隧洞底拱施工技術分析論文

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1．概述

1．1工程概況

三峽右岸地下電站進水口預建段工程包括進水口和引水隧洞。引水隧洞預建段為六條長94.58m，襯砌后的直徑E13.5m的圓形隧洞。隧洞襯砌厚度分別為1.0、1.5、2.0m。由于洞徑大，采用底拱和邊頂拱兩次襯砌的方法施工，先行襯砌底部100—范圍的底拱部分，然后襯砌邊頂260—范圍內的邊頂拱部分。

1．2采用翻模的原因

1.2.1砼表面氣泡

砼表面氣泡是國內外工程施工中廣泛存在的砼缺陷,在三峽工程中如何消除砼表面氣泡，特別是隧洞襯砌的表面氣泡，是工程難題之一。如采用常規模板襯砌，氣體不易排出，勢必造成砼表面缺陷，專家組多次對此問題進行分析研究，經綜合比較，最終決定采用翻模施工。

1.2.2翻模的主要優點

翻模施工與鋼模臺車施工分析比較見表1。翻模施工是一項比較成熟的施工方法。采用翻?？上疟砻鏆馀?縮短工期，還具有拆裝方便，成本低廉的特點，故采用翻模是經濟可行的施工方案。

2．施工方法和工藝

2．1翻模材料

右岸地下電站引水隧洞底拱砼襯砌施工模板采用定型翻模，鋼面板厚度為3mm，單塊尺寸120cm(弧長)*100cm(寬度)，翻模工藝圖見附圖一。

3．2工藝流程

工藝流程圖

方案分析比較表

表1

方案

指標

方案一：定型小翻模

方案二：底拱鋼模臺車

技術性

1、能有效地消除砼表面的氣泡，提高砼表面質量；

2、由于翻轉模體移動方便，運用靈活，對工期沒有影響；

3、較費工、費時。

1、技術先進，應用較多；

2、省工省力，運行可靠；

3、對消除砼表面汽泡沒有把握；

4、由于體積龐大，同一條引水隧洞不能同時使用邊頂鋼模臺車，不能進行交叉作業，工期將延誤72天；

5、由于右岸引水隧洞預建段洞身短、洞數多，每套鋼模臺車需安拆三次，底拱鋼模臺車拼裝較困難，安拆將占直線工期，對工期影響程度較大。

工期

單洞總工期42天

1、設計、制作10天；

2、安裝1天；

3、底拱澆筑30天；

4、底拱定型小翻模拆除1天。

單洞總工期127天

1、設計、制作45天；

2、安裝5天；

3、底拱澆筑72天；

4、底拱鋼模臺車拆除5天。

經濟性

六條洞底拱翻模費用總額：11.84萬元

1、2*48塊/套*60kg/塊*0.65萬元/t=3.744萬元；

2、人工費增加：6*12*30工日*37.36元/工日＝8.070萬元。

六條洞底拱鋼模臺車費用總額：59.2萬元

1、2*30t/套*0.65萬元/t=39萬元；

2、液壓系統：2*8萬元/套＝16萬元

3、安拆費：3*60*0.03萬元/t=4.6萬元；

4、軌道標準件：2*5萬元/套＝10萬元；

5、安拆費：3*2*120*0.03萬元/t=21.6萬元；

6、板材費：9*1676.48元/m3I10000=1.5萬元.

2．3模板安裝及固定

待上述常規工序完成，底板鋼筋綁扎結束并且驗收合格后,根據定型翻模安裝位置測量放出過流面結構線,掛線將一端帶有尼龍錐套(靠過流面側)的螺栓焊接固定在支撐鋼筋網上,然后微調尼龍錐套旋,使之頂面高程與過流面高程齊平。支撐定型翻模的尼龍錐套沿水流方向布置9排,垂直水流方向每側布置4排,支撐鋼筋選Φ25,直接撐在巖面上。尼龍錐套固定、調整結束后，將模板放在調節好的尼龍錐套上，校正模板位置并用拉筋固定模板。拉筋位置的尼龍錐套不考慮作為支撐使用，拉筋宜在模板就位后再進行安裝，為保證拉筋上緊，預裝時尼龍錐套宜離模板1～2cm，緊螺栓完成后，如有空隙則進行堵塞，以利拆模后拆除尼龍錐套。為增加拼裝定型模板的整體剛度，后面用槽鋼制作的背擔固定模板，背擔由三段組成。

