特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法

《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》是中鐵五局（集團）有限公司完成的建築類施工工法；作者分別是陳德斌、夏真榮、吳以兵、朱洪毅、鄧凌；適用範圍是大斷面洞式水工隧洞及直牆式特大斷面鐵路、公路隧道的混凝土襯砌施工。

《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》主要的工法特點：台架由萬能桿件組拼；台架底部採用滑動裝置；易於保證混凝土表面的平整度；台架一次襯砌長度達到12米；施工方法轉變方便靈活。

2009年10月19日，《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》被中華人民共和國住房和城鄉建設部評定為2007-2008年度國家一級工法。

基本介紹

• 中文名：特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法
• 工法編號：GJYJGF056-2008
• 完成單位：中鐵五局（集團）有限公司
• 主要完成人：陳德斌、夏真榮、吳以兵、朱洪毅、鄧凌
• 審批單位：中華人民共和國住房和城鄉建設部
• 主要榮譽：國家一級工法（2007-2008年度）

形成原因

西電東送重點工程洪家渡水電站溢洪道，為特大斷面洞式溢洪道，溢洪道斷面採用城門洞型，最大開挖斷面達432平方米。典型斷面高24米、寬16.8米、縱坡7.5%泄洪最大流速為35.67米/每秒。由於斷面特別大、坡度陡，泄洪流速快，對襯砌混凝土表面質量要求高，給襯砌施工帶來了的困難；①由於混凝土表面平整度要求高，對過流斷面混凝土的防侵蝕和抗沖耐磨要求高，對襯砌模板的平整度、剛度、加工及安裝精度都提出了要求；②由於泄洪的要求，對襯砌施工縫、錯台的要求高，施工段要儘可能長；同時由於混凝土強度高、坍落度要求高。連續澆築高（達24米），混凝土澆築時側壓力大，對襯砌台架的整體強度、剛度要求高。③由於隧洞斷面大、坡度陡。襯砌台架的移動就位和固定困難。針對施工中存在的上述困難，承擔隧洞施工任務的中鐵五局（集團）有限公司開展技術攻關，在特大斷面洞式溢洪道混凝土襯砌施工中設計使用了萬能桿件拼裝可移動式襯砌台架。配以大塊鋼模板，解決了上述技術難題，經開發形成《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》。

工法特點

《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》的工法特點是：

⒈台架由萬能桿件組拼，不僅整體剛度大，拼裝方便快捷，操作靈活，而且桿件通用性好，可周轉使用，成本低。

⒉台架底部採用滑動裝置，卷揚機拖拉滑行，相比軌行方式，台架易準確就位，制動方便，移動安全風險小。

⒊台架滿足通過大型機械設備和無軌運輸的要求，重量較鋼模台車減少50噸左右，節省材料。

⒋採用大型鋼模板，易於保證混凝土表面的平整度。

⒌台架一次襯砌長度達到12米，使得襯砌單位面積接縫減少，提高了混凝土表面的質量，混凝土表面光潔平整，糙率較低，能滿足溢洪道高速泄洪的要求。

⒍台架由萬能桿件組拼，可根據隧洞地質情況、斷面大小、工期及混凝土供應情況等，採用邊牆和拱頂一起澆築或邊牆和拱頂分開澆築的施工模式，施工方法轉變方便靈活。

操作原理

工藝原理

《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》的工藝原理敘述如下：

特大斷面洞式溢洪道襯施工的難點是斷面大、澆築混凝土時的側壓力大；隧洞城度陡、襯砌台架移動和制動困難、台架移動穩定性難以保證；混凝土表面平整度要求高。採用萬能桿件拼裝襯砌台架，通過合理的結構設計、嚴格控制台架的整體剛度；通過滑板滑行移動的方式來確保台架移動、制動、就位過程中的穩定性。滑板滑行移動是通過在台架底部安裝滑板和四氟滑板，利用上滑板（鋼板）與四氟滑板、四氟滑板與下滑板（鋼板）、下滑板與底板混凝土面三者之間摩擦係數的差異，採用卷揚機拖拉行走；通過採用具有較高強度、剛度的大型鋼模板，並嚴格控制安裝精度，採取措施防止拆模、安裝過程中的變形，安裝前嚴格檢查，發現變形後需更換或修復後方可使用等措施，就可以確保混凝土的表面質量。

