐窗分層澆筑施工技術(shù)，該技術(shù)設(shè)計(jì)了一種分層澆筑系統(tǒng)輔助隧洞洞壁施工，該分層澆筑系統(tǒng)由主料斗、主分流管、二級(jí)料斗、次分流管、三級(jí)料斗、上中下輸料管等部分構(gòu)成，通過(guò)操作相應(yīng)的抽插擋板，使混凝土流向各工作窗口，實(shí)現(xiàn)二襯洞壁混凝土逐窗分層澆筑，拱頂采用RPC注漿管注漿，頂部端模設(shè)置攝像頭進(jìn)行監(jiān)控混凝土澆筑，工程應(yīng)用表明，本技術(shù)一次接管直到澆筑完成，不用更換泵管，僅需輕松操作抽插擋板即可控制混凝土逐層逐窗入模，效率高，有效地避免了混凝土離析、骨料堆積、拱頂混凝土厚度不足與拱頂脫空等問(wèn)題，具有較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

1.1 工程簡(jiǎn)介

岷江犍為航電樞紐工程[4-5]位于四川省岷江干流下游河段，壩址位于樂(lè)山市犍為縣，犍為航電樞紐為河床式水電站，閘壩式擋水建筑物，Ⅲ級(jí)船閘(單級(jí))通航1 000 t級(jí)船舶。犍為航電樞紐庫(kù)區(qū)防護(hù)工程重點(diǎn)為塘壩鄉(xiāng)防護(hù)工程，塘壩鄉(xiāng)防護(hù)工程主要包括塘壩鄉(xiāng)防洪堤、排澇泵站和排水隧洞，排水隧洞軸線長(zhǎng)約380 m，進(jìn)口采用攔水壩取水，排澇采用3臺(tái)抽水泵，裝機(jī)容量為2 000 kW。

1.2 水文條件

岷江流域徑流主要來(lái)源于降水，其次為高山溶雪水和地下水補(bǔ)給。汛期為每年的5月～10月，枯期為11月～次年4月，6月～10月的徑流主要由降雨形成，11月～次年3月的徑流主要由地下水補(bǔ)給，4月、5月的徑流則由降雨和溶雪混合補(bǔ)給，徑流年際變化小，而年內(nèi)變化較大[6]。犍為航電樞紐工程施工期設(shè)計(jì)洪水成果表見(jiàn)表1，其壩址水位-流量關(guān)系見(jiàn)表2。

表1 犍為航電樞紐工程施工期設(shè)計(jì)洪水成果 單位：m3/s

1.3 地質(zhì)情況

塘壩鄉(xiāng)排水隧洞沿線覆土層厚度整體較薄，主要為第四系殘積粉質(zhì)黏土夾碎石、塊石為主，厚0.5～1.5 m不等，隧洞出口下方覆蓋范圍不大的人工堆積體，成分為砂卵石，厚4.3～5.5 m不等，下伏基巖為青灰色中厚層泥質(zhì)粉砂巖與粉砂質(zhì)泥巖互層，強(qiáng)風(fēng)化厚度10～15 m，裂隙十分發(fā)育，普遍夾泥[7]。

表2 壩址水位-流量關(guān)系表

2 圓形輸水隧洞洞壁逐窗分層澆筑施工技術(shù)

2.1 技術(shù)原理與工藝流程

設(shè)計(jì)了一種分層澆筑系統(tǒng)輔助隧洞邊墻施工，該分層澆筑系統(tǒng)由主料斗、主分流管、二級(jí)料斗、次分流管、三級(jí)料斗、上輸料管、中輸料管、下輸料管、抽插擋板等部分構(gòu)成，如圖1所示。在針梁模板體系支設(shè)完成后，在主料斗中灌注配置好的混凝土，通過(guò)操作各級(jí)輸料管端部的抽插擋板，使混凝土分段、分層流向各工作窗口，實(shí)現(xiàn)洞壁混凝土逐窗分層澆筑[8]。

