巖溶地區(qū)小斷面洞室襯砌快速施工方法探索

呂理軍

(中國水利水電第十一工程局有限公司，鄭州 450001)

1 工程概況

隘口水庫右岸下層灌漿平洞下灌右0+185-0+384.63段開挖揭示后，因其位于K5、K8兩大型溶洞影響段之后，經(jīng)分析認(rèn)為，該尾端洞段混凝土襯砌施工必須于60d內(nèi)完成，才能實(shí)現(xiàn)及早開始兩溶洞大規(guī)模處理施工，否則將直接影響到工程總體目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。為此，對(duì)該洞段混凝土襯砌的施工進(jìn)行了研究規(guī)劃，通過參建各方的溝通，最終確定了一套巖溶地區(qū)小斷面洞室襯砌快速施工的方法。

右岸下層灌漿平洞設(shè)計(jì)為城門洞形，洞室凈空為3.8m×4.2m(寬×高)，襯砌厚度0.5m，襯砌混凝土等級(jí)為C20，配筋為Φ20、Φ16雙層鋼筋網(wǎng)。

2 施工條件分析

2.1 施工難點(diǎn)分析及應(yīng)對(duì)措施

1)工期緊，任務(wù)重。按照設(shè)計(jì)要求，洞室的襯砌分段為9m-12m。對(duì)于右下平洞尾端洞段按此長度分段，共需分為22段。小斷面洞室襯砌一般需分三層施工完成，底板澆筑后，邊墻與頂拱必須分開施工，才能保證邊墻混凝土的下料并得到有效振搗[1]。由此，需在2個(gè)月的時(shí)間內(nèi)完成66倉混凝土澆筑，按照日完成一次澆筑作業(yè)的理想狀態(tài)計(jì)算，已根本無法完成。

2)洞室斷面限定進(jìn)度難以提高。小斷面洞室襯砌施工，因其斷面較小，一般多采用鋼管支架作為襯砌支撐，在僅有一個(gè)入口的情況下，架體堵塞通道，造成施工材料運(yùn)輸困難，難以形成多工作面協(xié)同作業(yè)，在投入有限的情況下，較難實(shí)現(xiàn)加快進(jìn)度的要求。

3)小洞室斷面施工，大型機(jī)械設(shè)備無法進(jìn)洞作業(yè)，難以通過增加機(jī)械設(shè)備的方式加快工程進(jìn)度，且鑒于各倉號(hào)施工內(nèi)容的相同性，需考慮簡單有效可循環(huán)使用的施工機(jī)具。

4)大型溶洞安全支護(hù)施工干擾襯砌作業(yè)。右下平洞襯砌只能通過4#施工支洞通行，右岸K5、K8溶洞占據(jù)了該平洞中部洞段的范圍，進(jìn)入上述尾端洞段必須經(jīng)過兩個(gè)大型溶洞作業(yè)面，當(dāng)期兩溶洞正在進(jìn)行安全支護(hù)作業(yè)，相互之間存在較大干擾。但大型溶洞內(nèi)因其場(chǎng)地較大，能夠滿足車輛、設(shè)備回車的要求，可加利用。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

1)加大分段長度，減少襯砌段數(shù)。將襯砌分段長提高到設(shè)計(jì)上限的12m，原22段縮減為17段，從而減少施工倉號(hào)工藝循環(huán)次數(shù)，節(jié)省工期。

2)采用自密實(shí)混凝土澆筑，從而減少施工分層，壓縮施工倉號(hào)數(shù)量。采用自密實(shí)混凝土進(jìn)行洞室襯砌，利用其高流動(dòng)性和無需振搗的特性，將邊墻和頂拱混凝土合并為一倉進(jìn)行澆筑，單段施工分層改為兩層，使得總施工倉號(hào)數(shù)降為34倉。

3)自制可供人工穿行的簡易模板臺(tái)車，分兩個(gè)工作面同時(shí)作業(yè)，加快施工進(jìn)度。

4)加大施工投入，提前加工四套邊墻大塊模板，將邊墻拆模作業(yè)與立模作業(yè)形成流水施工，提高工作效率。

5)優(yōu)化施工工藝，合理規(guī)劃倉號(hào)間的澆筑順序，采用跳倉施工法，盡可能實(shí)現(xiàn)平行作業(yè)。

6)利用大型溶洞內(nèi)可回車的條件優(yōu)勢(shì)，模板臺(tái)車及大塊模板采取在洞外提前拼裝、整體運(yùn)輸進(jìn)洞、調(diào)整方向后直接平推就位的施工方法，以降低現(xiàn)場(chǎng)拼裝的難度，節(jié)約工時(shí)。

