总干三级泵站出水平洞砼衬砌施工工艺

总干三级泵站出水平洞砼衬砌施工工艺

高永林

中国水利水电第十一工程局有限公司河南省郑州市450001

1.工程概述

总干三级泵站出水压力输水隧洞总衬砌长度达350.45m，洞径为3.8～5.2m，纵坡i=0.3%，断面设计为圆形。隧洞由前后两段组成，前段为两支洞，后段为一主洞，平面呈“Y”型布置。两支洞进口部位各有62.7m长的钢衬段，钢衬段砼衬砌厚度为57.6cm，其余部分均为钢筋砼衬砌，砼衬砌厚度为60.0cm。两支洞口由出水钢岔管与厂房出水钢管连接，主洞下游通过上弯段与出水压力竖井衔接。该工程主要完成的工程量为：石方洞挖15000m3钢筋制作安装502t，砼浇筑2733m3，止水紫铜片焊接安装354m，钢衬管制作安装300t。

2.施工布置

砼料用5t自卸车自拌和站运至现场，利用砼泵直接泵送入仓。砼拌和站布置在厂区南侧，平万公路北边，距洞口约200m，由一组1m3全自动强制式拌和机、自动秤量系统、电脑操作系统和自动上料系统组成。砂行堆料场位于拌和站的东西两侧。

钢筋在厂区西侧钢加厂加工，成型钢筋在洞口临时存放，按照施工顺序进行安装。洞内所需220V、380V照明及工作用电，均由洞口东侧山坡上的配电盘引入。洞内电缆沿洞壁铺设在洞中心高程位置，每隔30m设置一盏照明灯。在施工段位置，还需布置多盏施工照明灯，以确保施工照明条件良好。

洞内所需用水，由厂区高压水钢管从洞口引至洞内。隧洞交义段位置设有一排水集水泵坑，用水泵将水排至洞口处厂区施工排水泵坑。

砼衬砌的施工顺序为：左支洞（自外向里）→主洞（自里向外）→右支洞（自里向外）→交叉段。每段施工先底拱，后边顶拱。

3.施工工艺

3.1钢筋制安

钢筋在钢加厂加工好后，利用汽车运至现场，人工进行绑扎。现场安装时，先在底拱部位钻孔设锚筋，直径为Φ25mm，间距为2.0m，锚筋伸入岩石0.5m。在一些特殊部位（如弯段、交叉段等）进行锚筋加密。在锚筋上焊接架立钢筋，架立筋位置均匀间隔，而后安装底拱部位钢筋。边顶拱钢筋安装前需先搭设管架，进行钻孔设锚筋、焊接架立筋和边顶拱钢筋安装等作业。

架立筋的位置可由测量人员确定平洞中心点，根据洞半径和保护层厚度定出架立筋位置和长度，架立筋的方向与分布钢筋方向一致。施工过程中可考虑将架立筋兼作分布筋使用，从而可以节约钢筋用量。主筋直接绑扎固定在架立筋上，再将分布筋与主筋进行绑扎，绑扎时必须控制好钢筋的间距。钢筋绑扎采用梅花形间隔绑扎，钢筋焊接采用J422手工电弧焊。

在实际施工中，由于底拱砼浇筑完毕之后才进行边顶拱钢筋安装，且在底拱砼面上安装有钢模台车运行轨道，所以可在为安装边顶拱钢筋所搭设的管架底部设置滚轮，使管架能在轨道上运行。这样可避免反复的搭拆管架，从而提高工作效率。

