水利枢纽隧洞工程混凝土衬砌施工技术研究

摘要：简述了某水利枢纽引水隧洞工程概况，从基础清理和垫层加固、底板钢筋绑扎和混凝土衬砌浇筑、边顶拱搭接和混凝土衬砌浇筑、拆模养护和安装止水带等方面参数了阐述了隧洞混凝土衬砌施工技术，通过隧洞衬砌施工质量测试，验证了本文所述隧洞混凝土衬砌施工技术进行隧洞混凝土衬砌施工，其混凝土结构强度高、抗渗性能好，达到了预期施工效果，且具有实际应用价值。

关键词：水利枢纽；隧洞工程；混凝土衬砌；钢拱架

0 引言

隧洞一般应用在水库、水电站大坝等大型的水利枢纽工程之中，起到引水和承重作用，便于日常水力资源的调度与供应[1]。混凝土衬砌是隧洞建设过程中的一项重要且关键的施工工序，对建设质量及使用效果会产生较大影响[2]。隧洞混凝土衬砌一般为独立、单一的结构，这种结构虽然可以实现预期的加固作用，但是缺乏针对性与稳定性，容易受到外部环境及特定因素的影响，最终导致混凝土衬砌难以达到预期的效果[3]。单一的混凝土衬砌结构工程的施工效率较低，覆盖范围有限，这也是影响施工质量的重要因素[4]。

为解决隧洞单一结构存在的问题，本文开展了对水利枢纽隧洞混凝土衬砌施工技术的研究。此项研究以某水利枢纽隧洞混凝土衬砌工程为例，结合当前较为先进的施工技术，运用适宜的施工机械设备，合理布设混凝土衬砌覆盖范围，形成更加坚实的混凝土衬砌结构。此项研究在面对复杂的地质条件时，可以精准定位隧洞的混凝土衬砌位置，可以提升隧洞施工的安全性与稳定性。此项研究可为类似隧洞混凝土衬砌工程施工提供参考。

1 工程概况

某水利枢纽水库坝址海拔高程区间为1455～4057m，集水面积值为702m2，年径流量为10350m3。该水利枢纽侧方向需要建设一条引水隧洞，该隧洞的设计长度为356.25m。根据该隧洞工程建设需求，设定隧洞内部为混凝土衬砌结构[5]。该隧洞混凝土衬砌结构如图1所示。

图1为该隧洞混凝土衬砌结构设计图纸的局部。根据图1，开展对该隧洞混凝土衬砌结构的施工，并以此为基础对该隧洞的内部结构进行搭接与关联[6]。该工程初始的隧洞混凝土衬砌结构为独立形式，虽然可以实现预期的衬砌施工目标，但是由于隧洞的规模较大，衬砌施工难度随之增加[7]。该隧洞的左岸山体较高，砂砾石施工段的开挖洞径为3.6m[8]。根据施工需求，在隧洞的边缘位置设置监测节点，节点之间互相连接，形成一个循环性的衬砌施工环境，为后续施工奠定基础。

2 隧洞混凝土衬砌关键施工技术

2.1 基础清理和垫层加固

2.1.1 基础清理

在对该水利枢纽隧洞进2RGe1f32qOZMm4X542sCIQ==行混凝土衬砌施工之前，需要先清理衬砌基础，并加固垫层，以提升隧洞工程作业环境。测量并确定隧洞内需要清理的超挖和欠挖的具体位置，先利用专业设备对隧洞壁上欠挖的岩石进行反复清理。然后采用人工方式清除隧洞墙壁上的浮渣和松动的石块，经处理后测量验收，并将清理下来的砂石、石块运出。

2.1.2 垫层加固

基础清理完成、确保隧洞内的岩土结构稳定之后，进行垫层加固。使用C15M混凝土，结合垫层的实际需求，计算出垫层浇筑的高程值。垫层浇筑高程值计算公式如下：

（1）

式中：G表示垫层浇筑的高程值，v表示定向转换比，β表示泛浆空间，d表示振捣密实度， 表示可控下沉值，t表示振捣次数。根据各项测定，完成对浇筑垫层高程值的计算。

以浇筑垫层高程值的计算结果，设置垫层的加固振捣时间。振捣时间一般控制在15～35s之间为最佳，为了不影响入洞交通，还需要采用半幅施工的方式，预留洞内空间占比为3.2，测定计算出的混凝土强度、时间之后，进行垫层浇筑，以此奠定衬砌基础。

2.2 底板钢筋绑扎和混凝土衬砌浇筑

2.2.1 绑扎底板钢筋

在加固垫层上设置底板，首先绑扎底板钢筋。在绑扎钢筋之前划分仓段，通过测量确定钢筋绑扎的位置，在垫层上设置支撑筋（立筋）作为钢筋绑扎的支点。在打钻焊接架设立筋之后，先安装支撑框架筋，再安装结构筋。绑扎钢筋时，在钢筋的交叉点位置设置监测装置。

测定和计算出边缘支撑比，一般将其控制在3.2～4.5之间为最佳。底板绑扎使用20～22号的镀锌铁丝，并使用分布筋、边墙苗子筋以及加强筋等进行二次加固处理，以增加底板混凝土的稳固性。底板钢筋完成绑扎后，经质量检验合格后转入模板安装工序。

2.2.2 安装组合钢模板

底板钢筋绑扎底板设置后，以此为基础安装组合钢模板，并分3个阶层进行安装。组合钢模板阶段安装指标及参数设置如表1所示。根据表1，完成对组合钢模板阶段安装指标及参数的设置。然后采用复合式方法安装组合钢模。

