引水隧洞混凝土衬砌施工中的难点、重点及应对措施

李 汉 青， 冯 兵

(1.四川二滩国际工程咨询有限责任公司，四川成都 610072;3.中铁十六局四川工程公司，四川成都 610054)

1 工程概况

狮子坪水电站引水隧洞全长18.712 km，布置于杂谷脑河右岸，共分为CⅣ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ、Ⅸ标6个标段，设置8个施工支洞，其中1#、3#、5#、6 －2#施工支洞设置检修门，2－1#、2 －2#、4#、6 －1#支洞进行混凝土封堵。

引水隧洞开挖断面为马蹄形，底宽5.0 m，高6.7 m，断面面积37.62 m2。Ⅳ、Ⅴ类围岩洞段采用穿行、针梁衬砌台车相结合的方式进行钢筋混凝土衬砌，衬砌成型后为圆形，内径5.5 m，混凝土衬砌浇筑形式分为2/3边顶拱、1/3底拱和全断面混凝土衬砌。

2 混凝土衬砌施工的难点

2.1 交通运输条件

(1)狮子坪水电站引水隧洞除1#、2－1#、2－2#施工支洞外，其他施工支洞即:3#、4#、5#、6 －1#、6－2#施工支洞全部布置在半山腰，混凝土拌和系统均布置在施工支洞口平台，支洞口平台距317国道的垂直距离约为200～300 m，唯一的交通道路为“之”字形施工便道，且其弯多路陡，因此，水泥、砂石骨料的运输难度可想而知，尤其是遇到冬季冰雪天气，施工便道路面积雪、结冰，导致水泥、砂石骨料根本无法运至支洞口施工平台，必须及时组织人员、设备进行撒盐、清除积雪、坚冰等工作，既耗物耗时，又导致混凝土衬砌施工进度受到很大影响。

(2)由于引水隧洞开挖断面较小，底宽只有5.0 m，混凝土运输罐车无法在隧洞内自由错车、调头，而仅能依靠隧洞内的避车洞进行错车、调头。受投资控制的限制，隧洞内的避车洞不可能无限制的设置，一般200～300 m左右设置一个，因此，在混凝土浇筑过程中，混凝土运输罐车的交通受到很大限制。在混凝土浇筑高峰期，由于洞内混凝土运输罐车较多，需安排2～3个专职的洞内交通指挥人员利用对讲机指挥交通，以避免洞内交通阻塞，影响混凝土衬砌施工。

2.2 交叉平行施工

狮子坪水电站引水隧洞单头洞段较长，尤其CⅦ标4#支洞主洞下游单头全长2 188 m，CⅧ标5#支洞主洞上游单头全长2 145 m，且围岩类别变化频繁，各类围岩支护、衬砌形式、参数不一，工序繁多，在工期紧张的情况下要求Ⅲ类围岩底板混凝土浇筑、边顶拱喷锚支护以及Ⅵ、Ⅴ类围岩混凝土衬砌交叉平行作业，而洞内工作面又极为狭窄，施工干扰较大，这就对施工组织设计和现场管理提出了更高的要求。以CⅦ标4#支洞主洞下游为例，CⅦ标4#支洞主洞下游分界桩号为K9+935～K12+123，其中K9+935～K11+490除3段共计245 m的喷锚段以外全部为混凝土衬砌，K11+490～K12+123洞段全部为喷锚支护，共633 m。

正常的施工顺序是从下游至上游按部就班的进行施工，即:K12+123～K11+490底板混凝土、边顶拱喷锚支护→K11+490～K10+900全断面混凝土衬砌→K10+900～K10+735底板混凝土、边顶拱喷锚支护→K10+735～K10+595全断面混凝土衬砌→K10+595～K10+555底板混凝土、边顶拱喷锚支护→K10+555～K9+935全断面混凝土衬砌。

然而，根据施工总进度要求，按照上述的施工顺序根本无法按期完工，因此，需要进行交叉平行作业，即:K12+123～K11+490底板混凝土→K11+490～K10+900部分钢筋制安和K12+123～K11+490全部喷锚料的倒运→K12+123～K11+490喷混凝土、K11+490～K10+900全断面混凝土浇筑和K10+900～K10+735边顶拱喷锚支护→K10+900～K10+735底板混凝土→K10+735～K10+595全断面混凝土衬砌、K10+595～K10+555边顶拱喷锚支护→K10+595～K10+555底板混凝土→K10+555～K9+935全断面混凝土衬砌。