施工工藝

• 工藝流程

《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》的工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

操作要點

⒈台架、模板拼裝

台架主要由邊牆襯砌台架和頂拱襯砌台架組成。既可以組合成一個整體台架（圖2），全斷面襯砌一次澆築（隧底已先施工），也可以將邊牆和拱頂分別襯砌，待邊牆襯砌完畢後再在邊牆襯砌台架上拼裝拱頂台架。模板系統同樣由邊牆模板和拱頂模板組成。

圖2 全斷面襯砌台架斷面圖

⑴邊牆襯砌台架（圖3）

圖3 邊牆襯砌台架斷面圖

邊牆襯砌台架由萬能桿件、模板、手動鏈滑車、可調頂桿、滑動行走裝置等組成，一次襯砌長度為12米。利用萬能桿件拼裝台架，作為作業平台及模板固定的承力結構，大型模板（6.1×3米、6.1×2.5米）根據襯砌斷面在機修廠進行加工，運到現場拼裝成整體，在台架上兩側對稱安設混凝土布料桿，並按與水平方向夾角40°～50°設定串筒。台架的移動採用滑動行走裝置，卷揚機拖拉行走。

①邊牆模板

採用δ=6毫米的A3鋼板作面板，縱向加強肋採用［14a槽鋼焊制，豎向加強肋採用［14a槽鋼和δ=5毫米、h=12.5厘米，w=5厘米的A3鋼板焊制。全套模板共24塊，其中20塊6.1×3米，4塊6.1×2.5米。每塊模板邊緣使用4道［14a槽鋼圍圈連成一個整體。模板間通過螺栓連線成一個整體，螺栓孔直徑為Ф23毫米，用Ф22毫米螺栓及螺帽連線。［14a槽鋼開孔處加焊δ=8毫米A3鋼板作墊板。通過安裝在台架頂端萬能桿件上的10噸手動鏈滑車進行模板吊裝，通過安裝在台架兩側的各節點位置的可調頂桿來調整和固定模板位置。

②滑動行走裝置

滑動行走裝置由上滑板、四氟滑板及下滑板組成。上滑板為δ=20毫米A3鋼板加工，尺寸為25×25厘米，焊接在台架柱腳底部，與四氟滑板接觸面不塗潤滑油，下滑板為20毫米×25厘米×6.0米A3鋼板，相互連線、倒用，下滑板頂面打磨平整光滑並塗抹潤滑油，中間為5×250×250毫米的四氟滑板，利用上滑板與四氟滑板、四氟滑板與下滑板、下滑板與底板混凝土面三者之間摩擦係數的差異，在外力牽引下使台架滑行。

⑵頂拱襯砌台架（圖4）

圖4 頂拱村砌台架

頂拱襯砌台架在邊牆襯砌台架的基礎上拼裝而成，拱部大型模板根據襯砌斷面在機修廠進行加工，運到現場拼裝成整體。由於拱部模板為承重模板，在台架上安裝一套液壓系統和可調頂桿來固定和調整模板，一次襯砌長度為12米。

①拱部模板

拱部大型模板採用δ=6毫米的A3鋼板作面板，縱向加強肋採用［14a槽鋼焊制，寬均為2米。全套模板共36塊，其中24塊大模板，弧長4米，相互之間通過高強螺栓連線；12塊小模板，弧長46.5厘米，布置在兩側靠邊牆位置處，與大模板通過三個鉸採用高強螺栓連線，可上下轉動，便於調整小模板下緣與邊牆模板或先期已成形的邊牆混凝土面緊貼，螺栓孔直徑為Ф23毫米，螺栓及螺帽為Ф22毫米。每塊模板邊緣使用4塊δ=11毫米的A3鋼板圍圈連成一個整體。

