鋼模臺車在隧洞混凝土襯砌施工中的應用

(中國水利水電第七工程局有限公司，成都，610081)

1 概述

在水利水電工程中，水工隧洞占地下工程建筑大部分，其結(jié)構(gòu)上不僅要考慮圍巖壓力，而且要考慮內(nèi)水壓力，要求表面光滑平整，糙率低，一般采用混凝土襯砌。

上世紀90年代以前，隧洞混凝土襯砌常采用拱架(鋼、木)配合小模板(鋼模、木模)進行，對于地質(zhì)條件差的地段，常采用開挖一段澆筑一段的方法，這樣不僅施工質(zhì)量得不到保證，而且施工進度緩慢。自新奧法的概念深入我國的地下工程技術(shù)界后，初期支護不僅解決了圍巖穩(wěn)定問題，而且是作為永久支護的一部分，使混凝土襯砌安排在隧洞開挖支護結(jié)束后進行。

在上個世紀90年代初，國內(nèi)開始應用鋼模臺車進行混凝土襯砌，并不斷對臺車結(jié)構(gòu)、性能進行科技創(chuàng)新，提升其機械化、自動化性能和質(zhì)量保障。目前，用鋼模臺車進行混凝土襯砌，在水電工程中的應用工藝已經(jīng)十分成熟。

2 鋼模臺車工法優(yōu)點

2.1 節(jié)約時間、加快進度

鋼模臺車是隧洞混凝土襯砌實行機械化施工的一種重要設(shè)備。一般在2h內(nèi)可以完成鋼模的定位和校正工作，節(jié)約了大量立模和處理施工縫的時間，改善了混凝土外觀的整體成型質(zhì)量。同時，鋼模臺車上有配套的風、水、電、混凝土振搗設(shè)備，縮短了澆筑混凝土的準備過程。因此，鋼模臺車大大加快了隧洞襯砌施工速度。有記錄顯示，單部臺車月澆筑進度可達16倉～20倉(通常采用臺車長度有9m和12m兩種)，月澆筑長度最高可達240m。

2.2 節(jié)省材料和勞動力、降低成本

鋼模臺車與過去傳統(tǒng)的人工立模相比，節(jié)省了大量勞動力，降低了施工人員的勞動強度。鋼模臺車的行走、定位、振搗都配有相應的設(shè)備，從而使混凝土澆筑各工序的人員較傳統(tǒng)混凝土澆筑大為減少，施工人員的勞動強度和作業(yè)環(huán)境均有所改善，有利于施工人員的安全和健康。同時，鋼模臺車為整體運動設(shè)備，具有模板損耗率低、周轉(zhuǎn)次數(shù)多、周轉(zhuǎn)時間短等特點，可節(jié)約大量的鋼材、木材，有利于環(huán)保要求，具有明顯的社會效益。

2.3 隧洞成型質(zhì)量好

鋼模臺車的模板接縫經(jīng)特殊處理，防止了模板接縫間的漏漿，混凝土成型后，外觀平滑，無漏漿，混凝土密實性好。另外，由于鋼模剛性好、穩(wěn)定性高，保證了混凝土設(shè)計體型和施工安全。

3 施工操作要點

3.1 施工程序安排

施工程序：基巖面驗收→鋼筋安裝、灌漿管、止水、接地安裝→鋼模臺車就位、校?！骂^模板封堵、驗收→混凝土澆筑→脫模。

其中，基巖面驗收、鋼筋安裝兩道工序超前，不占用直線時間，所以每循環(huán)各道工序時間如下：(1)安泵管、接泵機、止水安裝：3h；(2)鋼模臺車就位、校模、堵頭封堵：6h；(3)混凝土澆筑和脫模：36h～39h。

一般情況下澆筑一塊混凝土共需48h(2d)時間，每月可澆筑混凝土15倉×9m/倉，即135m，充分顯示了鋼模臺車配套設(shè)備的優(yōu)越性。

3.2 灌漿管埋設(shè)及封堵

一般情況下，隧洞襯砌施工需進行灌漿，以保證襯砌混凝土與巖面之間無縫隙且能與圍巖形成受力整體。灌漿施工需在混凝土面成孔，通過灌漿孔將灌漿料輸送至襯砌混凝土與巖石之間。為最大程度減少造孔對襯砌混凝土表面的破壞，通常采用預埋灌漿管的方法。

3.2.1 灌漿管埋設(shè)施工程序。測量定位→切割下料(采用φ50PVC或黑鐵管)→外端口封堵→綁扎定位→內(nèi)端口封堵→檢查→油漆標記→澆筑過程中的保護→打開管口→灌漿前管口保護。

3.2.2 灌漿管埋設(shè)位置與角度。按設(shè)計圖紙中的位置及角度參數(shù)，嚴格確定灌漿管安放位置、角度。

3.2.3 灌漿管埋設(shè)下料長度。下料長度根據(jù)設(shè)計位置和實際超挖情況確定，要求灌漿管的外端口抵到巖面，內(nèi)端口距設(shè)計混凝土襯砌表面3cm。

