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摘要：本文介绍了圆形引水隧道2/3圆砼衬砌的施工方法，着重阐述了2/3圆砼衬砌的施工工艺及流程，针对2/3圆砼衬砌中存在的质量缺陷进行了分析并提出了整改措施。对同类工程施工具有一定的借鉴参考价值。
关键词：圆形引水隧洞 2/3圆砼衬砌 工法
1 工程简介
关州水电站位于四川省甘孜州丹巴县境内的大渡河一级支流——小金川(小金河)干流上，取水枢纽位于半扇门乡关州大桥上游约550m，于右岸取水后经长17.727km的引水隧洞至小金川河口(丹巴大桥)厂址区。取水枢纽上游距小金县城36km，下游距厂房19km、距丹巴县城20km，右岸隧洞沿线有S303省道通过。
工程的开发任务主要为发电，兼顾下游生态环境用水要求。关州水电站为低闸坝引水式电站，正常蓄水位为2124.00m，电站设计水头229.0m，额定引用流量120.0m3/s。电站装机3台，单机容量80MW，总装机容量240MW。工程主要由首部枢纽、引水系统、厂区建筑物等组成。
引水系统由引水隧洞、调压井及压力管道等组成。其中引水隧洞进口底板高程为2107.50m，出口底板高程为2071.93m，开挖断面为马蹄形，比降2‰，引用流量120.00m3/s。引水隧洞全长17.727km。
Ⅱ类围岩隧洞采用马蹄形断面，宽×高＝6.2m×7.6m，喷10cm厚的C20混凝土，边顶拱设间排距为2m、长3.5～5.0m的Φ25锚杆；Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩为圆形断面，内径为7.0m，C20钢筋混凝土衬砌，衬厚0.5m～0.8m。隧洞顶拱120°范围内采用回填灌浆，Ⅳ类、Ⅴ类围岩地段四周进行固结灌浆。
本标即引水隧洞5#、6#支洞及上、下游工作面工程标(合同编号：GZ/C4)承担内容有：9+235～14+287m段隧洞以及为完成本标工程所需的所有临时及环保工程。其中6#洞引水隧洞下游控制段2311.11米，衬砌厚度50cm、70cm、80cm（Ⅲ2、Ⅳ1、Ⅴ），混凝土为C20钢筋混凝土，开挖方式为分部开挖。
2 2/3圆衬砌施工必要性及可行性
6#洞下游全长2311.11m，围岩级别为Ⅲ2、Ⅳ1、Ⅴ类，为本标段的控制性工程，独头掘进长度大、且为反坡开挖、洞内排水、通风排烟、出渣运输难度较大。如果采用传统开挖完毕后再进行全圆砼衬砌，将无法按照节点工期目标完成施工任务，因此我部根据以往在同类项目中的施工经验，并结合6#洞现场实际施工情况，建议采取2/3圆液压台车先进行上断面衬砌施工，底部预留1.0～1.2m待隧道贯通后，再进行底部落底衬砌施工，这样既保证了掌子面开挖施工正常进行，同时保证边开挖边衬砌同步施工，减少衬砌施工占用直线工期，满足电站发电工期要求。对于2/3圆衬砌与底拱衬砌相结合部位，采用钢筋预留焊接、纵向施工缝加设止水带、后期接缝处理采用接缝灌浆等施工措施，达到引水隧洞过水结构的要求。
3 2/3圆衬砌断面及衬砌台车尺寸要求
2/3圆衬砌后，必须保证衬砌砼稳定，且不会因受力不合理出现开裂等质量事故，同时已衬砌段要求满足施工车辆运行的要求。根据对拱圈混凝土受力稳定状态分析，选择2/3圆衬砌圆心角为240°（底部留120°），底部宽度为6.06m，衬砌台车门架净空4.1m×3.91m，衬砌台车为穿行式液压大模板结构（L=12m），台车门架净空满足6#洞下游掌子面车辆通行，同时保证高压风、水、电管线穿行，不影响掌子面开挖作业施工。
2/3圆衬砌断面特点及要求：
3.1 为上断面开挖；开挖时要多开挖B、C两底角，为2.08m3，使上断面衬砌砼受力稳定，防止上下部清底时拱部下沉。
3.2 断面衬砌与下断面衬砌接缝时避免出现反缝，且钢筋预留、止水带放置易操作。
3.3 Ⅱ部作为底拱开挖，由于6#洞围岩主要为千枚岩或二云（英）片岩，属于软质岩，开挖后底部路面经重车碾压，易陷车，遇到地下水，路面泥泞，车辆无法正常行驶，为保证出渣运输不受影响，底部预留1.0～1.2m，并采取合格片石进行路面换填，待贯通后在进行落底施工。见图1。
3.4 BC宽度能满足衬砌台车门架尺寸，且保证出渣车辆通行要求（L>6m）。
3.5 下断面爆破落底时，不直接扰动冲击底部衬砌支承砼；砼不悬空，受力稳定。
4 施工工艺流程
图2 施工工艺流程图
4.1上断面开挖
按目前6#洞选择上断面开挖高度（8.4m×7.4m），见图3。上断面每延米开挖工程量为：54.60m3，超设计开挖工程量：54.60-52.52=2.08m3.