②可調頂桿

包括垂直可調頂桿、水平可調頂桿和斜向可調頂桿，垂直可調頂桿和斜向可調頂桿，垂直可調頂桿共30個，輔助支撐頂拱模板；水平可調頂桿共4個，每個液壓油缸處1個，平移和固定頂拱模板用；斜向可調頂桿共24個，調整兩側小模板下緣與邊牆緊貼並固定模板。

③液壓作業系統

固定和調整模板用，包括4個液壓油缸，上下游兩端各布置兩個，液壓油缸基座採用工字鋼（工20），基座下墊δ=3毫米的A3鋼板，鋼板下安設滾輪，便於操作水平可調頂桿，橫向水平移動頂拱模板，使頂拱模板中線與隧道中線重合。

⒉施工準備

檢查基岩石表面和施工接槎面，確保無鬆動岩塊，表面乾淨、無積水、積渣和油污。

⒊台架頂升、安裝滑板

脫模後，使用10噸手動鏈滑車將兩側模板吊離地面10厘米左右，並用可調頂桿將模板固定。在台架一側使用100噸液壓千斤頂頂起襯砌台架，安裝四氟滑板和下滑板，並在兩者接觸面上塗潤滑油，然後放下台架，進行另一側台架滑動裝置的安裝。

⒋台架移動就位、固定

台架移動時，利用預埋在底板的鋼筋安設滑輪組和卷揚機，由卷揚機和滑輪組緩慢拖拉移動。萬能桿件台架、模板及有關機具的總重量約為170噸，下坡時牽引力為5.1噸，上坡時牽引力為17.8噸。

台架移動就位後，拆除四氟滑板和下滑板，使上滑板鋼板（與台架柱腳焊接）直接與底板混凝土面接觸，並用硬木楔打緊，支撐牢固。台架制動使用鋼絲繩利用底板混凝土預留灌漿孔內埋設的鋼棒（地錨樁）固定。

⒌模板定位

邊牆模板的定位：用10噸手動鏈滑車將模板放下，採用TCR-705全站儀精確測量，使用兩側可調頂桿將模板調至設計位置。在模板底部安設2厘米厚的硬橡膠條，防止漏漿和方便脫模。當邊牆單獨澆築施工時，在兩側模板頂部四個角一共設定四個千斤頂，垂直向上與拱部圍岩頂緊，防止在混凝土澆築過程中鋼模板發生浮動上移，影響澆築質量。拱頂模板定位：啟動液壓操作閥將油缸伸出，調整頂部可調頂桿使頂桿與模板脫離；操作平移可調頂桿，使模板中線與隧洞頂拱中線重合；將頂部可調頂桿旋出頂緊，液壓操作閥鎖死；調整小模板可調整頂桿，使其下端與邊牆模板密貼（或與已完成邊牆貼合）並用螺桿連線牢固，整個模板外形達到施工要求。

⒍混凝土灌注

倉面清洗、驗收合格後進行混凝土灌注。混凝土採用混凝土攪拌車運輸，輸送泵泵送。混凝土的澆築採用串筒，為防混凝土自由下落過高而出現離析，串筒下部數米可轉彎成傾斜布置。邊牆單獨澆築時可直接用台架上兩側布置的布料桿通過串筒向兩側邊牆對稱分層（按40厘米一層）澆築。頂拱混凝土灌注時輸送泵管伸入頂拱下游側近中線處預留的50×50厘米工作視窗，末端採用一個三通管，利用溜槽向左、右兩側進行澆築。混凝土振搗使用Ф50插入式振搗棒，在無法使用振搗器的部位周圍，輔以人工振搗，以保證混凝土密實。

⒎脫模

混凝土養護1.5天后脫模。脫模時先脫邊牆模板，再脫拱頂模板。

邊牆脫模時，首先拆除擋頭板，然後使用10噸手動鏈滑車吊緊模板，利用兩側布置的148件可調頂桿施力拉脫模板。脫模時必須嚴格按照同組同時受力的原則，同組可調頂桿同時動作，同時收回，以保證台架模板受力均勻，不產生變形。

