输水隧洞内衬钢管外包自密实混凝土工艺性试验

输水隧洞内衬钢管外包自密实混凝土工艺性试验

伍玉龙

广东水电二局股份有限公司广东广州511340

摘要本文结合珠三角水资源配置工程试验段项目工程实践，为验证内衬钢管顶部60°范围内自密实混凝土浇注质量，同时通过工艺性模型试验进行混凝土配合比验证，最终确定自密实混凝土的生产拌和、浇注等各项参数和施工工艺。

关键词内衬钢管自密实混凝土工艺性试验

1.工程概况

珠江三角洲水资源配置工程深圳分干线起点为罗田水库南侧新建的罗田加压泵站，终点为公明水库，线路下穿公明水库4#主坝左坝肩进入水库，在库内设进库闸。线路全长11.9km，设计输水流量为30m³/s。本次选择深圳分干线桩号GM10+200.672~GM11+866.505作为试验段。

盾构隧洞内径5.4m，内衬钢管内径为4.8m，内衬钢管和盾构管片之间填充自密实混凝土，厚度在27.0~28.0cm之间。内衬钢管外侧设置有加劲环，最小布置间距为1.5，高度12cm。自密实混凝土通过内衬钢管开孔预留的浇注孔进行浇注，浇注(注浆)孔布置最大断面间距为6.0m，每个断面布置三个浇注孔，即腰部两个、拱部一个。

2.试验目的

根据类似工程施工经验，认为内衬钢管顶部60°范围内为最不易填充密实的部位，自密实混凝土经过顶部预留孔进行浇注，其浇注下落高度差最小，近似于水平流动，且需要翻越12cm高的加劲环，该范围内是否能够浇注均匀、密实饱满，混凝土拌和物填充性、障碍通过性和抗离析性是否满足要求，需要通过模拟工艺性试验进行验证。

(1)验证自密实混凝土配合比设计的合理性与适用性；

(2)验证自密实混凝土拌和物各项性能指标是否满足设计要求；

(3)验证浇注(注浆)孔布置断面间距(最大间距为6.0m)是否合理；

(4)验证内衬钢管顶部60°范围内是否能够浇注均匀、密实饱满，对混凝土拌和物进行填充性、障碍通过性和抗离析性评价。

3.混凝土试验配合比

4.试验方案说明

4.1.试验模型设计

盾构隧洞内径5.4m，内衬钢管内径为4.8m，内衬钢管和盾构管片之间填充自密实混凝土，扣除内衬钢管厚度，自密实混凝土浇注厚度约为28.0cm。内衬钢管外侧设置有加劲环，最小布置间距为1.5，高度12cm。自密实混凝土通过内衬钢管开孔预留的浇注孔进行浇注，浇注(注浆)孔布置最大断面间距为6.0m。

内衬钢管顶部60°范围内(弧长约2.5m)为最不易填充密实的部位，自密实混凝土经过顶部预留孔进行浇注，其浇注下落高度差最小，近似于水平流动。选取该最不利浇注结构部位进行模拟工艺性试验。

采用胶合木模板加工制作浇注模型，为一水平的简易木盒式结构，其横截面尺寸为净长600cm、净宽100cm、净高28cm，底部及侧边均采用普通胶合木模板立模，顶部采用有机玻璃板密封固定，便于观察记录混凝土流动状况。

盒体中部布置横向肋条，高度12cm、厚度3cm，布置间距为1.5m，模拟内衬钢管外侧加劲环，端部开有直径Φ125mm观察/通气孔。浇注孔(直径Φ125mm)设置于端头处，自顶部封板开口安装进料漏斗作为混凝土浇注孔。先由搅拌运输车持续放料至混凝土储罐内(容量0.5m³)，自储罐底部卸料口卸料经漏斗注入模型内，储罐卸料口距离模型顶部高差控制为0.5m。自密实混凝土浇注模型设计详见下图所示。

方案A由端头浇注口灌入混凝土，往端部自由流动，考虑自密实混凝土自主翻越横向肋条的工况。方案B为空白对比方案，不设置横向肋条。

4.2.试验结果记录

各模型试验进行时，均布置摄像头进行视频录制，并对如下内容进行记录、整理。

(1)混凝土填充时间

分别记录自密实混凝土填充完成A、B方案模型的时间(暂以端部观察孔冒浆作为终止依据)。

(2)混凝土在肋部翻越情况

观察并记录自密实混凝土在翻越1#、2#、3#、4#肋条时的流动状态及可能的骨料聚集情况，在混凝土浇注完成并终凝后，拆除模板，并对浇注模型进行纵向剖面切割或钻孔取芯，观察其是否充填密实、骨料分布是否均匀，验证混凝土拌和物的填充性、障碍通过性和抗离析性是否满足要求。

5.试验结果与结论

5.1.试验结果说明

(1)混凝土填充质量情况

自密实混凝土入模浇注时，记录自密实混凝土填充完成模型的时间及质量情况。

现场观察记录浇注过程，自密实混凝土能够顺利翻越前两道横向肋条，但在翻越第三道肋条时，其流动填充速度变得缓慢，说明在水平状态下横向肋条对自密实混凝土的流动性及填充性造成一定的阻滞，最终浇注端头至4#肋条之间(长度5.0m)基本填充密实，4#肋条至端尾之间(长度1.0m)未能完全填充密实。

试验结果说明各道横向肋条对自密实混凝土的流动性、填充性确实造成一定的阻滞，自密实混凝土在内衬钢管顶部60°范围内(为最不易填充密实的部位)自流平填充距离约为5.0m，而混凝土浇注孔布置最大断面间距为6.0m，单个浇注窗口往上下游两侧浇注填充范围长度为3.0m，浇注孔布置间距是合理的、适用的。

(2)混凝土在肋部翻越情况

混凝土入模浇注过程中，观察并记录了自密实混凝土在翻越1#、2#、3#、4#肋条时的流动状态及可能的骨料聚集情况。自密实混凝土在翻越各道横向肋条时，混凝土流动状态良好，均匀，无离析或骨料聚集情况。

在混凝土浇注完成并终凝后，拆除侧向模板，并对浇注模型各道横向肋条附近混凝土质量情况进行钻孔取芯验证，经观察其内部充填密实，骨料分部均匀，各横向肋条周边混凝土均匀密实，无骨料聚集情况。

5.2.试验结论

在模拟浇注内衬钢管顶部60°范围内最不易填充密实的部位时，各道横向肋条(即内衬钢管加劲环)对自密实混凝土流动性、填充性虽造成一定的阻滞，但并不实际影响其均匀性、填充性，对混凝土入模浇注施工质量基本无影响，自密实混凝土拌和物的填充性、障碍通过性和抗离析性性能良好，满足设计技术及相关规范要求，混凝土浇注孔布置间距合理。