小断面长引水隧洞衬砌综合施工技术

第１９卷第１０期　２０１３年１０月　水利科技与经济　Ｗａｔｅｒ　Ｃｏｎｓｅｒｖａｎｃｙ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｃｏｎｏｍｙ　Ｖｏ１．１９　Ｎｏ．１０　Ｏｃｔ．，２０１３　小断面长引水隧洞衬砌综合施工技术　侯华梁，张辉　（黄河勘测规划设计有限公司，河南洛阳４７１００２）　［摘要］　结合工程实例，对小断面长引水隧洞衬砌施工技术进行分析，总结出一套完整的小　断面长隧洞混凝土衬砌方法，对类似工程具有一定的指导意义。　［关键词］　小断面；长引水隧洞；衬砌；施工　［中图分类号］ＴＶ５２　［文献标识码］　Ｂ　［文章编号］　１００６—７１７５（２０１３）１０—０ｌ１０—０２　我国是一个人均水资源紧缺的国家，且水资源在时　间和空间上分布不均匀。为满足经济发展和社会进步对　水资源的需求，引调水工程就成为一种实现水资源优化　配置的重要手段，小断面长隧洞在引调水工程中得到越　来越多的应用　。　。衬砌作业不仅对隧洞建设工期有重　要影响，对输水隧洞的正常运营也有极其重要的影响。　１　工程概况　某长引水隧洞设计流量２．４４　ｍ　／ｓ，设计纵坡　１／２　０００，洞身断面为城门洞形，净宽２．０　ｍ，净高２．４３５　ｍ　（Ⅲ类围岩为２．６６９　ｍ），设计水深为１．２２　ｍ，隧洞Ⅳ类围　岩为３　１９１．８６７　ｍ，Ｖ类围岩为２６９．３０５　ｍ。ＩＶ、Ｖ围岩采用　全断面钢筋混凝土衬砌，见图１。由于隧洞较长，在隧洞　中部设置了一条施工支洞，施工支洞斜长３７５．３３　ｍ，坡度　为一２９．５８％，断面为城门洞型，支洞标准断面衬砌图，见　图２　图２支洞标准断面衬砌图（单位：ｍ）　停工、窝工现象。　为缩短工期，保证施工安全，在大断面隧洞中通常采　用开挖与衬砌同步施工的方案，混凝土衬砌施工中通过　采用衬砌台车，保证开挖运输的需要。由于本工程隧洞　断面较小，若采取开挖与衬砌交叉施工，效率较低。因此，　・　茸　：　ｒ　Ｊ　－制定隧洞开挖全部完成以后再进行衬砌的施工方案，每　洞口衬砌的施Ｔ　Ｊ顷序为从里向洞口方向推进。　衬砌混凝土　．；　　。．’　．　３衬砌施工方法的选择　小断面引水隧洞衬砌施工方法包括以下３种：①底　板、边顶拱全断面混凝土浇筑；②底板衬砌先行施工，边　顶拱衬砌紧跟，底板混凝土衬砌施工一直超前边顶拱混　＼：一　　－’　’　－‘～　●　．‘　鸯　蛩　－　．　’　１　『　ｌｎ—　．　●－　‘＼—　Ｌ　ｌ　Ｉ　。－　’、　ｌ：　．；　３：　２．０——　ｑ　０　。　‘　Ｊ　Ｉ　『　ｌ　ｎ１　凝土１００　ｍ左右；③底板全部混凝土浇筑完成后，再进行　边顶拱混凝土衬砌。　０．１Ｉ　ｌ一　畦　＿０３　一＿’一　２．８　一　由于本工程工期较紧，第①、②两种方案实施起来困　难较大，各工序不能连续作业，容易造成停工、窝工的现　图１　Ⅳ、Ｖ类围岩标准断面衬砌图（单位：ｍ）　象，最终选择第③种方案。　