頂拱脫模時，首先拆除擋頭板；調整小模板的可調頂桿，使小模板與混凝土面脫離；調整頂部可調頂桿，使其全部收回；最後，操作液壓操作閥使頂部模板脫模。

材料設備

《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》所需材料與設備見表1。

表1  主要機具設備和材料

序號	名稱	規格	單位	數量	說明
1	萬能桿件	-	套	1	-
2	邊牆鋼模板	6.1×3米；6.1×2.5米 δ=6毫米	塊	24	20塊6.1×3米 4塊6.1×2.5米
3	拱部鋼模板	δ=6毫米	塊	36	24塊模板弧長4米； 12塊模板弧長46.5厘米
4	混凝土攪拌站	-	座	2	生產混凝土
5	混凝土輸送車	TZ5160GJB	台	4	運輸混凝土
6	電動卷揚機	JK-2	台	2	牽引襯砌台架
7	混凝土泵	HBT60A	台	3	泵送混凝土
8	吊車	QY-8	台	1	起吊台架零部件
9	切割機	GD-40	台	2	用於鋼筋加工
10	對焊機	UN-100	台	1	用於鋼筋加工
11	調直機	GT4-14	台	1	用於鋼筋加工
12	彎曲機	GW40	台	2	用於鋼筋加工
13	插入式振搗棒	Ф50	台	6	振搗混凝土
14	千斤頂	YC-40	台	8	固定模板
15	全站儀	TCR-705	台	1	測量模板位置

質量控制

施工單位採用《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》的質量控制要求如下：

⒈混凝土的配合比必須滿足混凝土規範和設計的要求。

⒉原材料和機具設備的驗收、試驗及檢驗均按現行規範及有關規定進行。

⒊襯砌台架嚴格按照預裝時所作的標記順序拼裝，拼裝人員不允許上下交叉作業，在確定連線正確後緊固連線螺栓，現場焊接處要按規範進行焊接，焊後應打磨，不允許有假焊、夾渣、裂紋等焊接缺陷。

⒋模板所採用的材料及製作、安裝等工序的成品均進行質量檢查，合格後才能進行下一步工序的施工。模板製作的允許偏差：①長和寬：±2毫米；②對角線：±3毫米；③模板局部不平（用2米直尺檢查）:2毫米；④連線配件的孔眼位置：±1；⑤模板與模板對接錯位誤差不大於2毫米。頂拱襯砌台架就位後，模板中心線應與隧洞頂拱中心線重合，偏差不得大於2毫米。鋼模面板及活動部分應塗防鏽的保護塗料，其他部分塗防鏽漆。模板與混凝土接觸的面板，以及各塊模板接縫處，必須平整嚴密，以保證混凝土表面的平整度和混凝土的密實性；分層施工時，應逐層校正下層偏差，模板下端不應錯台；澆築混凝土前，模板表面均應塗抹脫模劑；混凝土澆築過程中，有專人負責檢查、調整模板的形狀及位置，加強檢查、維護，如有變形走樣，應立即採取措施，處理後再進行澆築。

⒌混凝土澆築速度不宜過快，以免引起台架模板變形。同時應使用TCR-705全站儀現場對模板進行變形監測。

⒍在澆築混凝土的同時，使用150×150毫米試模對混凝土取樣，進行強度檢測，確定安全拆模時間，從而加快施工速度，保證混凝土質量。

⒎混凝土質量檢測按現行規範及設計有關要求執行。

安全措施

施工單位採用《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》施工時，除應執行國家、地方的各項安全施工的規定外，尚應遵守注意下列事項：

