千岛湖引水隧道衬砌技术的应用方法探讨

刘华清

1 工程概况

杭州市第二水源千岛湖配水工程是浙江省重点建设项目，是浙江省“五水共治”十大枢纽重点项目。把城市取水口沿钱塘江上移至千岛湖，形成以千岛湖为主，钱塘江、东苕溪为辅的多水源供水格局，实现水资源的优化配置，可以从根本上提高杭州城市及配水工程沿线区域供水安全和饮水品质。该配水工程输水隧洞长112.34km，从千岛湖到余杭闲林水库。主隧洞混凝土衬砌施工部位主要在Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类围岩地段，其中支洞Ⅲ类围岩地段无衬砌；Ⅴ类围岩地段为C25钢筋混凝土全断面衬砌，衬砌厚度为40cm；主洞Ⅲ、Ⅳ类围岩地段为C25钢筋混凝土全断面衬砌，衬砌厚度为30cm；主洞Ⅴ类围岩地段为C25钢筋混凝土全断面衬砌，衬砌厚度为35cm。本文重点对隧道工程衬砌施工技术进行探讨。

2 隧道衬砌构造样式

衬砌即内衬，在进行隧道作业时有4种具体方式：

（1）在作业场就地进行灌注混凝土衬砌的整体式衬砌；

（2）把衬砌割裂成一定数量的部件，提前在作业场地或者工厂制好成品，之后将其运送到所需位置，再用相关设备将其拼成相互连接的衬砌，是为装配式衬砌；

（3）利用混凝土，增置锚杆和金属网架共同支护的喷锚支护［1］；

（4）比较复杂的双层衬砌，即外衬和内衬，就是结合两种衬砌方式为一体的衬砌。结合的方式有4种：喷锚支护结合混凝土、喷锚支护结合喷射混凝土、可变形钢拱喷射混凝土支护结合模筑或喷射混凝土、装配式结合模筑混凝土衬砌。

通常来说，复合（二层）衬砌中的外层或进行喷锚支护，或使用轻型管片，内层选择一体式模筑混凝土衬砌。

3 隧道衬砌作业技艺

3.1 作业流程

隧道混凝土衬砌进行作业的流程为：缝凿作业初步清理→钢筋制安→质量核查→模板组合→测量核查→质量检测→混凝土搅拌→混凝土搬运→泵送混凝土→振捣→养护→拆除模板→养护。

3.2 作业顺序

依照该合同段里隧道的空间较小的真实情况，在比较过多个计划后，确定的作业顺序是：在完成洞身开凿作业后完成混凝土衬砌。因需保证隧道的内侧岩石稳固，要强化平时的监测，在开凿隧道时必须是开凿和支护两条作业线相互辅助；在完成了开凿、支护和底面的混凝土作业后，再完成衬砌作业，同时，从里往外完成混凝土衬砌、钢筋绑扎、工作面清理各作业面往外进行。

3.3 钢筋制安

钢筋制安需在钢筋台车上完成，人力完成底板钢筋绑扎作业。在定下具体作业图纸后，依照图纸在现场就地完成加工作业。在进行加工作业时需要对已经加工过的钢筋做统一编号，并区分放置［2］，且最好放在室内，以防淋雨生锈。依照围岩的类型和具体作业图纸完成架立筋安装。需先在围岩内侧进行打孔作业，同时埋设架立锚筋，之后在相应的地方焊纵向架立筋，且间距为1.5m×1.5m。材料为Φ14的螺纹钢。

在完成了架立筋安装作业后，测量校正核查，并需依据要求完成钢筋绑扎作业。合格后方可进行下一步。

3.4 模板工程

Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ这3类围岩段以钢模台车完成浇筑作业。钢模台车下面是过车途径，腰部有进料途径，上面存有封拱进料途径。底模是由型钢和钢板组成。止水内部端头模用钢板加工，外部用厚5cm的木模，如此才能适应不同程度的超挖。在完成钢制部分作业后进行橡胶防水带的安装作业，最后进行木模部分的安装作业。

在完成组装模板作业时，因为其螺栓孔与螺栓二者之间存在不确定的游间，所以需把螺栓完全拧紧；在进行移动模板作业时，以防损害混凝土表面和模板，必须把其他工具放回到要求的位置；堵头板漏浆，损伤其他材料，堵头板是在实际操作场地依据开挖表面或喷混凝土上表面以木料做成的，在进行安装作业时需对防水板不造成损害，而且也不能在变形的情况下有漏浆现象，所以需在堵头板最外围固定较多较厚材料；衬砌混凝土没达到规定的强度不可以拆模，尤其是对最后灌注拱顶的混凝土未达到规定时，严禁进行拆模作业。拆模时，先从两边开始拆，接下来收钢模台车，最后进行底模拆除作业（前提是存在底模）。如图1所示。

图1 隧洞衬砌操作工艺流程图

3.5 止水带安装

以安装钢筋卡技艺实施止水带安装。在规定的衬砌轴线上，依照规定进行钻孔作业，钻孔间隔≤0.5m，孔径为φ12mm；把钢筋卡成品从待灌砼侧向另侧插入，内部卡紧止水带一半，另半边的止水带水平紧挨挡头板；等砼凝固后进行挡头板拆除作业，再把止水带拉直、拉平，之后把止水带套在钢筋卡上。

