圆形压力隧洞针梁台车分区衬砌施工技术研究

王宇宁

（辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110003）

1 工程概况

二次衬砌作为隧洞成型后的永久结构，是隧洞工程施工中的重要建设内容。衬砌施工过程中主要面临施工作业面窄、洞内运输材料不便、交叉作业施工、后限工期紧张、成洞质量要求高等问题。以辽宁省重点输供水工程三段隧洞施工一标1 号压力洞二次衬砌为例。隧洞全长3 350 m，断面型式为圆形，围岩类别为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ类，其二次衬砌厚度分别为50，60，70 cm，开挖断面尺寸分别为φ7.15 m、φ7.25 m、φ7.35 m，衬砌完成后成洞洞径为φ5.8 m。混凝土衬砌标号为C30W10F200、三级配。隧洞衬砌施工采用针梁模板台车一次成型，进场2 台衬砌台车，分别从进出口完成组装，然后步进至隧道中点，背靠背向相反位置开展衬砌施工。全圆针梁模板衬砌台车主要由针梁、模板、抗浮、移动、悬挂、液压、电控等系统组成。

2 分区混凝土衬砌

分区布设混凝土衬砌是根据针梁模板衬砌台车自身结构及混凝土拌合物的特点来考虑的。从浇筑部位上来说，底部与顶部是浇筑振捣难点，但中部浇筑振捣施工同样非常重要，因此，衬砌台车窗口布设就显得尤为重要。进场针梁台车由8 环组成（7×1.5 m+1×1.6 m），全长12.1 m。纵向模板之间采用螺栓紧固、定位稍定位的安装方式，使其成为整体。横断面模板由4 块圆弧拼接组成，分别为底部 1 模、边部 2 模、边部 3 模、顶部 4 模。为方便模板安装和拆卸，边、顶、底各模板之间连接方式为销轴铰接。腰线以上部位左右两侧各设置1 排工作窗口，腰线以下部位左右两侧各设置2 排窗口，共计26个工作窗口。各窗口中心间距设置为3.0 m，针梁模板正上方部位设置2个窗口，其中心距离设置为6.0 m。因此，为保证衬砌混凝土施工质量，将其设置为3个浇筑区域，混凝土分区分层浇筑示意见图1。

2.1 底部区域

该区域为圆心角120°的反弧段，浇筑时常有气泡不易排除且易粘附于模板表面，如不能在施工过程中将其排除，会造成混凝土表面出现蜂窝、麻面甚至影响混凝土强度等问题，极大地影响混凝土质量。针对此种情况，采用腰线以下设置2排窗口解决此问题，同时引入插入式振捣器与附着式振捣器并用的方式进行边浇筑、边振捣，达到排除气泡的目的，但应注意不宜过振。

2.2 中部区域

该区域介于顶拱、仰拱之间，分为左右两侧，其浇筑方量最大，浇筑细节要遵守相应规范及设计要求。

2.3 顶部区域

该区域浇筑特点是入仓窗口少，且须一次连续性浇筑，不宜中断，内部已浇筑部位不易分清层次，只能通过预埋排气管、下一个进料口变化情况、泵送数量、施工经验来判断，若浇筑量不够顶部留有空腔，即使有回填灌浆工序，也易给后期运行带来隐患，若浇筑量超限，对模板的刚度、强度、稳定性都不利。

3 分区浇筑措施

3.1 底部区域

1）该区域共分两层浇筑控制，第一层浇筑至40 cm 左右，各窗口均匀供料，开启振捣器振捣，直至气泡浮于混凝土浇筑物表面；第二层浇筑至120°线所处水平位置，使得浇筑深度控制在30 cm 范围内，同样，开启振捣器振捣，使得气泡浮于表面。

2）底部区域振捣方式主要采用插入式振捣器振捣，如若两侧距离较大，则可同时开启高频附着式振捣器辅助振捣，充分排除气泡，以保证混凝土工程质量。但应注意不宜过振，以免造成混凝土骨料下沉、表面出现鱼鳞状等不利情况。

3）经过多仓浇筑，底部区域混凝土拌合物塌落度宜控制在 120 ～140 mm 为宜[1-3]。

3.2 中部区域

1）平浇法浇筑混凝土中间区域，各窗口均匀供料，保证浇筑面均匀上升，以防止针梁模板偏压移动，影响混凝土质量。

2）振捣采用插入式振捣器与附着式振捣器联合应用的振捣方式，分层浇筑，每层浇筑厚度不宜超过50 cm，振捣时间不宜小于20 s，应将气泡排除至浮于表面，但应注意不宜过振。