２总体施工方案选择　由于小断面长隧洞洞内工作面狭小，许多工序只能　单一工作，大型施工机械设备不能使用，要求在混凝土衬　砌施工过程中，合理组织各项工序，尽可能减少不必要的　４钢筋安装方法的选择　目前，隧洞衬砌钢筋的安装方法分为底板、边顶拱钢　筋整体安装和底板、边顶拱钢筋分别安装两种。对于小　断面长隧洞，由于运输困难，安装速度较慢，钢筋整体安　［收稿日期］２０１３—０４—２７　［作者简介］侯华梁（１９７８一），男，河南西华人，工程师，硕士，从事工程技术及管理工作；张原人，工程师，硕士，从事工程技术及管理工作．　一辉（１９７９一），男，陕西三　ｌ１０—　侯华梁，等：小断面长引水隧洞衬砌综合施工技术　装方法实施起来困难较大。又由于隧洞衬砌施工选用底　板全部混凝土浇筑完成后，再进行边顶拱混凝土衬砌，因　第ｌ０期　质量均达到了满意的效果，故确定采用该方案。　此钢筋安装采用底板、边顶拱钢筋分别安装的方案，即底　板衬砌前只进行底板和部分边墙钢筋的安装，边顶拱混　凝土衬砌前进行边顶拱钢筋的安装，钢筋安装和混凝土　衬砌施工平行进行。　５　混凝土制备及运输方式的选择　５．１混凝土制备　混凝土的获取包括自拌混凝土和商品混凝土两种，　根据本工地距离商品混凝土站较远，隧洞断面较小、一次　混凝土浇筑量较少的特点，确定采用自拌混凝土。根据　混凝土的浇筑强度，决定采用每洞口设置一座ＪＳ５ＯＯ型强　制式搅拌机，能够满足混凝土生产的需要。　５．２主洞混凝土运输　由于隧洞断面较小，没有现成的混凝土罐车可用，重　新加工适合的混凝土罐车，使用效果未知且一次性投入　较大，混凝土搅拌车无法使用。由于独头运输距离太长，　单独使用混凝土泵也无法把混凝土运送入仓。鉴于隧洞　衬砌尺寸，经大量的调研研究，在尽量利用现有机械设备　的原则下，确定采用车体宽度１．５　ｍ的三轮自卸车作为混　凝土运输工具，每车可拉运０．７　ｍ　混凝土，配合混凝土输　送泵进行混凝土人仓。针对三轮车混凝土运输中存在的　问题，制定以下预防措施并在实际运用过程中不断完善，　实际施工过程中应用效果较好，达到了预期效果：　１）保证运输道路路况的良好。通过采用专人维护　的方式，保证混凝土运输路况，缩短运输的时间，减少因　道路颠簸产生的跑漏浆现象。　２）对购买的三轮车进行再加工，并经常维护保养，　减少滴漏现象。对三轮车后挡板重新加工，保证车厢的　密封性。　３）设计卸料平台及混凝土传送输送带，保证混凝土　直接倒入输送带料斗，减少中间环节。同时，进入混凝土　泵车料斗中的混凝土经充分搅拌以后，再进行泵送，对混　凝土进行二次搅拌，以减少运输过程中的沁水现象对混　凝土品质产生的影响。　５．３支洞混凝土运输　由于支洞坡度大，长度较长，支洞混凝土的运输成为　控制支洞工区混凝土衬砌的关键。从支洞向正洞输送混　凝土的能力大小将直接影响衬砌工序及整体工程项目的　施工进度及施工成本。　经过大量的调研及查询相关资料最终确定采用敞口　溜槽的混凝土运输方式，但在倾角较小（１９。）长度较长　（３７５　ｍ）的情况下未见使用先例，需要进行试验验证。　为了减少混凝土输送时的摩擦力，首先制作一底部　为半圆形（采用‘ｐｌ５０　ｍｍ混凝土输送泵管，沿直径切开），　两侧采用厚３　ｍｍ的铁板焊接而成的敞口溜槽。