圖1 圓形輸水隧洞洞壁逐窗分層澆筑結(jié)構(gòu)圖

在隧洞拱頂模注漿孔處設(shè)置法蘭盤，將RPC注漿管插入法蘭盤中，拱頂利用RPC注漿管注入微膨脹結(jié)合料，通過(guò)RPC注漿管管口的溢漿初步判定拱頂飽滿程度，同時(shí)在頂部端模上設(shè)置攝像頭監(jiān)控混凝土澆筑，預(yù)防襯砌拱頂缺陷。施工工藝流程見(jiàn)圖2。

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 針梁模板體系安裝及臺(tái)車行走

1)將預(yù)先安裝好上部鋼軌、下部鋼軌的針梁與針梁外框進(jìn)行組裝，核對(duì)針梁中心線是否與隧洞中線重合，針梁外框上設(shè)置伸縮千斤頂以及連接絲杠初步固定臺(tái)車側(cè)模及頂模，臺(tái)車側(cè)模各分段模板之間、臺(tái)車側(cè)模與頂模之間均設(shè)置連接鋼鉸進(jìn)行連接。

圖2 圓形輸水隧洞洞壁逐窗分層澆筑施工工藝流程圖

2)當(dāng)臺(tái)車模板體系初步安裝后，打開(kāi)針梁外框下部的支撐架，降下針梁兩端的升降油缸，在外力作用下針梁沿著隧洞中心線向前移動(dòng)，當(dāng)針梁移動(dòng)到設(shè)計(jì)的位置后，升起針梁兩端的升降油缸，在外力作用下，臺(tái)車模板體系及針梁外框沿針梁上部鋼軌向前移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到指定位置時(shí)，將臺(tái)車側(cè)模及頂模撐牢緊固。

2.2.2 安裝分層澆筑系統(tǒng)

在工廠提前預(yù)制分層澆筑系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)，該系統(tǒng)主要由主料斗(見(jiàn)圖4)、主分流管、二級(jí)料斗、次分流管、三級(jí)料斗、上輸料管、分流串筒(見(jiàn)圖5)、中輸料管、下輸料管、抽插擋板等部分構(gòu)成，將分層澆筑系統(tǒng)各部件運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)后，針梁外框頂部支設(shè)料斗臺(tái)架，主料斗放在料斗臺(tái)架上，主料斗下部?jī)蓚?cè)對(duì)稱安裝主分流管，主分流管端部與二級(jí)料斗連接，二級(jí)料斗擱置于料斗擱置架上，二級(jí)料斗下部對(duì)稱設(shè)置次分流管，次分流管下部與三級(jí)料斗連接，三級(jí)料斗下部設(shè)置上輸料管及分流串筒，分流串筒通過(guò)串筒箍筋箍在針梁外框上，分流串筒下部分別設(shè)置中輸料管及下輸料管，上輸料管、中輸料管及下輸料管端部均插入到臺(tái)車側(cè)模中預(yù)留的輸料孔內(nèi)。主分流管上端部、次分流管上端部、上輸料管上端部、分流串筒上端部、中輸料管上端部、下輸料管上端部均設(shè)置有抽插擋板，通過(guò)抽插擋板控制每級(jí)輸料管的下料[9]。

圖3 分層澆筑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖4 主料斗

圖5 分流串筒

2.2.3 安裝注漿組合件及攝像頭

1)在臺(tái)車頂模上預(yù)設(shè)注漿孔(見(jiàn)圖6)，注漿孔內(nèi)焊接法蘭盤(見(jiàn)圖7)，RPC注漿管穿過(guò)法蘭盤上的注漿孔后上部頂緊防水板，RPC注漿管下端部套上注漿組合件。安裝RPC注漿管與安裝注漿組合件如圖8～9所示。

