冻结法施工下竖井多层吊盘倒模法混凝土衬砌施工技术

刘国章

（河南黄河工程有限公司 郑州 450004）胡殿军（郑州顺鑫工程监理有限公司 450004）

王海正

（河南黄河工程有限公司 郑州 450004）

1 项目概况

神木县供水工程是榆林市重点建设项目，工程主要解决该县城区15万人生活用水、城区各企业工业用水和县城周边农业用水问题，为神木县经济社会的发展及小康社会的建设提供水资源保障。该工程由21km隧洞和22km压力管道组成，其中，隧洞部分位于毛乌素沙漠一漏斗形区域内，洞体水平埋深为80～190m，该区域内地质条件复杂，且富含地下水，因此，竖井在开挖时采用了冻结法施工工艺。

由河南黄河工程有限公司施工的该工程第五标段，位于该输水隧洞中部，标段全长3115m，隧洞水平埋深150～180m，沿途布设三口竖井（13～15号）作为施工通道，井距1000m。竖井开挖井径为：土层部分（厚约61～90m）开挖井径4.5m，初衬井径4.1m；岩石部分（厚70～100m）开挖井径4.1m。开挖后采用300mm厚C30钢筋混凝土二次衬砌，衬砌成型井径3.5m。

该竖井于2007年10月开工，竖井部分于2008年5月完成，历时8个月。

2 竖井衬砌施工中存在的问题

由于该标段为整个输水隧洞的中间段，隧洞埋深相对较深，三个竖井深度分别为170m、180m、150m。同时，由于三口竖井均采用了冻结法施工，开挖后井壁表面温度为-6～-8℃，受井壁温度影响，新浇筑混凝土初期强度较低且强度增长较慢，而混凝土脱模强度又有严格的限制（不小于0.3MPa）,因此，从浇筑到脱模需用时间较长，而每天冻结维持费用高达21000元，如何在低温情况下保证混凝土脱模强度，提高施工进度，减少冷冻时间，降低冷冻成本，从而降低工程综合成本，成了本工程成败的关键。

竖井混凝土衬砌一般常用的施工方法有满堂架施工、滑模法施工，拉模法施工，但由于该工程采用了冷冻法施工，再加上该标段三口竖井深度较大，以上几种方法的使用均受到局限。

2.1 满堂架法

由于该标段三口竖井最小井深为150m，而根据脚手架搭设规范要求，采用双肢立管满堂脚手架时最大施工高度为60m，远远小于该工程竖井衬砌深度。如采用井壁加环梁法对脚手架进行阶段性支撑，则井口断面需扩大，造成开挖和衬砌工程量加大，增加成本。且此方法需用钢管及耗材量极大，同时，模板循环安拆及竖向提升受脚手架影响，只能依靠人力拉升，造成大量用工，进度不宜保证。另外，此方法在施工安全上不易保障，故该方法不能满足要求。

2.2 滑模法施工

滑模法施工是筒体结构施工中较常见的施工方法，其优点为施工工艺简单，劳动强度较小，浇筑质量容易保证，缺点是前期投入较大，受混凝土脱模强度限制，进度受到限制（常温下每天1.8～2m）。特别在该工程中，受冷冻法施工的影响，井壁温度过低（-8～-10℃），导致新浇混凝土前期强度增长较为缓慢，按强度增长曲线计算，在脱模强度为0.3MPa时，每天仅能浇筑拉升1.2m左右，远不能满足施工进度要求。且由于井壁冷冻维持费用过高（每天约7000元），施工进度对成本造成的影响巨大，故该方法无法满足该工程进度及成本控制需要。

2.3 拉模法施工

拉模法施工也是竖井施工中的一种常见的施工方法，其特点是施工工艺简单，由于模板与吊架连为一个整体，支撑、拆模及拉升较为便利，特别是采用液压顶撑技术后，劳动强度较小。但同滑模法一样，受混凝土拆模强度影响，每天最多只能拉升一仓（1.5m），进度较为缓慢，不能满足施工进度要求，受冷冻费用影响，施工总体费用过高。

3 多层吊盘倒模法施工工艺

3.1 新工艺选择

由于以上三种方法不能满足该工程要求，根据工程的特点，结合我们多年从事混凝土结构施工的经验，将倒模法和多层吊盘有机地结合起来，形成多层吊盘倒模法施工新工艺。

倒模法施工常用于圆筒仓、烟囱等工业建筑混凝土工程的施工，其施工原理是：根据混凝土初期强度和拆模要求强度之间的关系，在混凝土浇筑时采用多仓模板循环使用，以保证混凝土浇筑的连续性，满足工程进度要求，降低综合成本。而且在施工时可视进度要求增加模板仓数，以达到赶工的目的。由于该工程进度的特殊要求，在实际工程施工中，采用12仓模板循环使用，解决了混凝土拆模强度的制约，大大增加了衬砌循环高度，提高了施工进度。