3 施工總體進(jìn)度規(guī)劃

為保證施工進(jìn)度，在進(jìn)度規(guī)劃時(shí)應(yīng)對(duì)施工內(nèi)容的各方面進(jìn)行充分考慮，并將其分解到各施工工序的耗用時(shí)間上進(jìn)行計(jì)算。

3.1 總體施工時(shí)段劃分

受小斷面洞室材料運(yùn)輸不便的制約，從施工耗用時(shí)間長大體可分為：底板澆筑(含清渣、底板鋼筋制安、澆筑等工序)時(shí)段、邊頂拱鋼筋制安時(shí)段、邊頂拱澆筑(含施工縫處理、模板安裝、臺(tái)車就位、澆筑及等強(qiáng)、模板拆除等工序)時(shí)段共計(jì)三部分。從時(shí)間分配上，底板澆筑按照1d/段進(jìn)行控制，共計(jì)17d完成；邊頂拱鋼筋制安按照0.5d/段控制，共計(jì)9d完成；邊頂拱澆筑按照2d/段控制，共計(jì)34d完成。實(shí)際施工中以此為控制目標(biāo)，并檢查各工作時(shí)段完成節(jié)點(diǎn)目標(biāo)任務(wù)情況。

3.2 底板澆筑時(shí)段計(jì)劃分解

計(jì)劃將3段底板作為一個(gè)澆筑單元，清渣時(shí)采用小型挖掘機(jī)進(jìn)洞扒渣，以提高清理效率，每個(gè)單元以1.5d-2d為限完成清渣作業(yè)。底板鋼筋制安計(jì)劃應(yīng)在16h內(nèi)完成，混凝土澆筑則需在8h內(nèi)完成。對(duì)底板澆筑單元的施工控制以此為目標(biāo)。

3.3 邊頂拱鋼筋制安時(shí)段計(jì)劃分解

計(jì)劃在底板澆筑后集中進(jìn)行，以避免小斷面交叉施工作業(yè)中的通行、運(yùn)輸困難。施工時(shí)分3個(gè)工作面同時(shí)進(jìn)行，每個(gè)工作面至少配2名電焊工，包括焊縫接頭在內(nèi)的所有鋼筋安裝綁扎、焊接等工作以3d為一考核目標(biāo)，各工作面每3d內(nèi)應(yīng)完成2段鋼筋制安。

3.4 邊頂拱澆筑階段計(jì)劃分解

邊頂拱必須按照每個(gè)分段為一單元進(jìn)行施工。計(jì)劃投入兩臺(tái)自制可穿行臺(tái)車進(jìn)行工作面規(guī)劃，則單個(gè)臺(tái)車完成最多澆筑段為9段，單段作業(yè)循環(huán)時(shí)間實(shí)際可放寬至3.5d/段。但考慮到每2d至少需進(jìn)行一次澆筑的要求，及初始臺(tái)車就位及模板安裝可能耗時(shí)較長的實(shí)際情況，及每個(gè)作業(yè)循環(huán)必須考慮存在24h以上的頂拱澆筑等強(qiáng)時(shí)間的要求等，單段作業(yè)循環(huán)時(shí)間在過程中需以3d/段進(jìn)行控制。按作業(yè)工序安排，施工縫處理計(jì)劃6h完成，邊墻模板支立4h，臺(tái)車移動(dòng)就位4h，臺(tái)車支撐加固及拱肩模板安裝8h，堵頭模板封裝及止水固定6h，倉號(hào)驗(yàn)收及混凝土澆筑8h，臺(tái)車拆模6h，過程中施工人員必要的休息間歇6h。現(xiàn)場(chǎng)加強(qiáng)工序銜接控制的情況下，合理安排作業(yè)面及澆筑順序應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)定目標(biāo)。