3.2模板工序

钢符段：只需设立堵头模板，可根据开挖断面的实际形状，采用钢模拼装，木板堵缝，横竖带采用短方木或短钢管。

钢筋砼衬砌段：底拱模板采用自制加工的弧型钢板模板。模板下部采用“T”型钢筋作为模板支撑，周边用“﹃”型钢筋将模板扣住，以防止进行砼振捣时模板上浮。

边顶拱模板采用自制加工的钢模台车。在底拱砼浇筑时，预埋有轨道螺栓用来安装台车轨道。钢模台车由卷扬机牵引，沿轨道运行就位，进行测量定位并调整固定后即可。

在弯管段及岔口处等特殊部位，根据现场情形加工异形模板。例如在弯段采用小钢模及自制加工的异形竹胶模板拼装：在岔口部位采用薄钢板现场拼装，架子管搭设支撑架进行固定。

灌浆管埋设时，灌浆管的一端紧顶模板，并在该处模板面上用油漆做标记，以便拆模后寻找灌浆管。另一端穿过钢筋网距岩石面10cm左右，灌浆管两端管口用棉纱堵好，防止砼或砂浆进入。

止水为30cm宽的紫铜止水带，采用气焊搭接，安装时可利用堵头模板将其固定在双排钢筋之间，以保证止水带的平整性且不与钢筋贴在一起。

3.3钢模台车制作工艺

钢模台车由台车骨架、面板、顶丝及轨道四部分组成。台车骨架采用[10。和[20槽钢焊接而成。纵横向骨架采用[10槽钢焊接成矩形空心形式，间距0.8-1.0m，[10槽钢可根据不同的设计形状和尺寸用砂轮切割机切割成型，J422焊条手工电弧焊接。在纵向底部以[20槽钢作通常承重支板。

面板分侧板和顶板，共四块，每块大小形状相同。面板表层为3mm厚钢板，承载肋条采用[6或[8槽钢。钢板和槽钢可根据设计尺寸分别在卷板机上成型。横肋间距为50cm，面板之间采用自制活页连接。在加工面板时应注意整个周长一次加工成型，然后按照分块尺寸沿轴线方向焊接拼装。在面板的组装时面板的纵向边的槽钢面应与半径方向一致，横向边槽钢面应与半径重合。

顶丝即调整螺栓，位于台车骨架的面板与面板联接处，是台车骨架与面板联接的重要部件，直径选用Φ25或Φ32的粗螺纹螺栓。其顶部应加工成圆弧形，各顶丝的位置及长度可根据工程实际情况作专门计算。

轨道可采用轻轨，是钢模台车移动的线路。轨道固定在隧洞底板砼浇筑时预埋的插筋上，安装时应保证与洞线方向一致。

3.4砼浇筑

先用自制弧型大钢模浇筑底拱部分，并预埋轨道螺栓安装台车轨道：再采用钢模台车经轨道入仓进行边顶拱砼浇筑。其施工工艺流程为：基础面清理（包括砼面谐毛与冲洗）→钢筋绑扎→设置止水铜片、接地扁钢、灌浆管及仪器线缆→立装模板→三检验收合格→砼泵管架设→进行砼浇筑→拆模→进入下一循环。砼采用微胀泵送砼，标号为C30W10F150，坍落度为17~19cm，配合比为胶凝材料：砂：粗骨料-1：1.76：3.07，微膨胀剂为S-LBP膨胀减水剂，掺量为水泥用量的8%。

砼在拌和站拌好后自卸车运至现场，卸入砼泵集料斗中，砼泵直接泵送入仓。堵头模板上预留孔洞。作为泵管通用孔及进人孔。砼泵选用ITB30型拖式砼输送泵，水平输送距离为350m，垂直输送距离为60m，理论输送量为30m/h。在边顶拱浇筑时，应采用沿洞轴线对称浇筑的方案，以免一侧受力过大，使钢模台车发生倾斜偏位。为保证顶拱部位砼浇满，先自下而上对两侧边拱进行对称浇筑，再由里向外进行顶拱浇筑，最后将进人孔封堵，利用泵送压力进行封拱。在对止水部位进行振捣时应特别注意，先将止水带下部的砼振揭密实后，再进行止水带上部的砼振捣作业，以免浇筑过程中将止水带压折。

交叉段因设计有八层钢筋网，层间距离最大只有20cm，施工人员无法进入仓号内进行振捣。所以在实际开挖交叉段部位时，可比设计有意超挖50~70cm以便浇筑时施工人员入内进行砼振捣。局部位置施工人员无法进入的，可考虑在该处模板上开洞作观察窗和进料口，在砼浇至该部位时再进行封堵。