3.2.4 灌漿管埋設(shè)內(nèi)外端口的封堵。灌漿管端口應妥善封堵，以防混凝土流進管內(nèi)引起堵塞，外端口用水泥包裝紙堵塞，內(nèi)端口用海棉卷塞緊。外端口堵塞長度為20cm，內(nèi)端口海棉堵塞長度為6cm～7cm。這樣既可避免灌漿管在模板就位時因受到過度擠壓而破壞，又可使海棉有充分的伸縮余地保證與鋼模緊貼。

3.2.5 灌漿管的檢查和標記。灌漿管安裝好后，在鋼模臺車就位前，逐一認真檢查安裝質(zhì)量是否合格，是否漏埋，并用紅色油漆涂抹在海棉外端頭，以便脫模后能立即找到灌漿管口位置。

3.2.6 灌漿管埋設(shè)在澆筑過程中的保護。在澆筑過程中，為避免灌漿管移位、破壞，嚴禁倉內(nèi)作業(yè)人員踩踏灌漿管。在人可入倉的情況下，應檢查澆筑過程中灌漿管是否移位或出現(xiàn)其它不良情況，并及時采取措施進行糾編復位和保護。

3.2.7 拆模后灌漿管的處理。脫模移模后，及時找到并打開灌漿管口，出露的管口嚴禁投入雜物，尤其是鋼筋頭和鐵件。底拱部分已找出的管口必須進行保護，以防雜物掉進孔內(nèi)將灌漿管堵死。

3.3 混凝土襯砌施工

3.3.1 組織協(xié)調(diào)與通信

混凝土澆筑作業(yè)應指定調(diào)度長專門負責，組織協(xié)調(diào)相關(guān)方面正常、有序生產(chǎn)、無縫銜接。各生產(chǎn)環(huán)節(jié)均應配置對講機并統(tǒng)一頻道，方便大家掌握系統(tǒng)進程，及時決策，特別是澆筑時倉面與泵車送料聯(lián)系必須采取對講機進行。

3.3.2 倉位準備

3.3.2.1 施工通道及下料口。鋼模臺車底模、兩側(cè)模及頂模上各開有工作窗口，用于進人觀察及振搗。窗口相互錯列布置，窗口主要還用于下料等。

3.3.2.2 拖泵及泵管布設(shè)?；炷翝仓渲靡慌_拖泵，鋼模臺車上的豎向泵管預先架設(shè)，相對固定，用圓鋼牢牢焊接固定在臺車架上；在臺車上部平臺處設(shè)置泵管彎頭，以備連接模體泵管底、邊墻下料采用底部和兩側(cè)拱腳的開口。

泵管進倉后(若襯砌厚度大于80cm，或遇較大空腔)須用每節(jié)1.5m的連接軟管布料。軟管用鉛絲加固，人工兩邊拖動，軟管隨混凝土的上升而逐節(jié)拆除。下料口距混凝土面高度不超過1.5m。全襯段的頂拱澆筑，可以采用沖天管法入倉，也可以采用退管法澆筑，從堵頭部位入倉。

倉內(nèi)泵(導)管由于要經(jīng)常拆裝，要采用1m～2m的短泵(導)管。泵(導)管架設(shè)要盡量縮短泵送距離，靠近泵車的泵管要盡量用新管，減少爆管和堵管的可能。

3.3.2.3 清倉沖洗、設(shè)備就位。澆筑前須將倉面內(nèi)的木屑、焊渣等垃圾清理干凈，并將澆筑設(shè)備準備到位。振搗設(shè)備為手提式振搗棒，在開倉前每邊墻放置3臺，并準備2臺備用。配電盤在鋼模臺車上設(shè)置，倉內(nèi)行燈照明應采用36V低壓；使用220V、380V動力電源時，必須裝配漏電保護器。倉外照明可用220V電壓，架高不低于2.2m，堵頭處及泵管沿線、混凝土泵、支撐處等設(shè)置足夠的照明。

3.3.3 混凝土拌制、運輸

混凝土拌制按監(jiān)理工程師批準的配合比進行，并在澆筑現(xiàn)場進行混凝土試塊取樣，用混凝土攪拌車水平運輸至工作面。混凝土在運輸過程中，不得發(fā)生分離、泌水及過多降低坍落度等問題。