4 混凝土襯砌施工

4.1 混凝土分層分塊

按照12m的基本分段長，將右下平洞尾端洞段共計(jì)分為17段；底板為一澆筑層，邊頂拱為一澆筑層；底板施工清渣分兩個(gè)100m完成，3段為一澆筑單元；邊頂拱采用兩個(gè)自制臺(tái)車，投入4套邊墻模板進(jìn)行澆筑。

4.2 底板混凝土澆筑施工

1)施工工藝流程：施工準(zhǔn)備→基面清渣、驗(yàn)收→測(cè)量放線→鋼筋制安→伸縮縫杉板、止水安裝→倉號(hào)驗(yàn)收→混凝土入倉→平倉、振搗、收面→拆模、養(yǎng)護(hù)[2-3]。

2)底板混凝土澆筑分層線布置在底板面以上0.3m處，即澆筑底板過程中一并澆筑0.3m高邊墻。

3)底板基面清渣分為兩段完成，每段長100m，采取后退法施工。即自內(nèi)向外完成100m清理后，即進(jìn)行該100m段的鋼筋安裝、混凝土澆筑施工；前100m段底板澆筑完成，在剩余100m段底板清渣過程中，同時(shí)進(jìn)行已完成段的邊頂拱鋼筋安裝。底板清渣采用小型反鏟扒渣，人工配合裝載機(jī)裝渣運(yùn)出洞外，最后采用高壓水沖洗，清出潔凈巖面為止[4]。

4)鋼筋制安受工作面限制，在加工廠集中下料加工，汽車運(yùn)至溶洞內(nèi)后，通過人工搬入工作面。按照分段長進(jìn)行鋼筋安裝，段與段之間設(shè)伸縮縫。底板鋼筋安裝時(shí)，邊墻插筋安裝時(shí)應(yīng)注意與邊頂拱鋼筋安裝一并規(guī)劃，避免安裝偏差，嚴(yán)控安裝質(zhì)量及合理控制接頭位置。

5)伸縮縫采用瀝青杉板，兩側(cè)加工專用支架固定。止水帶下料時(shí)連帶邊頂拱一并完成，將其接頭設(shè)與下游側(cè)邊墻內(nèi)。止水帶利用加工的專用夾子與底板上下層鋼筋網(wǎng)固定。

6)底板混凝土澆筑，采用在溶洞內(nèi)安放HBT60混凝土泵，8m3混凝土罐車運(yùn)輸拌和料，泵管輸送入倉。泵管出口設(shè)軟管，便于混凝土料運(yùn)送到位及人工平倉。

7)混凝土澆筑采取跳倉法施工，每三段為一澆筑單元。三段連續(xù)澆筑時(shí)，優(yōu)選考慮伸縮縫處的下料，人工利用鐵锨先完成分縫兩側(cè)各0.5m寬的混凝土料填筑，并兩側(cè)同時(shí)振搗密實(shí)后，再進(jìn)行大面積通倉底板澆筑。

8)混凝土養(yǎng)護(hù)采用覆蓋草袋灑水的方式，并嚴(yán)格控制上人、上車的時(shí)間。

4.3 邊頂拱鋼筋安裝

1)底板澆筑期間即穿插進(jìn)行邊頂拱鋼筋制安，完成尾端洞段所有邊頂拱鋼筋安裝后，再統(tǒng)一開始邊頂拱混凝土澆筑。

2)邊頂拱鋼筋下料前，先確定底板插筋的安裝偏差，再根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行下料加工。

3)現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)穩(wěn)固、簡易的安裝平臺(tái)，按照測(cè)放的洞軸線及拱肩線，在洞頂及兩側(cè)拱肩固定架立筋，確定邊頂拱鋼筋安裝的正確位置，減少安裝誤差。

4)加強(qiáng)電焊工的人員配置，保證邊頂拱鋼筋大量接頭的焊接質(zhì)量及進(jìn)度。

4.4 邊頂拱混凝土澆筑

4.4.1 施工工藝流程

施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線→鋼筋制安→施工縫處理→邊墻模板安裝→自制簡易臺(tái)車移動(dòng)就位→臺(tái)車支撐加固及拱肩模板安裝→堵頭模板封裝及止水固定→倉號(hào)驗(yàn)收→混凝土入倉澆筑→臺(tái)車脫模移動(dòng)→邊墻模板拆除→混凝土養(yǎng)護(hù)。

