钢模台车在隧洞混凝土衬砌施工中的应用

(中国水利水电第七工程局有限公司，成都，610081)

1 概述

在水利水电工程中，水工隧洞占地下工程建筑大部分，其结构上不仅要考虑围岩压力，而且要考虑内水压力，要求表面光滑平整，糙率低，一般采用混凝土衬砌。

上世纪90年代以前，隧洞混凝土衬砌常采用拱架(钢、木)配合小模板(钢模、木模)进行，对于地质条件差的地段，常采用开挖一段浇筑一段的方法，这样不仅施工质量得不到保证，而且施工进度缓慢。自新奥法的概念深入我国的地下工程技术界后，初期支护不仅解决了围岩稳定问题，而且是作为永久支护的一部分，使混凝土衬砌安排在隧洞开挖支护结束后进行。

在上个世纪90年代初，国内开始应用钢模台车进行混凝土衬砌，并不断对台车结构、性能进行科技创新，提升其机械化、自动化性能和质量保障。目前，用钢模台车进行混凝土衬砌，在水电工程中的应用工艺已经十分成熟。

2 钢模台车工法优点

2.1 节约时间、加快进度

钢模台车是隧洞混凝土衬砌实行机械化施工的一种重要设备。一般在2h内可以完成钢模的定位和校正工作，节约了大量立模和处理施工缝的时间，改善了混凝土外观的整体成型质量。同时，钢模台车上有配套的风、水、电、混凝土振捣设备，缩短了浇筑混凝土的准备过程。因此，钢模台车大大加快了隧洞衬砌施工速度。有记录显示，单部台车月浇筑进度可达16仓～20仓(通常采用台车长度有9m和12m两种)，月浇筑长度最高可达240m。

2.2 节省材料和劳动力、降低成本

钢模台车与过去传统的人工立模相比，节省了大量劳动力，降低了施工人员的劳动强度。钢模台车的行走、定位、振捣都配有相应的设备，从而使混凝土浇筑各工序的人员较传统混凝土浇筑大为减少，施工人员的劳动强度和作业环境均有所改善，有利于施工人员的安全和健康。同时，钢模台车为整体运动设备，具有模板损耗率低、周转次数多、周转时间短等特点，可节约大量的钢材、木材，有利于环保要求，具有明显的社会效益。

2.3 隧洞成型质量好

钢模台车的模板接缝经特殊处理，防止了模板接缝间的漏浆，混凝土成型后，外观平滑，无漏浆，混凝土密实性好。另外，由于钢模刚性好、稳定性高，保证了混凝土设计体型和施工安全。

3 施工操作要点

3.1 施工程序安排

施工程序：基岩面验收→钢筋安装、灌浆管、止水、接地安装→钢模台车就位、校模→堵头模板封堵、验收→混凝土浇筑→脱模。

其中，基岩面验收、钢筋安装两道工序超前，不占用直线时间，所以每循环各道工序时间如下：(1)安泵管、接泵机、止水安装：3h；(2)钢模台车就位、校模、堵头封堵：6h；(3)混凝土浇筑和脱模：36h～39h。

一般情况下浇筑一块混凝土共需48h(2d)时间，每月可浇筑混凝土15仓×9m/仓，即135m，充分显示了钢模台车配套设备的优越性。

3.2 灌浆管埋设及封堵

一般情况下，隧洞衬砌施工需进行灌浆，以保证衬砌混凝土与岩面之间无缝隙且能与围岩形成受力整体。灌浆施工需在混凝土面成孔，通过灌浆孔将灌浆料输送至衬砌混凝土与岩石之间。为最大程度减少造孔对衬砌混凝土表面的破坏，通常采用预埋灌浆管的方法。

3.2.1 灌浆管埋设施工程序。测量定位→切割下料(采用φ50PVC或黑铁管)→外端口封堵→绑扎定位→内端口封堵→检查→油漆标记→浇筑过程中的保护→打开管口→灌浆前管口保护。