2.3 洞内渗水

狮子坪水电站引水隧洞地下水极为丰富，甚至出现过流量为上千m3/h的涌水。在混凝土浇筑过程中对洞内渗水、涌水、流水的处理是一项艰巨的任务，如果没有对渗水、涌水、流水进行很好的处理，则混凝土的浇筑质量是无法得到保证的，而且洞内渗水部位和状态也是多种多样，因此，在混凝土浇筑过程中，要根据不同的渗水情况制定相应的处理措施:

(1)倒坡洞段底板渗水、流水的处理。

对于倒坡洞段的流水，在混凝土浇筑过程中，主要是针对浇筑工作面上游洞段流水进行处理，而工作面下游洞段的流水一般不会对浇筑仓面造成不利影响。工作面上游洞段流水受坡度作用会直接流入浇筑仓内，如果流水量过大，所浇筑混凝土中的水泥浆会完全被流水冲走，混凝土的施工质量无法得到保证。因此，混凝土浇筑工作面上游洞段的流水一定要根据洞内的渗水情况，合理设置排水设施，以确保混凝土浇筑仓内无流水冲刷。

倒坡洞段的排水设施一般是在洞内一定距离(视渗水大小而定)设置集水坑，并安装排水管路(排水管路一般为钢管)，在集水坑内配备合理功率的水泵利用排水管路把洞内的渗水抽排至洞外。狮子坪水电站引水隧洞CⅦ标4#支洞主洞下游因地下水极为丰富，洞内渗水量较大，共设置了9个集水坑(集水坑距离为250 m左右)，5条排水管路，排水高峰期设置功率为5.5～15 kW抽水水泵41台。

(2)顺坡洞段底板渗水、流水的处理。

顺坡洞段混凝土衬砌施工一般是从上游向下游既支洞口方向推进，因此，对于混凝土浇筑工作面下游洞段的流水一般不需要处理，因为流水受坡度作用而直接流入支洞排水沟内;但对于混凝土浇筑工作面上游已完成混凝土衬砌洞段的底板流水则必须进行妥善处理。上游已完成混凝土衬砌洞段的底板流水主要来源于上游平行作业的固结灌浆施工中灌浆孔的渗水以及施工缝的漏水。

狮子坪水电站引水隧洞CⅧ标5#支洞主洞上游混凝土衬砌施工过程中上述渗水情况较突出。另外，还有上游标段CⅦ标洞内的部分渗水。采取的措施是在全断面或下1/3底拱和Ⅲ类围岩底板混凝土浇筑过程中预埋两条排水管路，排水管路布置在开挖底板的一侧并延伸至混凝土浇筑仓面下游一定距离处，在Ⅲ类围岩底板适当部位焊接排水支管与预埋的排水管连通，这样就可以在排水支管处设置排水泵站，对已完成混凝土衬砌洞段的渗、漏水进行抽排，且不影响下游混凝土衬砌洞段的施工，效果较好。如果混凝土浇筑工作面上游洞段渗水较小，则可以直接在浇筑仓面上游底板设置简单的挡水围堰，利用水泵将底板流水抽排至混凝土浇筑仓面下游即可。

(3)边顶拱渗水的处理。

边顶拱渗水分为集中渗水和分散渗水两种，但处理原则都是以“引”、“排”为主。

集中渗水的处理方法比较简单:混凝土浇筑之前，在集中的出水点安装排水管，并将排水管引至浇筑仓以外，这样，渗水就不会对混凝土进行直接冲刷，混凝土的浇筑质量也就得到了保证。

对于边顶拱的分散渗水采取的处理措施主要是用防水材料对混凝土浇筑仓内的围岩进行封闭，使边顶拱的渗水在防水材料和围岩之间流至底板，再由底板排水管排至浇筑仓以外。

在实际施工过程中，上述两种渗水情况通常并存。狮子坪水电站引水隧洞CⅤ标的2－1#支洞主洞上游和CⅧ标5#支洞主洞上游部分洞段顶拱渗水较大，且渗水形式集中和分散兼有。在混凝土衬砌施工过程中，首先对集中的出水点安装排水管，再采用土工膜对渗水段的边顶拱进行封闭，土工膜紧贴围岩并固定牢固，将所有的渗水通过土工膜流至底板两侧，再由底板排水管排至混凝土浇筑仓外，混凝土浇筑完成后内在和外观质量均较好。

3 混凝土衬砌施工的重点

3.1 混凝土振捣

在混凝土浇筑过程中，振捣是一道关键的工序。混凝土振捣时必须由专人负责，振捣时间宜为10～30 s，以混凝土不显著下沉、不冒气泡并开始泛浆为准，要求不漏振、不欠振、不超振，以保证混凝土结构密实、无蜂窝麻面。