4.4.2 自制型鋼臺(tái)車的使用

4.4.2.1 臺(tái)車的構(gòu)成

為加快施工進(jìn)度，現(xiàn)場(chǎng)自行加工了兩臺(tái)用于邊頂拱混凝土澆筑的可穿行式型鋼模板臺(tái)車。

臺(tái)車分為3部分：主體型鋼支架、可升降圓弧模板支撐體系及下部行走及承重部分。自制臺(tái)車構(gòu)造剖面見圖1。

圖1 自制臺(tái)車構(gòu)造剖面圖

4.4.2.2 臺(tái)車工作方式簡述

臺(tái)車工作的基本目的主要是為了提供澆筑倉號(hào)較為固定的的快速模板安裝及支撐。由于這種簡易臺(tái)車僅固定了洞室頂拱圓弧模板，因而其模板安裝的工作方式為三部分協(xié)作完成，即臺(tái)車自帶頂拱模板、邊墻大塊側(cè)模、拱肩部位拼接模板。邊墻大塊側(cè)模在臺(tái)車就位前，利用洞內(nèi)場(chǎng)地組合拼裝；拱肩部位模板則在邊墻與頂拱模板固定后再行拼接安裝。所有模板縫均黏貼海綿膠條以防漏漿(臺(tái)車頂拱模板在安裝時(shí)同樣黏巾拼縫膠條)。

每個(gè)臺(tái)車配置兩套邊墻側(cè)模，每套側(cè)模負(fù)責(zé)四段邊墻的混凝土襯砌。臺(tái)車就位前，按預(yù)定的倉號(hào)順序人工先將側(cè)模拼裝完成后，僅需簡單進(jìn)行防傾覆的固定，并按照臺(tái)車側(cè)向頂撐位置安裝橫向圍柃。臺(tái)車通過牽引或推動(dòng)行走至澆筑段后，先檢查臺(tái)車與洞室軸線是否吻合并調(diào)整就位；之后將臺(tái)車底梁采用千斤頂撐起按間距放置承重鋼凳，使行走輪胎離地不直接受力，再由多人協(xié)作轉(zhuǎn)動(dòng)快拆頂撐調(diào)整臺(tái)車自帶的上部圓弧模板安裝就位，兩側(cè)同時(shí)伸出快拆頂撐直接支頂于側(cè)模橫圍柃上，完成臺(tái)車對(duì)模板的支撐加固；最后拼裝拱肩模板及堵頭模板，固定止水帶等，以達(dá)到混凝土澆筑條件。

單個(gè)臺(tái)車在進(jìn)行上一段倉號(hào)施工時(shí)，同時(shí)拼裝第二套邊墻側(cè)模，前一倉號(hào)脫模后，臺(tái)車可移動(dòng)至下一倉號(hào)直接進(jìn)行模板的支頂；而前一倉號(hào)在臺(tái)車移走后即拆除第一套邊墻模板，并直接對(duì)其臨近的倉號(hào)進(jìn)行邊墻模板安裝，以備下一澆筑循環(huán)臺(tái)車就位；如此循環(huán)，始終保證邊墻模板的拼裝不占據(jù)每一澆筑循環(huán)的時(shí)間，保證邊墻模板在臺(tái)車就位前臨時(shí)固定安裝完成。

臺(tái)車脫模時(shí)，先拆除拱肩拼接模板，再降下臺(tái)車上部快拆頂撐，通過倒鏈等工具自一端向另一端逐步拆除下落臺(tái)車頂拱支架及模板。同時(shí)收回兩側(cè)快拆頂撐，進(jìn)行臺(tái)車移位行走。

5 結(jié) 語

隘口大壩右岸下層灌漿平洞和大型溶洞k5、k8毗鄰，為了不影響溶洞的處理施工，其灌漿平洞混凝土襯砌需在60d完成。為此，承建方采取了合理的施工工藝，自制簡易混凝土襯砌臺(tái)車和自密實(shí)混凝土進(jìn)行快速施工，按期完成了襯砌任務(wù)，取得了較好的施工效果。其快速施工方法為類似工程提供了參考。