3.6 混凝土浇筑

混凝土使用自动计量合成系统洞外统一合成，用规定的运输工具将其输送到支洞口，再利用专业器械将专用混凝土器具吊入支洞途径上，把其传送到混凝土作业面，采用泵将混凝土放进模中。采用两种专业器具结合捣实，这两种专业器具为插入式和附着式振捣器。在进行传送混凝土作业时，一定要确保混凝土不发生离析，一定要将整个过程的时间限制在规定时间内。每8m进行一次衬砌混凝土浇筑作业，每8m预备一道伸缩沉降缝。对于混凝土的浇筑必须按规定的方法一次性浇筑到拱顶，其目的是防止拱圈混凝土出现问题。

混凝土在热干的情况下≤40℃，冷湿的情况下≤2h。在进行灌注作业时，浇筑速度必须在规定的范围内，且应该左右对称进行浇筑作业，让模板均匀受力，在水平的情况下，将一段范围内的混凝土不间断地完成灌注。进行捣固作业时，通常情况下，边缘处和拱部都有专用的振捣器，分别为插入式振捣器和模板振动器，必须将所有的混凝土最大程度上捣固。

模板内部可能发生涌水，在一定情况下需用软管等特定的工具导出。存于模板底部的积水，必须在进行混凝土灌注作业之前清除。在进行混凝土灌注作业时不能让其发生离析，并填满所有空隙，尤其是拱顶部位。灌注时，通常采用压气吹送的手段，在特定的部位送进混凝土，依据填塞顺序将相应材料送至下一送入口，之后继续进行此类操作。手段可以很好地进行拱顶填充作业，对于模板造成的大压力，在进行作业时一定要监视。若只从一个地方灌注，由于种种原因混凝土很容易产生离析，所以，在模板可接受的位置设置灌注口非常必要。

考虑到该工程项目的特殊情况，进行养护的主要手段是洒水。对于顶拱混凝土的养护作业在拆除模板后完成。对于底部混凝土的养护作业要在完成底部浇注12～18h内进行操作，养护时间≥14d，标准是表面潮湿。浇筑作业缝面相关工作：在进行上层混凝土浇筑作业前，必须依照监理人准许的手段对缝面完成凿毛操作。在人力完成凿毛、冲洗工作后由监理人核查，如果达到标准，才可以开始下一步操作。若接缝出现裂缝，对其进行修补，以保证混凝土不漏水。

为确保隧洞质量和在进行作业时无其他多余的工序扰乱，在进行隧洞衬砌时则采用液压式衬砌台车。作业时间依照场地实际监测结果来确定。进行隧道衬砌的最佳时间点就是在最初阶段支护稳定，围岩和初期支护变动速率降低时。若要最大程度上降低隧道开凿和衬砌之间的干扰，确保衬砌质量，提高衬砌效率，则需在隧道开凿完成后紧接着完成衬砌作业。提前完成测量，定好钢筋台车的位置，把钢筋内轮廓尺寸调整到最优状态，经调整过的钢筋内轮廓设计尺寸比台车内轮廓小5cm，防止钢筋绑扎作业完成后发生变形，侵入净空。在进行钢筋绑扎时提前埋好灌浆管道。

完成衬砌钢筋绑扎作业后，钢筋台车往前行驶，衬砌台车到达指定位置，调整好标高、中线，依照设计好的尺寸调好支撑杆臂。把支撑杆臂下基坑里清理干净，将其基底做成水平或台阶状。若出现超挖，就要用特定的填充物进行回填，填充后必须密实［3］。在每段间连接的地方，需要安装止水带，且位置一定要准确。在拆除模板时混凝土强度须达到5MPa，拆除后要依照规定完成养护。

在各个接缝处都要安装橡胶止水带，且必须留有一定空隙，不可以绷得太紧。在进行灌注衬砌混凝土作业时，要时刻关注止水带的变动，不可以被混凝土在水平方向压变形，止水带边缘一定要振捣密实。

4 质量控制

（1）最首要的就是确保运输工具的良好，和原料的供给，然后需确保输送泵、振捣设备等相关器械正常运行，为了达到效果，就必须对各种工具做好检查、维修和更换工作。

（2）在进行混凝土的配比时必须在确保强度下，制定科学的坍落度，增加合理的其他材料，提高其和易性，达到泵送规定。确保在进行灌注时不离析，而且降低水分的损耗。

（3）在对混凝土作业过程中不断总结经验，改进质量，在第一模、第二模的实践中找出不足，发现问题，及时改进，确立质量标准。实现以标准为导向促进混凝土质量持续稳步提高。

5 结束语

综上所述，在引水工程施工中，水工隧道是一项基础建设设施。在进行隧道衬砌施工时，要根据隧道的建设要求和地质条件要求选择相应的衬砌形式，并注意控制隧道衬砌施工过程中有可能会遇到的问题，只有这样才可以建成优质水工隧道。

［1］ 何可. 水工隧洞施工技术初探［J］. 黑龙江水利科技，2013，41（7）：90-92.

［2］ 杨泽艳，赵全胜，方光达. 我国水工技术发展与展望［J］. 水力发电，2012，38（10）：28-32.

［3］ 仇延林，侯文明. 水工隧洞衬砌混凝土配合比设计及应用［J］. 水利水电技术，2013，44（2）：99-101.