3.2.2 灌浆管埋设位置与角度。按设计图纸中的位置及角度参数，严格确定灌浆管安放位置、角度。

3.2.3 灌浆管埋设下料长度。下料长度根据设计位置和实际超挖情况确定，要求灌浆管的外端口抵到岩面，内端口距设计混凝土衬砌表面3cm。

3.2.4 灌浆管埋设内外端口的封堵。灌浆管端口应妥善封堵，以防混凝土流进管内引起堵塞，外端口用水泥包装纸堵塞，内端口用海棉卷塞紧。外端口堵塞长度为20cm，内端口海棉堵塞长度为6cm～7cm。这样既可避免灌浆管在模板就位时因受到过度挤压而破坏，又可使海棉有充分的伸缩余地保证与钢模紧贴。

3.2.5 灌浆管的检查和标记。灌浆管安装好后，在钢模台车就位前，逐一认真检查安装质量是否合格，是否漏埋，并用红色油漆涂抹在海棉外端头，以便脱模后能立即找到灌浆管口位置。

3.2.6 灌浆管埋设在浇筑过程中的保护。在浇筑过程中，为避免灌浆管移位、破坏，严禁仓内作业人员踩踏灌浆管。在人可入仓的情况下，应检查浇筑过程中灌浆管是否移位或出现其它不良情况，并及时采取措施进行纠编复位和保护。

3.2.7 拆模后灌浆管的处理。脱模移模后，及时找到并打开灌浆管口，出露的管口严禁投入杂物，尤其是钢筋头和铁件。底拱部分已找出的管口必须进行保护，以防杂物掉进孔内将灌浆管堵死。

3.3 混凝土衬砌施工

3.3.1 组织协调与通信

混凝土浇筑作业应指定调度长专门负责，组织协调相关方面正常、有序生产、无缝衔接。各生产环节均应配置对讲机并统一频道，方便大家掌握系统进程，及时决策，特别是浇筑时仓面与泵车送料联系必须采取对讲机进行。

3.3.2 仓位准备

3.3.2.1 施工通道及下料口。钢模台车底模、两侧模及顶模上各开有工作窗口，用于进人观察及振捣。窗口相互错列布置，窗口主要还用于下料等。

3.3.2.2 拖泵及泵管布设。混凝土浇筑配置一台拖泵，钢模台车上的竖向泵管预先架设，相对固定，用圆钢牢牢焊接固定在台车架上；在台车上部平台处设置泵管弯头，以备连接模体泵管底、边墙下料采用底部和两侧拱脚的开口。

泵管进仓后(若衬砌厚度大于80cm，或遇较大空腔)须用每节1.5m的连接软管布料。软管用铅丝加固，人工两边拖动，软管随混凝土的上升而逐节拆除。下料口距混凝土面高度不超过1.5m。全衬段的顶拱浇筑，可以采用冲天管法入仓，也可以采用退管法浇筑，从堵头部位入仓。

仓内泵(导)管由于要经常拆装，要采用1m～2m的短泵(导)管。泵(导)管架设要尽量缩短泵送距离，靠近泵车的泵管要尽量用新管，减少爆管和堵管的可能。

3.3.2.3 清仓冲洗、设备就位。浇筑前须将仓面内的木屑、焊渣等垃圾清理干净，并将浇筑设备准备到位。振捣设备为手提式振捣棒，在开仓前每边墙放置3台，并准备2台备用。配电盘在钢模台车上设置，仓内行灯照明应采用36V低压；使用220V、380V动力电源时，必须装配漏电保护器。仓外照明可用220V电压，架高不低于2.2m，堵头处及泵管沿线、混凝土泵、支撑处等设置足够的照明。

3.3.3 混凝土拌制、运输

混凝土拌制按监理工程师批准的配合比进行，并在浇筑现场进行混凝土试块取样，用混凝土搅拌车水平运输至工作面。混凝土在运输过程中，不得发生分离、泌水及过多降低坍落度等问题。

当气温为20℃～30℃时，运输时间不应超过45min；气温10℃～20℃时，不应超过60min，5℃～10℃时，不应超过90min。

3.3.4 混凝土浇筑

3.3.4.1 事先应呈报仓面设计，内容主要包括桩号范围、人员设备配置、混凝土标号等。

3.3.4.2 施工前，应做好泵送混凝土配合比试验。为缓解仓面的泌水现象及尽量减少干缩裂缝的产生，首先要对混凝土坍落度进行控制：底拱部位的坍落度控制在10cm以下，边墙部位的坍落度按10cm～12cm控制，并尽可能控制在下限使用；顶拱部位考虑到浇筑方便，仓面坍落度按12cm～14cm控制。浇筑中坍落度的大小控制，应根据试验确定。