2.2.3 底板混凝土衬砌浇筑

钢模板安装后浇筑混凝土，采取分仓浇筑方法进行混凝土浇筑。将混凝土泵送入仓，分仓浇筑后进行分仓振捣，振捣时进行全覆盖振捣，振捣棒需插到混凝土底部，每仓混凝土预留15cm的承接长度，以此来确保与后续混凝土浇筑的连续性和振捣的密实度。也可隔仓浇筑，但需要在两仓混凝土达到一定强度后，将接触面进行凿毛处理，然后浇筑间隔仓混凝土。

2.3 边顶拱搭接和混凝土衬砌浇筑

2.3.1 边顶拱与底板搭接

边顶拱钢筋绑扎与底板基本相同，不再赘述。边顶拱与底板搭接是水利枢纽隧洞混凝土施工过程中十分重要且关键的一个环节，需要将底板模板与内置的钢拱架进行关联。

在浇筑的范围之内，利用U形扣件将底板模板与钢拱架进行二次加固处理。此时使用厚度为12cm的木模板将底拱结构的两端进行封堵，并对衬砌体进行合理控制。顶拱模板搭接结构示意如图2所示。

2.3.2 安装钢拱架

完成对边顶拱搭接施工后，以梅花形布设隧洞岩石洞段的钢拱架支撑，通过Ø35mm的锚杆辅助拉筋，将弧形钢拱架支撑起来。钢拱架支撑通常为横向支撑，采用焊接方法与锚杆固定，形成稳定的支护结构。在强化钢拱架结构荷载能力的同时，还可以更好地防止底板模板因水上浮，增强其稳定性与安全性。

2.3.3 计算衬砌的平移长度

在钢拱架完成安装后，计算隧洞混凝土衬砌的平移长度，其计算公式如下：

（2）

式中：D表示隧洞混凝土底板衬砌的平移长度，λ表示支撑范围，θ表示与顶拱距离，s表示底拱距离，k表示单元限值， 表示衬砌覆盖范围。

2.3.4  边顶拱混凝土衬砌施工

结合当前测量确定的隧洞混凝土底板衬砌的长度，实行边顶拱轨道平移式衬砌施工。在边顶拱钢模板的支撑结构上安装主梁和轨道论等，对边顶拱混凝土衬砌进行浇筑施工。

在混凝土浇筑过程中，将溢浆孔设置在拱顶位置，混凝土溢出之后，暂时停止泵送，静置大概10min后，重新进行泵送。当顶拱的溢浆孔均匀泌出混凝土时，即表明混凝土灌满，需要对其封顶处理。拆卸泵送管之后，进行封堵处理。

2.4 拆模养护和安装止水带

完成隧洞混凝土衬砌、且混凝土达到设计强度，经监理工程师同意后，移除模板并按照设计要求进行喷水养护，养护时间不得少于14d。

在隧洞混凝土衬砌施工时，按照设计方案设置了环形施工缝（伸缩缝），该施工缝需要安装止水带。将施工缝进行清理后，在其表面涂刷粘结剂，将橡胶止水带置入施工缝中，在置入之前将接口处剪裁合适并粘接为环状。在施工缝外侧填充细石混凝土并将施工缝抹平，并进行喷水养生。

3 测试结果与验证分析

3.1 测试结果

按照上述隧洞混凝土衬砌施工技术进行该引水隧洞混凝土衬砌施工之后，随机选定隧洞中的5个位置进行施工质量测试，得出的测试结果如表2所示。

3.2 验证分析

由表2可知，对随机选定隧洞衬砌的5个位置进行了测试，测试结果表明，5个测试位置测得的抗压强度均达到350MPa以上，说明按照本文所述隧洞混凝土衬砌施工技术进行隧洞混凝土衬砌，混凝土结构强度高、抗渗性能好，达到了预期施工效果，具有一定的应用价值。

4 结束语

综上所述，本文开展了水利枢纽隧洞混凝土衬砌施工技术的设计与实践研究，结合先进的施工技术手段，从多个角度对隧洞进行加固施工，强化混凝土衬砌结构，较好完成了隧洞混凝土衬砌施工。

今后针对应用本文所述隧洞混凝土衬砌施工技术在应用过程中存在的问题，要在原材料、混凝土配合比、底板施工、边顶拱施工等方面进行严格把控，明确各个环节的具体施工内容，设计对应的混凝土衬砌目标，进一步保证隧洞施工的综合质量，形成有效的施工措施，在增强施工安全的同时，加快施工进度，确保更好的隧洞施工效果。

参考文献

[1] 卢建山.水工隧洞混凝土衬砌施工地下水控制技术[J].大众标准化，2023（4）：33-35.

[2] 贺志攀.导流隧洞混凝土衬砌施工技术[J].河南水利与南水北调，2022，51（11）：55-56.

[3] 关盛旺.水电站引水隧洞竖弯段混凝土衬砌施工技术[J].河南水利与南水北调，2022，51（6）：25-26+88.

[4] 胡超.水工隧洞混凝土衬砌施工技术[J].四川水利，2021（S2）：41-44.

[5] 李忠贵.长距离引水隧洞底拱混凝土衬砌无轨滑模施工技术创新与应用[J].中国水能及电气化，2021（11）：50-54.

[6] 李成龙.水工隧洞混凝土衬砌施工的地下水控制技术分析[J].河南科技，2021，40（26）：86-88.

[7] 王晓平.大河沿小断面圆型隧洞混凝土衬砌施工应用技术研究[J].中国新技术新产品，2021（16）：111-113.

[8] 覃海明.小洞径隧洞间断性混凝土衬砌快速施工技术[J].红水河，2021，40（1）：48-51.