狮子坪水电站引水隧洞混凝土衬砌采用钢模台车进行混凝土浇筑。根据不同洞段的施工需要，钢模台车分为穿行和针梁两种。针梁台车又分为全断面针梁台车和底拱针梁台车，钢模台车上均配有附着式振捣器，用于振捣混凝土。但是，由于附着式振捣器均安装在钢模台车腰线上下部位，对于底部混凝土无法进行振捣，且因引水隧洞部分洞段超挖严重，衬砌混凝土较厚，钢模台车自身配备的附着式振捣器根本无法满足混凝土的振捣要求。因此，在混凝土浇筑过程中，根据不同的浇筑部位打开钢模台车相应的进料窗口(底部、顶部、腰线上下均有)，在进料窗口采用软轴式振捣棒对混凝土进行振捣。在附着式振捣器与软轴式振捣棒相结合的情况下，狮子坪水电站引水隧洞衬砌混凝土的内部结构和外观质量均达到了设计和规范要求。

3.2 顶拱部位混凝土浇筑

在引水隧洞衬砌混凝土施工过程中，顶拱部位的混凝土是最不容易浇筑密实的部位，但也是最关键、受力最复杂的部位，加之狮子坪水电站引水隧洞为高压隧洞，最大静水压力达140多米水头，若顶拱部位混凝土浇筑不密实，甚至留下空腔，而完全靠后期的回填灌浆进行弥补是极不现实的，也会对整个引水隧洞的长期安全运行留下无法估量的安全隐患，因此，确保顶拱部位混凝土浇筑密实是至关重要的。

狮子坪水电站引水隧洞部分洞段顶拱超挖严重，岩面起伏最大处高达1.5 m，若完全以钢模台车进料口进行混凝土浇筑，顶拱部位是很难浇筑密实的。因此，顶拱混凝土浇筑时采用的施工方法为预埋尾管，每一个浇筑仓至少预埋3根尾管。浇筑尾管埋设的原则是将其安装在顶拱部位超挖较高处，管口距围岩的距离为10 cm左右，浇筑顺序为从浇筑仓的一端向另一端逐步浇筑，并且要求浇筑施工人员在进行顶拱部位混凝土浇筑时加强对浇筑仓的观测，确保顶拱部位混凝土浇筑密实。

3.3 底拱混凝土浇筑

狮子坪水电站引水隧洞由于前期开挖进度滞后，导致混凝土衬砌施工工期紧张。为了加快施工进度，采用分洞段增加工作面的方法交叉平行施工，为满足洞内交通要求，部分洞段采用穿行衬砌台车先进行上2/3边顶拱衬砌，后期再采用针梁衬砌台车进行下1/3底拱衬砌。但是，在进行1/3底拱混凝土浇筑时，与上2/3边顶拱混凝土交接的反缝位置很难浇筑密实，亦无法振捣，在衬砌台车脱模后下1/3底拱与上2/3边顶拱交接处形成一条纵缝。

经过反复研究，最后决定采用改变入料方式的方法彻底解决了上述问题，即在采用底拱针梁台车进行下1/3底拱混凝土浇筑时，把针梁台车两侧最上部的活动钢模板收紧，使之与上2/3边顶拱混凝土的内表面间产生两条宽度为15 cm的纵缝。在混凝土浇筑至底拱上部时，将混凝土直接从台车两侧的两条纵缝入仓，并在纵缝上面用软轴式振捣棒进行振捣，待衬砌台车移开后立即对反缝位置多余的三角体混凝土进行清除。虽然在施工过程中增加了一个工序，但可以使纵向反缝处的混凝土浇筑密实，同时，也减少了后期质量缺陷处理的工作量。

3.4 施工缝处理

对于高压引水隧洞来说，施工缝的处理是不能忽视的。因为在引水隧洞充水后，如果施工缝处理不好，则内水受到内部压力作用会通过施工缝发生内水外渗现象;对于水平埋深较浅的引水隧洞，渗水严重有可能对引水隧洞外边坡造成破坏，因此，引水隧洞的施工缝处理尤为重要。

狮子坪水电站引水隧洞横向施工缝的处理方法是采用651型橡胶止水带并对混凝土缝面进行凿毛。651型橡胶止水带一定要安装平整并在施工缝两边平均分布。由于缝面面积较小，凿毛采用人工凿毛即可;纵向施工缝则采用膨胀止水条和缝面凿毛的方法进行处理。

4 结语

在进行引水隧洞混凝土衬砌施工过程中，一定要根据不同的施工环境和技术要求对混凝土衬砌施工的难点和重点进行全面分析并进行细致的经济技术比较，制定切实可行的施工措施，以满足混凝土衬砌施工的质量、进度和投资要求。