观测仪器及电缆在砼浇筑过程中应特别注意保护，电缆必须穿钢管或采用两根槽钢将其合包起来，其敷设线路应避开灌浆管或钢衬段预留灌浆管。仪器的安装也应特别注意：例如，应变计安装，由于施工空间狭小，安装人员无法在砼面上进行作业。所以，在钢筋绑扎结束后砼浇筑前，用铅丝将应变计固定在设计部位，应变计的四个方向均用铅丝拉紧。以保证在砼浇筑过程中应变计不动。而钢筋计则在钢筋绑扎完毕后，将相应部位的钢筋用气割割下，将钢计与钢筋采用坡口焊法焊接，并保证中心线对正。在浇筑过程中，要防止振捣器直接触及埋设的仪器。

4.质量控制

对钢筋、水泥、粉煤灰、外加剂及砂石料等原材料都必须进行常规检验，合格后方可使用，严禁使用不合格产品。对施工中的机械设备，如拌和系统设备、砼输送泵等均应定期进行检修。砼输送泵在每次浇筑前应检查是否存在故障，在浇筑完毕后应立即进行清洗，并维护保养。这样可防止在砼浇筑过程中因机械设备出现故障，而致使浇筑间断。一旦间断时间超过砼初凝时间，则将造成不可挽回的质量缺陷。

夏季洞内温度一般均在24℃以下所以在施工现场可不采取降温措施。主要在于做好砼料的拌和及运输中的降温工作；控制好试验配合比和外加剂的掺量；避免因温度过高而出现砼假凝现象，或者在运输过程中工作性水量损失增大，致使振捣和泵送困难；砼浇筑时间可尽量避开白天高温时段。

冬季气温寒冷，为保证砼强度正常增长而不发生受冻破坏，通常采用以下列措施：1）在砼料中掺加适宜的早强外加剂；2）砼料采用热水进行拌和，控制好砼料的出机温度；3）运输车辆加塑料棚保温；4）现场进行洞口封堵，洞内生炉火升温。

5.测量控制

5.1施工通过路线路面的水平位移观测

处于施工范围内的路面直接埋设监测点进行监测，监测点固定好后，用水准仪测得监测点的初始标高。路面位移监测点要求纵向间距20m，横向间距5m。仪器：精密免棱镜全站仪加对中杆，精度：±0.2″。

5.2施工通过路线路面的沉降观测

同时在施工影响范围内的路面还需要进行沉降监测，对判定支护结构的竖向沉降具有重要作用。在施工路线通过的路面埋设监测点用水准仪测定其标高，通过其监测判定推进和支护安全具有重要意义。路面沉降监测点设置要求为纵向间距10m，横向间距5m。仪器：精密水准仪，精度±0.7mm/km。

5.3安全巡视

采用仪器进行监测是不可缺少的重要手段，但由于仪器监测毕竟有限，不可能覆盖变化的所有地方，因此作为补充，安排专职安全员每天进行施工范围内的现场巡查非常必要。主要巡查内容为：

（1）施工现场地表水、地下水排放状况是否正常；

（2）周边地面有无超载；

（3）周边建筑有无新增裂缝出现；

（4）周边道路（地面）有无裂缝沉陷。巡视检查以目测为主、可辅以钎、锤量尺放大镜等工具以及摄像、摄影等设备进行。

5.4、监测频率

监测工作自始至终要与施工的进度相结合，监测频率应满足施工工况及环境保护的要求，监测频率安排见下表，具体可根据需要及时调整加密。监测频率应根据实际施工情况进行调整，遇到较大降雨时以及观测值达到预警值时观测加密。施工时，通过1至3日内，监测地面的沉降值及沉降速率，每天测2次，当全线贯通7至10日内，监测地面的沉降值及沉降速率，每天测1次。在有特殊要求时还须测最终沉降值。