2．4刮軌安裝

底拱襯砌中間無定型翻模部位采用刮軌收面控制體形。刮軌采用角鋼或圓鋼彎制而成（如加工條件允許應優先選用角鋼），用Φ25的插筋支承加固在基巖面上。

刮軌用角鋼或Φ20圓鋼彎曲。刮軌垂直水流方向布置，刮軌頂面高程與過流面高程齊平，然后用鋼筋支撐焊接固定在底座板插筋上。

2．5吊腳平臺搭設

吊腳平臺搭設時,至少利用底板預埋的2根灌漿管做吊腳平臺站管支撐點,灌漿管預埋時均與結構鋼筋焊接牢固。吊腳平臺搭設時用鋼筋插入底板布置的灌漿管中，并在鋼筋上面插入1.5寸鋼管作為支撐吊腳平臺的站管;然后再在兩邊墻上搭設八字形鋼管,通過連接鋼管八字形鋼管與站管連接成一個整體。連接鋼管中的橫向順水流方向鋼管間距應小于1.5m。吊腳平臺的上層滿鋪竹跳板作為砼入倉導管布置的平臺，下層為抹面平臺，竹跳板根據需要進行鋪設。詳見附圖二。

2．6砼澆筑

底拱砼澆筑是從一端至另外一端進行通倉分層下料，澆至模板下口處時進行充分振搗，再從左右兩邊墻均勻下料進行邊墻砼澆筑，逐層鋪料直至分縫高程，且控制砼來料強度不低于15m3/h,上升速度控制在0.8m/h,這樣可以使定型翻模的底部與頂部砼凝固時間一致。砼澆筑過程中為防止大量砼從底座部中間空的部位冒出，用三分板緊貼最下面一塊定型翻模進行封堵；待砼澆筑結束后及時取出三分板。砼澆筑至分縫高程時，用刮尺緊貼刮軌對底部中間無定型翻模部位的砼找平，局部不平處用抹子搟漿找平，然后取出刮軌，最后用抹鏟進行壓光，以滿足平整度要求（順水流方向不大于1mm/m,橫向檢測不大于5mm/m）。

2．7翻模及抹面

定型翻模施工最為關鍵的是掌握翻模時間。翻模時間過早會影響砼質量，過晚則形成缺陷，達不到翻模目的。砼澆筑過程中，根據實驗室提供的實測資料隨時觀測與掌握砼的凝固情況，及時定型翻模抹面。翻模采用手動葫蘆掛于抹面平臺上，下端用Φ12鋼筋彎成的掛鉤于模板背肋上臨時焊接的吊耳或預留孔上將模板提起，也可用人工翻模；翻模后應及時進行抹面作業，并用直尺和弧形靠尺檢查平整度和曲率。翻模順序為先澆先翻的原則，通常是在初凝前3～5小時先拆除最早收面處的一塊翻模，當砼塑性很小時即可翻模，即由底部向兩邊側。設專人進行找平、抹面，抹面一般不超三次，避免砼表面的過多擾動，造成表面砼松散。拆模后對模板及時清洗，損壞的及時修理。拆出的模板堆放整齊，做到文明施工。

2．8質量保證措施

2.8.1保證澆筑后過流面體形結構尺寸；

2.8.1.1支撐模板的尼龍錐套不能直接與主筋焊接，而是用鋼筋直接撐在巖石面上。支撐鋼筋之間根據需要設置縱向連接鋼筋，增加支撐鋼筋的剛度。

2.8.1.2中間設置的刮軌宜選用剛度大的角鋼彎制，垂直水流方向布置。刮軌間距控制1.0m~1.5m之間。抹面時先用直尺（鋁合金方鋼，垂直度滿足過流面要求）沿垂直水流布置的刮軌刮平，然后用定制的弧形刮尺沿水流方向檢查過流面體形尺寸。