當氣溫為20℃～30℃時，運輸時間不應超過45min；氣溫10℃～20℃時，不應超過60min，5℃～10℃時，不應超過90min。

3.3.4 混凝土澆筑

3.3.4.1 事先應呈報倉面設(shè)計，內(nèi)容主要包括樁號范圍、人員設(shè)備配置、混凝土標號等。

3.3.4.2 施工前，應做好泵送混凝土配合比試驗。為緩解倉面的泌水現(xiàn)象及盡量減少干縮裂縫的產(chǎn)生，首先要對混凝土坍落度進行控制：底拱部位的坍落度控制在10cm以下，邊墻部位的坍落度按10cm～12cm控制，并盡可能控制在下限使用；頂拱部位考慮到澆筑方便，倉面坍落度按12cm～14cm控制。澆筑中坍落度的大小控制，應根據(jù)試驗確定。

3.3.4.3 下料及平倉

(1)混凝土澆筑時，先鋪一層2cm～3cm的同標號水泥砂漿或不小于10cm厚的同標號一級配混凝土或富砂漿混凝土，保證新混凝土與基巖或新老混凝土施工縫結(jié)合良好；

(2)混凝土入倉由低向高分次序進行，腰線以下模板可用泵管直接入倉，亦可采用從構(gòu)架梁柱上搭溜筒或溜槽至模板窗口入倉。臺車腰線以上部分改用退管法入倉，要求每側(cè)每層混凝土下料點不少于兩個；

(3)對稱入倉與上升速度。澆筑速度控制在0.6m/h以下，澆筑過程中兩邊墻混凝土上升應均衡，高差不大于50cm，以確保鋼模的穩(wěn)定；

(4)澆筑底拱和頂拱時，主要靠附著式振搗器振搗。邊拱澆筑根據(jù)倉面大小，由人工進入倉內(nèi)或在窗口采用插入式振搗器振搗，平倉并通過振搗控制一致澆筑厚度30cm～50cm；

(5)振搗時間以混凝土粗骨料不再顯著下沉，并開始泛漿為準，應避免欠振或過振，通常選用50s為宜。用手持式振搗設(shè)備振搗時，應將振搗器插入下層混凝土5cm左右；嚴禁振搗器直接碰撞模板、鋼筋及預埋件；在預埋件特別是止水片、止?jié){片周圍，應細心振搗，必要時輔以人工搗固密實。澆筑過程中，對狹窄角落、卸料接觸帶和臺階邊坡的混凝土應加強振搗。

3.3.5 脫模

脫模施工程序：拆除堵頭模板→底拱模板收起→左邊拱模板脫?！疫吂澳０迕撃！敼澳０迕撃！諅?cè)向穩(wěn)定支撐→降落頂拱抗浮千斤頂→檢查運行、行走系統(tǒng)。

臺車脫模在混凝土達到規(guī)范或設(shè)計要求達到一定的強度后才能進行，當圍巖穩(wěn)定、堅硬時，在拆模時混凝土能承受自重，并且表面和棱角不致?lián)p壞。洞徑不大于10m的隧洞，頂拱混凝土強度可按照達到5.0MPa強度時間控制；洞徑大于10m的隧洞頂拱混凝土需要達到的強度，應經(jīng)過專門論證。堵頭模板拆除后，需要及時進行施工縫的處理。

3.3.6 抹面、壓光

若底拱混凝土為平板并分開澆筑，為保障收面高程準確、縱橫平順，應于縱向事先設(shè)置3～5道滑軌，以滑軌頂部作為控制高程，采用刮板壓在相鄰的兩根滑軌上刮除多余混凝土?；壴诨炷脸跄叭〕?，取出滑軌后產(chǎn)生的凹槽用混凝土原砂漿填充。

底拱采用人工抹面?；炷翝仓Y(jié)束后，應充分掌握抹面時機，混凝土剛開始初凝且在終凝之前及時抹面。抹面用混凝土原砂漿，嚴禁人工拌砂漿抹面，抹面過程中嚴禁外來水流入倉面內(nèi)。

3.3.7 養(yǎng)護

混凝土終凝后開始噴水養(yǎng)護，使其保持濕潤狀態(tài)，底拱混凝土可采用麻布、草簾覆蓋。養(yǎng)護時間不小于28d，高溫季節(jié)可采用表面噴灑、流水養(yǎng)護，這樣有利于混凝土表面散熱。

4 小結(jié)

通過娘擁水電站2#支洞引水隧洞上游1214m及4#支洞引水隧洞下游607.5m均已完工的邊頂拱混凝土來看，使用鋼模臺車襯砌混凝土，外觀質(zhì)量良好，齡期28d的混凝土強度均達到了設(shè)計要求的襯砌混凝土強度。

由此可見，引水隧洞鋼模臺車襯砌具以下優(yōu)點：襯砌表面平順、光潔，能實現(xiàn)混凝土作業(yè)的高效、優(yōu)質(zhì)、安全，并達到節(jié)省人工、材料及減輕勞動強度的目的。除隧洞中漸變段、異形段采用常規(guī)模板襯砌外，大量使用鋼模臺車施工，既可加快施工速度、保證施工質(zhì)量，并且減少后期混凝土缺陷處理的數(shù)量，因此引水隧洞鋼模臺車襯砌值得大范圍推廣。