3.3.4.3 下料及平仓

(1)混凝土浇筑时，先铺一层2cm～3cm的同标号水泥砂浆或不小于10cm厚的同标号一级配混凝土或富砂浆混凝土，保证新混凝土与基岩或新老混凝土施工缝结合良好；

(2)混凝土入仓由低向高分次序进行，腰线以下模板可用泵管直接入仓，亦可采用从构架梁柱上搭溜筒或溜槽至模板窗口入仓。台车腰线以上部分改用退管法入仓，要求每侧每层混凝土下料点不少于两个；

(3)对称入仓与上升速度。浇筑速度控制在0.6m/h以下，浇筑过程中两边墙混凝土上升应均衡，高差不大于50cm，以确保钢模的稳定；

(4)浇筑底拱和顶拱时，主要靠附着式振捣器振捣。边拱浇筑根据仓面大小，由人工进入仓内或在窗口采用插入式振捣器振捣，平仓并通过振捣控制一致浇筑厚度30cm～50cm；

(5)振捣时间以混凝土粗骨料不再显著下沉，并开始泛浆为准，应避免欠振或过振，通常选用50s为宜。用手持式振捣设备振捣时，应将振捣器插入下层混凝土5cm左右；严禁振捣器直接碰撞模板、钢筋及预埋件；在预埋件特别是止水片、止浆片周围，应细心振捣，必要时辅以人工捣固密实。浇筑过程中，对狭窄角落、卸料接触带和台阶边坡的混凝土应加强振捣。

3.3.5 脱模

脱模施工程序：拆除堵头模板→底拱模板收起→左边拱模板脱模→右边拱模板脱模→顶拱模板脱模→收侧向稳定支撑→降落顶拱抗浮千斤顶→检查运行、行走系统。

台车脱模在混凝土达到规范或设计要求达到一定的强度后才能进行，当围岩稳定、坚硬时，在拆模时混凝土能承受自重，并且表面和棱角不致损坏。洞径不大于10m的隧洞，顶拱混凝土强度可按照达到5.0MPa强度时间控制；洞径大于10m的隧洞顶拱混凝土需要达到的强度，应经过专门论证。堵头模板拆除后，需要及时进行施工缝的处理。

3.3.6 抹面、压光

若底拱混凝土为平板并分开浇筑，为保障收面高程准确、纵横平顺，应于纵向事先设置3～5道滑轨，以滑轨顶部作为控制高程，采用刮板压在相邻的两根滑轨上刮除多余混凝土。滑轨在混凝土初凝之前取出，取出滑轨后产生的凹槽用混凝土原砂浆填充。

底拱采用人工抹面。混凝土浇筑结束后，应充分掌握抹面时机，混凝土刚开始初凝且在终凝之前及时抹面。抹面用混凝土原砂浆，严禁人工拌砂浆抹面，抹面过程中严禁外来水流入仓面内。

3.3.7 养护

混凝土终凝后开始喷水养护，使其保持湿润状态，底拱混凝土可采用麻布、草帘覆盖。养护时间不小于28d，高温季节可采用表面喷洒、流水养护，这样有利于混凝土表面散热。

4 小结

通过娘拥水电站2#支洞引水隧洞上游1214m及4#支洞引水隧洞下游607.5m均已完工的边顶拱混凝土来看，使用钢模台车衬砌混凝土，外观质量良好，龄期28d的混凝土强度均达到了设计要求的衬砌混凝土强度。

由此可见，引水隧洞钢模台车衬砌具以下优点：衬砌表面平顺、光洁，能实现混凝土作业的高效、优质、安全，并达到节省人工、材料及减轻劳动强度的目的。除隧洞中渐变段、异形段采用常规模板衬砌外，大量使用钢模台车施工，既可加快施工速度、保证施工质量，并且减少后期混凝土缺陷处理的数量，因此引水隧洞钢模台车衬砌值得大范围推广。