4.2下断面落底
下断面开挖1.0～1.2m高，待贯通后再进行落底开挖施工，见图4、图5。衬砌砼受力稳定，底部两侧角B、C各扩大79.2cm，并且中线位置偏低30cm，采用中沟排水，保护两侧角B、C不被积水浸泡变形而影响砼稳定性（见图6）。
4.3.2 钢筋绑扎：在拱圈岩石及边墙加设锚筋及架立筋来固定衬砌钢筋，防止钢筋落顶变形。为了规范、快速施工。可加工一个钢筋绑扎台车（与衬砌台车同轨距，丝杆调节至标准断面），与衬砌相距20m施工。
4.3.3 止水带安置：拱圈衬砌需在施工缝中放置止水带：环向和纵向。按规范要求的位置固定，要防止浇筑砼过程中止水带移位和破坏。
4.3.4 台车就位、砼浇筑：采用液压式大模板穿行式台车（12m），安置止水带，循环间封堵可采用钢制弧形板、木板封堵，边墙封堵可用特制带孔钢、木模做挡头，即可预留钢筋，又可承受砼浇筑过程中侧向压力。多台灌车运输砼，输送泵泵送砼，泵放置在边侧不影响掌子面出渣运输。
4.3.5 回填及固结灌浆：在衬砌砼达到设计强度的70%时，立即按规范要求进行回填灌浆。待底拱衬砌完成时，方可进行固结灌浆，加固围岩，使衬砌砼和围岩成一个整体受力结构。
4.3.6 下断面（底拱）衬砌：为了不影响洞内车辆运行，待上断面衬砌完毕及落底完毕，可用底拱台车衬砌下断面，见图9。
4.3.7 运渣清基作业程序施工，并经监理验收合格后绑扎钢筋。对于与拱圈砼结合面，为避免反缝出现，可设置结合面成垂直，便于振捣和密实，在立模前先对纵向施工缝进行凿毛，为保证工期，可用两台底拱衬砌台车交替同步施工。
4.3.8 上下断面衬砌接缝处理：由于底模反拱结构原因，在上下断面衬砌接头处纵向砼会出现不密实、麻面现象，可在砼拆模后沿纵缝凿5～10cm宽齿槽，用微膨胀砂浆或环氧砂浆填充抹面，对于在开挖工程中出现渗漏水的地段，可采用钻孔进行接缝灌浆。
5 2/3圆砼施工需解决的几个问题
5.1钢筋搭接
由于全圆引水隧洞环向钢筋为一闭合受力整体，保证钢筋受力结构要求。在2/3圆砼衬砌施工时，由于2/3圆砼断面尺寸限制，迫使在2/3圆砼底部钢筋断开。为了保证全圆引水隧洞成形后环向钢筋的整体性，在2/3圆砼钢筋加工、安装时均依据钢筋接头连接要求进行预留，以便在底拱衬砌时与底拱钢筋焊接，预留长度为30cm、80cm交替布置，预留钢筋加工成L形， 紧贴基础岩面，并覆盖20cm厚砂砾，防止2/3圆砼底部混凝土外溢造成的污染。在底拱衬砌时对预留钢筋进行校正、焊接。
5.2 底部混凝土质量保证
该部位混凝土易与底拱未开挖岩石、浮渣结合在一起，混凝土强度不易控制；且在底拱开挖时易破坏。为保证该部位混凝土质量要求，在台车就位前由测量人员控制在底部铺设衬砌用砂30cm厚(2/3圆砼衬砌断面底部高程以下)，砂砾平整后铺设一层塑料薄膜进行隔离，再进行混凝土入仓浇注，这样可保证底部混凝土不被废渣污染，且对底部预留钢筋、纵向止水带在底拱开挖时起保护作用。
5.3纵缝止水