吊盘法多用于竖井和筒体结构施工，利用起重机或倒链可方便升降，通过竖向移动满足施工需要。传统吊盘施工时，一般采用单层吊盘，在同一吊盘上需进行钢筋绑扎、模板支设及混凝土浇筑等工序，由于工序交叉，施工效率不高。为此，该工程在吊盘设置上采用了三层吊盘，保证了钢筋梆扎、模板安拆、混凝土浇筑等工序分别在不同的工作盘上进行，减少了工序间干扰，同时，对底层吊盘采用倒链和绞车双重提升，增加了底层工作盘的灵活度，大大提高了施工进度。

3.2 多层吊盘倒模法施工工艺构造

3.2.1 在吊盘设置上采用三层吊盘（见图1～图4）

a.上层吊盘用作衬砌基面修整和钢筋绑扎的工作平台。采用槽钢及角钢焊接成外径为3.4m、内径为1.8m的钢架环，上铺3mm厚钢板而成环状工作平台，并通过钢爬梯与中层工作盘连接。吊盘中间直径1.8m的圆孔作为混凝土运输通道。同时，本盘兼作主工作平台安全防护盘。

图1 吊盘提升系统示意图

图2 多层吊盘倒模法施工示意图（单位：cm）

b.中层吊盘为主工作平台，主要用于混凝土浇筑。将槽钢弯曲成直径为3.4m的圆环状，再用四根槽钢以井字形焊接，上铺钢板形成一个工作平台，中间留设1.0m×0.8m的方孔作为与下层吊盘间的通道（浇筑混凝土时铺设钢板封闭），与上层钢筋绑扎工作平台的间距为2m，与下层间采用钢链软梯连接。

图3 钢筋工作平台图

图4 浇筑、模板工作平台图（单位：cm）

c.下层工作平台主要用于拆模、升模、支模等工序，在中层工作平台的槽钢四角焊上吊环并安装四根导链（倒链长度视倒模层数确定），用导链或绞车来完成工作平台的升降，进行模板的拆除和支撑。

d.在构造上，上层工作平台与中层工作主平台形成吊盘主体，采用钢丝绳与井架连接，随着井壁混凝土衬砌成型采用井架倒链向上提升，每次提升高度为2.0m（两层模板高度）。下层工作平台与吊盘主体无固定连接，在需要模板拆除时，采用倒链或绞车将该盘降至拆模位置，模板拆除后，用绞车或倒链将该盘提升至模板支高度，采用四根钢丝绳固定于中层盘上，松下吊钩或倒链即可进行下道工序施工。

由于下层工作平台可采用绞车或倒链升降，升降方便，可同时完成对成品混凝土缺陷修补、保温养护等工作。

3.2.2 衬砌模板

采用定型组合钢模板，模板支设可采用用丝杠顶撑来实现安装、拆卸，模板提升采用导链进行拆模工作台的升降。根据浇筑进度要求及混凝土拆模强度，采用9～12组成型钢模板循环作业（见图5）。

图5 模板支撑系统图

3.2.3 工艺流程

工艺流程见图6。

图6 工艺流程

3.2.4 实际施工情况

各竖井开挖完成后，进行吊盘安装，首先对1～12仓混凝土进行浇筑，每次浇筑两仓，待第12仓浇筑完成后（第1、2仓已浇筑48h），经试验第1、2仓混凝土强度达到0.45MPa，满足规定拆模要求强度，利用绞车将下层吊盘降至第1、2仓位置进行拆模，模板拆除后，提升至第13、14仓浇筑高度进行支设，并依次循环。

由于工序交叉干扰得到解决，钢筋绑扎不占用工作时间，这样，每次模板拆除、支设及混凝土浇筑两仓（2.0m），用时6.0h，扣除设备维修、停电等影响，每天实际完成进度可达到5.0m，远超过业主要求每天3m的进度要求。

4 成果分析及结论

4.1 成果分析

采用多层吊盘倒模法方案后，使施工进度得到了较大的提高，取得了明显的经济效益。三口井二衬工期累计提前80天，共节省冷冻费用约56万元，扣除增加模板投入的8万元，综合节省费用48万元，达到了技术创新目标。

a.进度方面。由于多层吊盘倒模法施工解决了混凝土初期强度对脱模时间的制约，同时解决了钢筋绑扎、模板安拆、混凝土浇筑之间的工序矛盾，加快了工程进度，为工程能够按期完工打下了基础。

b.安全方面。由于采用三层吊盘，吊盘整体上升平稳，在混凝土浇筑或模板安拆时，上层吊盘起到防护作用，保障了施工人员的安全。

c.经济效益方面。采用多层吊盘倒模法施工，虽然前期投入较大，但施工进度明显加快，同时不需要专门的安全设施投入，吊盘及倒模使用及维修费用较低，大大的提高了设备的投入产出比；降低了工程造价，提高了工程经济效益。

4.2 结论

通过实际施工证明：该施工工艺通过增加模板仓数、增加工作盘层数，并把两者有机结合起来，有效地解决了混凝土前期强度对脱模时间的影响，并排除了工序间的干扰，大大地提高了施工进度，在隧洞工程施工中有广泛的推广价值。■