2.8.2保證澆筑過程中砼的質量

2.8.2.1振搗工必須入倉振搗，直至人員不能入倉振搗時，采用縱向堵頭模板上預留的窗口振搗。進人口位置一般設于側向堵頭上，對于結構襯砌厚度為2.0m的可設于縱向堵頭模板上。

2.8.2.2邊墻砼澆筑振搗時，為防止大量砼涌入底拱，可緊貼定型翻模下口加一塊臨時擋板，待砼澆筑結束后取出該臨時擋板。

2.8.3砼表面的保護和養護

2.8.3.1抹面結束后，及時用麻布或是EPE保溫被覆蓋砼表面進行保護。

2.8.3.2終凝后，保持砼面濕潤，及時灑水養護28天。

3.工期及資源投入

3．1單塊循環時間

單塊循環時間見表2。

單塊底拱澆筑循環時間表表2

施工工序

耗用時間

單位

工程量

時段(天)

備注

1

2

3

4

5

6

7

清底

12

M2

168

扎筋

36

T

8

立模

36

M2

110

含抹面平臺搭設

止水

12

M

14

驗收

12

項

1

澆筑

24

M2

120

合計

120

3．2人工投入

人員投入情況如表3。

人員投入情況表表3

工種

人數

班長

砼工

鋼筋、模板

抹面

一檢

二檢

電工

備注

單班人數

1

8

4

8

1

1

1

共用5天，365個工日

三班人數

3

24

12

24

3

3

3

3．3設備投入

設備投入情況見表4。

設備投入情況表4

序號

設備名稱

規格

單位

數量

使用時間(h)

備注

1

砼運輸車

EVA

輛

2

24

2

砼輸送泵

三一HB60D

臺

1

24

3

電焊機

交流

臺

2

36

4

振動器

軟軸插入式

臺

8

24

3．4材料耗用

主要材料耗用情況見表5。

主要材料耗用表表5

序號

材料名稱

單位

耗量

周轉次數

備注

1

翻模

T

4.83

15

僅為翻模工藝

2

腳手架鋼管

T

3.7

10

增加材料耗量

3

尼龍絲套

個

90

3

4

支撐筋

kg

1400

4．翻模施工優、缺點及工藝改進探討

4．1優點

翻模施工可有郊消除砼表面氣泡、拆裝方便、縮短工期、成本低廉等優點。

4．2缺點

三峽右岸引水隧洞預建段底拱翻模經一年多的施工實踐，存在以下問題：

4.2.1底拱翻模施工大都采用人工進行，用工較多，砼表面質量與施工人員熟練程度有關；

4.2.2砼體形控制較難，需使用大量的支撐和拉筋材料，材料耗量大；

4.2.3機械化程度低，工藝較落后，對長隧洞工效不高，且周轉次數較少。

4．3隧洞底拱的翻模結構的改進

從分析比較表中可看出，當隧洞較短時，翻模具有工期短較經濟的優勢，但對于長隧洞來說，由于周轉次數的增加。經濟上就不占優勢，且人工、支撐材料耗用較多。但由于翻模能有效地消除砼表面缺陷，對提高質量是有利的，所以有必要在長隧洞底拱砼襯砌中采用翻模，但從技術、經濟和進度方面考慮，應對翻模結構進行改進，具體方案可從以下方面進行改進：

4.3.1使用底拱鋼模臺車進行改造，將面板設計可翻轉模板或者是將底拱鋼模臺車加高，通過液壓千斤頂提升分段模板，留夠抹面空間；

4.3.2底拱翻模臺車設計時，考慮砼初凝隨砼入倉時間的不同有所不同，翻轉模板可分段翻轉。

5．結語

三峽工程右岸地下電站引水隧洞預建段底拱砼襯砌采用翻模施工，有效地消除了砼表面缺陷，提高了砼表面質量，具有結構簡便、制作容易、拆卸迅速、工期短、較經濟的特點，但有技術上不先進、耗用人工和支撐材料較多、對長隧洞不具有工期優勢的特點，故對長隧洞底拱施工有必要進行改進，使其能揚長避短，不斷完善施工方法。