⒈建立強有力的安全保證體系，項目部設安質部，配齊專（兼）職安全員，逐級簽訂安全生產目標管理責任狀。

⒉定期對施工現場進行安全大檢查，發現問題及時整改，將施工過程不安全因素消除在萌芽狀態。

⒊對施工人員進行上崗培訓，嚴格按操作程式作業。

⒋襯砌台架的動力用電、照明電線必須統一合理布置，避免干擾，並經常清理檢查，以消除漏電、短路等隱患。

⒌襯砌台架在施工中，必須安排專人加強千斤頂、手動鏈滑車、可調頂桿、鋼絲繩等機具設備的維修養護，發現問題，及時處理。

⒍襯砌台架在洞內拼裝時，必須有足夠的起吊空間和良好的照明環境，且禁止行人、車輛通過。

⒎台架底部滑動裝置安裝完畢後，檢查前後、左右、上下有無障礙物，如有則要先排除再走，以免台架行走時衝擊。

⒏認真遵守《高處作業安全施工技術》。

環保措施

施工單位採用《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》的環保措施如下：

⒈施工作業地段隧底應清理乾淨，撒落的混凝土應及時清除。

⒉混凝土的生產、運輸過程應遵循國家有關的環境保護要求。

效益分析

施工單位採用《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》的效益分析如下：

⒈採用萬能桿件拼裝台架襯砌混凝土為大斷面隧洞的混凝土襯砌提供了新的施工方法。

⒉採用萬能桿件拼裝台架襯砌，既可將邊牆和拱頂分開澆築，也可邊牆、頂拱同時澆築，工期可以節約，成本也能節約。相比較於鋼管腳手架，可以減少一次拼裝；相比較於鋼模台車，在不需要進行頂拱襯砌（由於水電站選址一般地質條件較好，大部分地段都不需要進行頂拱襯砌）地段施工方便。

⒊萬能桿件台架襯砌工法與鋼管腳手架、常用小鋼模板施工方法比較，工期上前者襯砌1倉長度12米邊牆只需7天，後者則需44天，每倉節約37天。木工、鋼筋工、混凝土工、測量工、台架行走定位管護人員、混凝土輸送泵操作工、混凝土罐車司機，工班長、領工員合計80人，而採用鋼管腳手架需要的人工數要多於80人，按兩種施工方法人工數同為80人，人工單價50元/工日計算，每襯砌1倉節省人工工資50元/工日×80人×37天=14.8萬元。

⒋與鋼模襯砌台車相比。鋼模台車重量約176噸，加工一個鋼模台車費用為7000元/噸×176噸=123.2萬元，扣除採用台架襯砌也需要的模板及其伸縮系統的加工費用約30萬元，採用鋼模台車一次性要多投入約90萬元；拼裝萬能桿件台架的材料系市場通用料具，可在市場租用，價格在100元/噸/月左右，台架重126噸，每月租金為1.26萬元，按平均每月襯砌40米計算，若隧洞長500米，則節約費用為90-1.26500/40=74.25萬元，若隧洞長1000米，則節約費用58.5萬元，隧洞長在3000米以內，採用《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》均有成本優勢。同時由於溢洪道坡度大，鋼模襯砌台車移動、制動、定位固定難度大，安全風險高，萬能桿件拼裝台架採用滑板、拖拉滑行移動就位，移動和制動方便、安全。

註：施工費用以2007-2008年施工材料價格計算

套用實例

施工單位採用《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》的套用實例如下：

洪家渡水電站溢洪道是中國西電東送重點工程-洪家渡水電站的泄洪建築物，隧洞全長813米，縱坡為7.5%，斷面為城門洞型，混凝土襯砌後淨空為：寬14米，高21.54米，直邊牆高17.5米，襯砌厚度1~2.0米，為截至2007年中國斷面最大的水工隧洞之一；溢洪道泄洪時最大流速為35.67米/每秒，為高速水流，襯砌混凝土強度高（設計為C30），表面平整度≤3毫米（2米直尺檢查），混凝土錯台≤2毫米。中鐵五局（集團）有限公司施工管段為K0+277~K0+813，邊牆、頂拱均採用萬能桿件拼裝襯砌台架進行施工。

榮譽表彰

2009年10月19日，中華人民共和國住房和城鄉建設部以“建質[2009]162號”檔案發布《關於公布2007-2008年度國家級工法的通知》，《特大斷面洞式溢洪道萬能桿件拼裝台架襯砌工法》被評定為2007-2008年度國家一級工法。