圖6 頂模注漿孔

圖7 固定法蘭盤

圖8 安裝RPC注漿管

圖9 安裝注漿組合件

2)在臺(tái)車模板體系兩端(沿隧洞縱向方向)設(shè)置堵頭模板，堵頭模板最高處打孔，孔內(nèi)安裝攝像頭。

2.2.4 隧洞混凝土澆筑

1)邊墻混凝土澆筑：采用泵送混凝土送至主料斗中，通過(guò)控制抽插擋板，混凝土先從下輸料管進(jìn)入模內(nèi)，后從中輸料管進(jìn)入模內(nèi)，最后從上輸料管進(jìn)入模內(nèi)，依次從洞底向上灌注，兩側(cè)對(duì)稱均勻灌注，振搗棒不停地振搗，當(dāng)澆筑的混凝土頂面達(dá)到臺(tái)車側(cè)模與臺(tái)車頂模交界處，停止灌注[10]。施工現(xiàn)場(chǎng)如圖10～13所示。

圖10 安裝泵管

圖11 控制分流串筒抽插擋板流向一級(jí)窗口

圖12 逐窗振搗

圖13 灌注窗關(guān)閉

2)拱頂混凝土澆筑：隧洞邊墻混凝土澆筑完成后，通過(guò)RPC注漿管向拱頂灌注微膨脹混凝土(見(jiàn)圖14)，注漿組合件上注漿壓力表監(jiān)測(cè)注漿壓力大小，當(dāng)頂部端模出漿或者壓力超過(guò)1.0 MPa時(shí)，換至下一注漿孔繼續(xù)注漿，各孔依次注漿，拱頂灌注過(guò)程中，攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控混凝土澆筑狀態(tài)[11]，見(jiàn)圖15。

2.2.5 拆卸注漿系統(tǒng)及脫模養(yǎng)護(hù)

1)當(dāng)隧洞邊墻、拱頂混凝土飽滿度均達(dá)到要求后，敲斷RPC注漿管，拆卸注漿組合件及法蘭盤，拆除料斗、分流管、輸料管組成的分層澆筑系統(tǒng)，清理注漿設(shè)備。

2)緩慢降下升降油缸，使針梁及針梁外框下降，將臺(tái)車頂模、側(cè)模脫模，收起臺(tái)車底模，當(dāng)脫模完成后，臺(tái)車行走，循環(huán)進(jìn)行下一段洞壁襯砌施工，本段剛脫模完成的洞壁混凝土采用霧炮進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)[12]。

圖14 RPC注漿管拱頂混凝土澆筑

圖15 攝像頭監(jiān)控混凝土澆筑

3 結(jié) 論

本文結(jié)合岷江犍為航電樞紐塘壩鄉(xiāng)排水隧洞工程項(xiàng)目，簡(jiǎn)述了圓形輸水隧洞洞壁逐窗分層澆筑系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成及施工操作要點(diǎn)，該技術(shù)取得主要效益如下。

1)分層澆筑系統(tǒng)由主料斗、主分流管、二級(jí)料斗、次分流管、三級(jí)料斗、上輸料管、分流串筒、中輸料管、下輸料管、抽插擋板等組成，通過(guò)抽插擋板控制混凝土逐層逐窗入模，不會(huì)產(chǎn)生洞壁混凝土離析、骨料堆積等病害。

2)采用分層澆筑系統(tǒng)澆筑隧洞邊墻，只需一次接管直到澆筑完成，操作方便，省時(shí)省力。

3)臺(tái)車頂模上設(shè)置多個(gè)注漿孔，通過(guò)RPC注漿管管口的溢漿初步判定拱頂飽滿情況，解決拱頂混凝土厚度不足與拱頂脫空問(wèn)題[13]。頂部端模最高處設(shè)置攝像頭觀察RPC管口的溢漿情況，將襯砌拱頂澆筑的隱蔽工程轉(zhuǎn)化為“可見(jiàn)”工程，預(yù)防襯砌拱頂缺陷。

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