由于2/3圆砼施工工艺人为造成全圆隧洞出现两条纵缝，为隧洞运营带来安全隐患。为加强该部位止水效果，在2/3圆砼衬砌施工时，两底部安装两道纵向止水带(651型300minx lOmm)，止水带外露150mm。止水带安装同环向施工缝止水带安装要求相同。最弱处，不同期混凝土问存在收缩缝隙，为保证全圆隧洞整体性，待底拱衬砌完成时，对该纵缝采取接触灌浆，灌浆孔沿纵缝上下交错布置，问距1m，深1m。
6 机械、人员投入及循环作业时间
6#洞下游作业面2/3圆衬砌施工投入见表1，衬砌循环施工时间见表2。
7 施工工艺细节
7.1 加强两边墙底部清底、底部钢筋接头预留、纵向止水带位置固定，此部位为混凝土最薄弱地方，须严格按技术规范施工。
7.2 上下断面衬砌是开挖、落底、衬砌并序作业，工序多，各施工车辆、人员相互干扰，必须有一套强有力的管理制度和现场调度制度。
7.3 施工机械、人员要有充足保证，各工序环环相扣。大部分并序作业，若某一道工序受阻则必定干扰其他工序进度。
7.4 安全防护：多处开挖爆破，对施工人员、机械、风水管的安全防护要有强有力的保证措施。
8 2/3圆砼衬砌存在的缺陷
2/3圆砼衬砌施工虽然能有效地解决破碎围岩不良地质隧洞施工中安全和进度的要求，但全圆引水隧洞存在两条施工纵缝，对隧洞整体结构受力和隧洞止水都存在制约，易引发后期隧洞运营使用安全。要解决此通病必须加强预留钢筋焊接、纵向止水带安装，以及接缝灌浆质量，建立严格施工工序检验制度和管理体系，避免该部位出现施工质量缺陷，达到隧洞运营结构要求。
9 结论
目前6号洞下游已完成2/3圆砼衬砌700m，从效果上看，该段2/3圆砼衬砌是成功的，检测(纵缝凿槽)无任何质量缺陷。既保证了6号洞下游未开挖段正常掘进施工，又因围岩收敛变形洞段有了安全防护，抑制了松散岩体继续变形(通过对已施工2/3圆砼衬砌段收敛量测，收敛值已趋于0，围岩及衬砌结构体已稳定)。且2/3圆砼衬砌月进度平均120m，减小了因不良地质段隧洞工期压力，形成开挖、衬砌同时作业，满足了6号隧洞安全施工及电站工期目标要求，为企业创造了良好的施工效益和信誉。对隧洞现场工序协调衔接也提出了更高要求，培养了一部分隧洞现场管理高水平人才。关州电站6号洞下游2/3圆砼衬砌施工总结的经验，已在关州电站C1、C5、C6等相邻标段借鉴使用，均达到了理想效果和成绩，值得在类似引水隧洞施工中推广。
参考文献
[1]DLT5144-2001《水工混凝土施工规范》.
[2]DL/T5195-2004《水工隧洞设计规范》 北京.中国电力出版社.
[3]SL191-2008《水工混凝土结构设计规范》中华人民共和国水利部.
论文作者:彭毅
论文发表刊物:《防护工程》2017年第18期
论文发表时间:2017/11/22
标签：隧洞论文; 断面论文; 钢筋论文; 围岩论文; 混凝土论文; 台车论文; 下游论文; 《防护工程》2017年第18期论文;