表5-1监测表

6.安全保证措施

6.1安全基础工作

（1）加强安全教育工作、作好事前控制。

（2）“预防为主”是本工程安全管理主要手段，将安全教育作为一个动态过程，贯彻到工程的始终，使每个施工人员都树立以“预防为主、安全第一”的安全生产意识，针对施工过程中可能发生的安全事故，开展预测、预防工作，找出工程施工安全风险点，防患于未然。

（3）建立班组安全管理制度。建立对施工班组的安全管理制度是一项极其重要的基础工作，重点开展以“讲评、教育、交底及检查”的安全管理制度。

（4）施工现场所有工作人员均配备劳保服、安全靴、雨衣、手套、安全帽、听力保护装置等安全必备品。施工导行地段安全保障：在施工导行地段设置明显的交通导行标志，在主要道口派专人协助指挥、疏导交通，以确保交通安全。

6.2安全防护

（1）各施工、操作人员须经过安全培训，不得无证上岗，各种自制设备、设施通过安全检验及性能检验合格后方可使用。

（2）现场照明设施齐全，配置合理，经常检修，保证正常的生产、生活。

（3）在施工现场入口的显著位置设立“五牌一图”，进入施工现场的人员，必须佩戴安全帽，特殊工种按规定佩戴好防护用品。

（4）设立为确保工程安全施工所需的足够的标志、宣传画、标语、指示牌、警告牌、火警、匪警和急救电话提示牌等。

（5）设置“四口五临边”的安全防护设施，包括护身栏杆、脚手架、洞口盖板和加筋、竖井防护栏杆、防护棚、防护网、坡道等。

（6）对涉及明火施工的工作制定诸如用火证等管理制度。

（7）施工现场至少配备一名专职安全员或安全工程师，负责建立并实施安全生产例会和安全技术交底制度。

（8）加强施工的监控测量，及时反馈量测信息，依照量测结果及实际情况，及时支护措施及支护结构的封闭时间，确保施工安全及地面建筑物安全。

（9）做好交通运输的安全工作，施工场地要设置交通红灯、交通指示牌及疏导人员，以便疏导行人及车辆。

（10）配备装备良好的临时急救站和称职的医护人员。现场常备应急车辆，以利伤病人员迅速转移救治，与附近医院保持联系，出现问题及时处理。

6.3安全用电

（1）施工用电采用“三相五线”制，按“一机一闸一漏保”设置防护。安全用电使用漏电保护器参数为15mA•S，漏电动作电流<0.1mA。

（2）变压器设在施工现场边角处，并设围栏；根据用电位置，在主干线电杆上装设分线箱。

（3）在施工现场专用中性点直接接地的电力系统中，采用TZ-S接零保护系统，电气设备的外壳与专用保护零线连接。不得在同一供电系统中有的接地，有的接零。

（4）现场内电线与其所经过的工作地点保持安全距离，现场架空线与工作地点水平距离不小于10cm，跨越临时设施时垂直距离不小于2.5m。同时，加大电线的安全系数，施工现场内不架设裸线。

（5）施工用电符合用电安全规程。各种电动机械设备，均有可靠有效的安全接地和防雷装置，非专业人员不允许操作机电设备。

（6）各类电焊机的机壳设有良好的接地保护。电焊钳设有可靠的绝缘，不准使用无绝缘的简易焊钳和绝缘把损坏的焊钳。

（7）电工作业时穿戴好个人防护用品，并严格执行电气安全操作规程，做到持证上岗。电工作业贯彻“装得正确，用得安全，修得及时，拆得彻底”的十六字方针。

7.小结

总干三级泵站平洞砼衬砌采用自制加工的弧型大钢模及钢模台车进行砼浇筑。钢模台车根据针梁式模板的工作原理，将费用很高的针梁改为简单的槽钢骨架，将自动液压调整系统改为自制正反顶丝，将液压行走系统改为轮支撑拖拉行走。钢模台车的制作与应用，使得隧洞砼浇筑比常规方法简单方便，浇筑质量好、进度快，且成本较低，是其它同类工程值得参考和借鉴的一种新工艺。微膨胀砼在出水平洞中的应用，有效地减少了砼表面裂缝数量，有实际工程意义，值得在同类工程中推广。