实际施工　中采用钢管也可以（图３），在支洞外取制作好的敞口溜槽　２１　ｍ，将该溜槽与水平方向成１９。放置。　试验结果表明，混凝土在溜槽中下滑速度平均为　１．０　ｍ／ｓ，下滑过程中混凝土和易性稳定，未发生离析现　象，该方案无论从混凝土的输送能力还是混凝土本身的　图３敞口溜槽横断面示意图（单位：ｍ）　６底板混凝土衬砌施工方法　底板混凝土的运输采用三轮车直接将混凝土倒进工　作面的浇筑方式。为加快底板衬砌施工速度，对底板衬　砌施工中底板清理、钢筋运输及绑扎、混凝土浇筑施工进　行专门设计，具体如下：底板两仓混凝土浇筑完成后　（１８　ｍ），洞外加工好的底板钢筋（１８　ｍ）立即运至工作面，　卸车后钢筋运输车辆推出，扒渣机开至工作面配合人工　开始底板清理，钢筋绑扎与底板清理同时进行，钢筋绑扎　完成时后续底板清理也完成，开始下一循环混凝土的浇　筑。该方案在实际施工过程中各工序衔接较好，基本上　不存在停工、窝工的现象。　７边顶拱混凝土衬砌施工方法　７．１模板的选择　本工程边顶拱衬砌采用组合模板的结构形式，支撑　结构包括：拱架（１１４工字钢）、横向水平支撑丝杠及纵向　拱架间的连接筋。模板包括：倒角处异型模板、边墙采用　定型模板（Ｐ３０１５平面钢模板），顶拱处模板采用定型模板　（ＰｌＯ１５平面钢模板）或根据圆弧的形状加工圆弧模板。　见图４。　图４模板横断面图　（下转第１１３页）　一１１１—　程明春：关于水工钢闸门焊缝的探讨　第１０期　４　焊缝缺陷分析　在水工钢闸门焊接结构生产中，由于结构设计不当、　焊接原材料不符合要求、接头准备不仔细、焊接工艺不合　理或焊工操作技术等原因，使焊缝产生各种缺陷。常见　的缺陷有裂缝、夹渣、未焊透、气孔、咬边等。这些焊缝缺　于该焊缝的　０％，见图２。　区立　陷部分通过外观检验如肉眼或低倍数放大镜，外观检验　合格以后，才能进行下一步其他检验方法，部分缺陷要通　过无损检验方法如超声波检验或射线检验，超声波的频　率在２０　０００　Ｈｚ以上，具有透入金属材料深处的特性，且由　种介质进入另一种介质截面时，在界面上发生反射波，　一故检测焊缝时，在萤光屏上可看到始波和底波。若焊缝　内部存在缺陷，将另外发生脉冲反射波形，介于始波与底　波之间，根据脉冲反射波形的相对位置和形状，就能判断　出缺陷的位置、种类和大小。射线检验是电磁波透过金　属，当经过不同物质时，会引起不同程度衰减，从而使在　金属另一面的照相底片得到不同程度的感光。　在上面所提及的焊缝缺陷中，裂缝、夹渣、未焊透和　气孔危害最大。水工钢闸门的一类焊缝如闸门主梁、边　梁、支臂的腹板及翼缘板的对接焊缝，闸门吊耳板、吊杆　未焊透裂缝气孔、夹渣　图２射线检验冲出底片上相应位置缺陷　５　结　语　通过水工钢闸门焊接钢材可焊性、焊接接头的选择　与设计选择论述，能尽量减少其焊缝缺陷，但焊缝缺陷也　是无法全部避免的。当发现有不允许的焊缝缺陷时，应　进行分析，并找出原因，制定返修工艺后方可返修处理，　且返修次数不宜超过两次。焊缝缺陷可根据钢材种类选　用碳弧气泡或砂轮进行清除，并用砂轮修磨至便于焊接　的破口，且在母材上严禁有电弧擦伤，尽量避免焊缝缺陷　产生，让水利水电工程发挥应有效益。　