3）中部区域拱腰以上部位浇筑其塌落度宜控制在140 ～180 cm，同时控制浇筑速度，避免速度过快造成封头板损坏，以保证浇筑质量。

3.3 顶部区域

1）当浇筑至顶部区域时，通过顶部专用窗口供料浇筑，在压力状态下完成封拱并完成浇筑任务。

2）封拱方式采用退管法，为保证施工安全和封拱质量，若观察管有水泥浆液溢出，应立刻停止泵送，拍门迅速关闭，按顺序将输送泵管移至进料口。

3）在一仓浇筑最后阶段准备封孔时，应严格控制泵送速度，调制低速挡，并实时注意灌注口的压力变化，防止超量浇筑，造成压力过大，模板变形。

3.4 分区振捣

混凝土振捣工序是保障衬砌混凝土质量的关键技术环节，全圆针梁模板衬砌台车施工采用插入式振捣器与高频附着式振捣器相结合的振捣方式开展振捣工作，各浇筑部位根据区域不同，其浇筑方式也略有不同。衬砌台车窗口与振捣器布置均采用梅花形方式，以便更好覆盖振捣范围。

大量的圆形隧道衬砌施工表明，底部区域浇筑是最容易产生气泡的地方，为减少气泡，底部布设1 排排气孔，由一侧向设有排气孔的一次浇筑，用插入式振捣器振捣，直至气泡全部排出。

台车底部区域的振捣工作由第一排窗口来完成，当浇筑至第一排窗口所在高程时，窗口可关闭，施工作业人员从端模两侧进入仓面开启振捣工作，当浇筑高度达到第二排窗口高程时，施工作业人员从端模两侧离开仓面，第二排窗口关闭。后续浇筑供料从两侧工肩部位进行，振捣工作同时进行，待浇筑至拱肩窗口高程时，关闭窗口，最后顶部区域由专用浇筑窗口来完成，直至封口。

共设置3 排附着式振捣器，拱肩窗口与顶部之间，底部第一排窗口与第二排窗口之间各布置一排4个，振捣器间距3.0 m，均为单开关控制。

当底模完成浇筑，第一排窗口关闭，此时开启底模一排振捣器；当浇筑高程至第二排窗口关闭，开启第二排振捣器；当拱肩部位窗口关闭，且完成顶拱浇筑，封拱完成，此时开启最上一排振捣器；各排振捣时间均控制在10～20 s。

4 建议

1）在建基面或已成型混凝土面上新浇混凝土时，应在凿毛处理基础上，浇筑一层厚度为2～3 cm的同强度等级砂浆垫层，利于保证混凝土底部强度。

2）针梁模板两侧常采用木模板拼接封堵，封堵过程中应注意拼接质量，防止浇筑过程中从拼接缝跑浆，影响浇筑质量。

3）严控混凝土拌和物最大骨料粒径，防止粒径过大，造成混凝土泵管路堵塞；严控混凝土浇筑各层塌落度，混凝土在拌合楼拌合时可加适当泵送剂，保证其顺利入仓，减小管内摩阻力，增大入仓能力；严控混凝土拌和物入仓高度，应防止高差过大，造成骨料分离。

4）两仓之间橡胶止水带安装时，应在模板两侧挡头板上钻孔，钢筋卡从孔内穿出，方向为待灌混凝土侧向另一侧穿出，卡紧止水带的同时，另一侧紧靠挡头板，待针梁台车模板拆除，挡头板拆除时，另一半止水带用钢筋卡调平整，确保止水带的平面位置。

5）待衬砌混凝土拆除模板后，应及时进行喷水养护，一般养护时间不应小于21 d，应保持仰拱混凝土表面持续有清水。

5 结语

通过对全圆针梁模板衬砌台车窗口的合理布置及分区浇筑，实现了一次浇筑成型、快速衬砌施工的目的。全圆针梁衬砌模板台车整装机械化程度高，不仅节省了劳动力成本，更极大地提高了施工效率，模板拆除后，混凝土外观质量好，7，14 及28 d 混凝土性能指标均满足设计要求，可为同类工程提供一定的参考。