的对接焊缝是不允许的。裂缝是焊缝内部及热影响区所　出现的局部开裂现象，夹渣是焊缝金属内部或母材熔合　处有非金属夹渣物，未焊透是焊条熔融金属与母材之间　局部未熔合，它们不但减小焊缝的有效工作面积，降低焊　缝的强度，且它们有尖锐裂口，会引起较大应力集中，导　致裂缝继续扩展。特别是承受动载时如水工弧形钢闸门　在动水启闭过程中，这种缺陷会引起构件的破坏，从而引　起水利水电工程事故。　［参考文献］　［１］武汉大学，大连理工大学，河海大学．水工钢结构：第　三版［Ｍ］．北京．中国水利水电出版社，１９９５，　［２］邓文英．金属工艺学：第三版［Ｍ］．北京：高等教育出　版社，１９９１．　［３］国家经济贸易委员会电力司，中国电力企业联合会　气孔是混入熔融金属中的气体在金属冷却前未能逸　出所形成的，在水工钢闸门的一类焊缝是不允许的。二　类焊缝如闸门面板的对接焊缝，闸门主梁、边梁、支臂的　翼缘板与腹板的组合焊缝及角焊缝，１．０　ｍｍ直径气孔在　每米范围内运行３个，间距Ｉ＞２０　ｍｍ。咬边是焊缝与母材　交界处形成凹坑，在水工钢闸门一类焊缝深不超过　０．５　ｍｍ，连续长度不超过１００　ｍｍ，俩侧咬边累计长度不大　（上接第１１１页）　标准化中心．金属结构：水电水利与能源部分第８册　［Ｍ］．北京：中国电力出版社，１９９１．　（编辑：赵琳琳）　要特别注意异型模板和木模板的厚度与长度与定型　钢模板相同，异型模板联接孔的位置和尺寸与定型模板　要相同，以利于各模板之间的顺利联接以及互换使用。　边墙部位混凝土通过混凝土输送软管直接由设置于　边墙模板处的灌注口入仓，顶拱部位的混凝土直接通过　混凝土输送软管与拱顶模板处设置的泵管接头对接入　仓。　７．２边顶拱混凝土浇筑　为满足工程进度要求，每工作面准备６套组合钢模　板，其中２套模板浇筑混凝土，２套模板拆除和安装，２套　模板混凝土养护。混凝土的人仓采用泵送方式，依据隧　洞断面较小，单工作面长度较长及每次混凝土浇筑量较　小的情况，采用功率及外形尺寸均较小混凝土输送泵，经　过充分的调研采用ＨＢＴ一４５ＺⅢ型混凝土泵车，该混凝土　泵车的各项性能均能够满足本隧洞混凝土衬砌施工的要　求。　由于混凝土输送泵料斗较高，混凝土运输三轮车无　法直接与输送泵对接，混凝土需倒运，小型的皮带输送机　是较好的选择。针对泵送混凝土的塌落度较大、流动性　较好的特点，为便于混凝土的运输，皮带输送机的坡度要　尽可能的小，皮带的宽度到达Ｎ８０　ｃｍ以上，皮带输送机料　斗部位封闭严密以减少混凝土的洒漏情况。　８　结　语　通过上述施工方法，本隧洞衬砌施工中克服了隧洞　排水、冬季施工、支洞运输等不利条件，创造了３个工区底　板衬砌施工月进尺２　４００　ｍ、边顶拱衬砌施工月进尺　１　４００　ｍ的成绩。　［参考文献］　［１］熊启钧．隧洞［Ｍ］．北京：中国水利水电出版社，　２００２．　［２］汤能见，吴天舒．水工建筑物［Ｍ］．北京：中国水利水　电出版社，２００５．　［３］关宝树．隧道工程施工［Ｍ］．北京：人民交通出版社，　２００３．　（编辑：赵琳琳）　一１１３—