水工隧洞混凝土衬砌施工技术

田科磊

摘要：目前我国经济水平和科技水平的快速发展，城市间水电资源供应不平衡的矛盾日益突出。为了缓解这一问题，中国各地兴建了一大批水电工程。深埋长隧洞作为这些工程建设主要的水工构筑物，也促进了高压水工隧洞的发展。这些水工隧洞工程一般规模较大，其中许多位于山区，地质和地形条件复杂。同时，由于衬砌结构与围岩的相互作用机制不明确，以及高地应力和高水压的影响，在施工和运营期间，围岩和衬砌支撑结构的稳定性受到严重威胁。目前，高压水工隧道开挖和运营过程中衬砌结构的稳定性分析已经成为一个紧迫的工程问题。但是，关于这方面的理论分析和研究主要集中于隧洞开挖阶段，而对运营期支护结构特别是衬砌结构的稳定性研究并不充分。因此，需要更加重视受内外水压力、岩体的长期强度和工况变化等各因素影响隧洞衬砌结构的稳定性分析研究。

关键词:隧洞;混凝土衬砌;地下水处理;施工技术

引言

水工隧洞的健康状况直接关系到引水水工隧洞的正常使用及工程的稳定性，合理评价衬砌结构安全状态能有效预防运行期内工程灾害的发生。前期开挖揭露的地质条件复杂，碎裂结构围岩洞段居多，部分作业面上存在全断面高龄土蚀变、绿帘蚀变等，上半洞开挖支护过程中出现过较大塌方。

1水工隧洞混凝土衬砌施工概述

水工隧洞是水利工程施工中比较常见的一种水工建筑形式。在洞体开挖之后，为了有效避免洞体围岩出现变形或者坍塌的现象，施工单位在洞壁使用钢筋混凝土进行一定的衬砌，以作为永久性的支护结构。因此，衬砌施工就是指为了防止洞体围岩发生变形或者坍塌等现象而沿隧道洞身的周边，用钢筋混凝土等施工材料修建的永久性支护结构。在实际施工中，衬砌施工一般会分为两次来进行。其中，第一次被称为“初衬”，主要是喷射混凝土，同时辅以锚杆支护;第二次则被称为二衬，主要是进行钢筋混凝土的浇筑施工。一般来说，衬砌施工技术往往被应用到隧道工程、水利渠道的施工当中。

2全环衬砌施工工法内容

2.1全环衬砌施工工法特点

全环衬砌施工工法与传统小断面隧洞衬砌施工方法相比，采用全圆针梁式钢模台车，隧洞混凝土衬砌一次成型，克服了以往小断面隧洞采用组合模板边顶拱与底板分开浇筑、外观质量较差、成型尺寸较难控制等弊端，提高了施工工效，保证了施工质量。②全环衬砌施工工法利用拖拉机头、混凝土罐、Ｕ型车轴等设计组装，自行创造研制了３辆２ｍ３混凝土罐车，将混凝土从拌合站运输至洞内作业面，保证混凝土在浇筑过程中供应不中断，提升了混凝土的内在质量，降低了施工成本。

2.2施工难度大且工期较短

隧洞进行混凝土衬砌施工时，施工人员面临的难度较大，且施工的工期较短。要想保证衬砌施工的质量，施工企业需要合理调整施工的工期，从而在合同约定的时间内保质保量地完成混凝土衬砌施工。除此以外，因为混凝土施工需要在隧洞内进行作业，因此，在施工前还需要对隧洞进行挖掘并支护。因此，施工技术人员需要在施工线路和断面空间内进行施工作业，加之部分施工区域内地下水资源比较丰富，在挖掘及进行混凝土衬砌施工时，可能出现渗涌水的情况，导致隧洞内的施工作业无法顺利进行。

3主要施工方法规划

3.1隧洞监测

根据现场监测及实地测量，通过下列的测量仪器测出该水工隧洞的病害参数:1)为了检测隧洞结构的变形，在围岩结构上布置位移计;二次衬砌结构表面布设收敛变形观测仪;钢支撑结构表面和衬砌结构内部布设应变片;采用全站仪现场观测隧道的变形位移情况。2)在衬砌结构裂缝处，布设裂缝计测量裂缝的宽度变化情况。3)利用超声波技术和钻芯取样相结合的方法，测量二次衬砌结构的混凝土强度变化情况。4)对钢筋部位衬砌结构进行钻芯取样，剥离出内部钢筋，对钢筋的锈蚀、强度状况进行检测。5)采集输水管道中的水，测量地下水的矿物质含量、pH值等含量;在同一渗水断面多点布设渗压计，测量水工隧洞渗水状况。6)利用地质雷达等无损探测设备测量二次衬砌结构内部的损伤裂缝和围岩结构缺陷。

3.2混凝土表面保护

水工隧洞是引水工程中较为重要的工程项目，水工隧洞的稳定性和结构的健康状况直接关系到引水工程的正常使用，因此对使用中的引水隧洞衬砌结构进行安全性评价是至关重要的。对于建筑、道路、桥梁、隧道( 隧洞) 病害研究目前已经取得较为丰硕的成果。通过对病害类型进行分类，得出病害的成因并提出了相应的防治措施; (1)底拱混凝土须大于70%以上设计强度方可布置施工设备、行走运输车辆，确因通行需要在通行车辆前对底拱采取铺设“1层3cm保温被+1层20cm骨料加工尾料+天然砂砾石料填平”的方法进行保护。(2)边顶拱回填灌浆、固结灌浆阶段为做好对底拱混凝土的保护，避免灌浆浆液对底拱混凝土表面造成污染，施工过程中在各作业面上配置泥浆收集桶，对于各作业面上洒落的泥浆及时进行收集，并运输至洞外。(3)在已浇筑完成的底拱混凝土面上临时进行其他施工作业时，施工工器具做到轻拿轻放，严禁高空抛物对底拱混凝土表面造成损失破坏。(4)灌浆污水处理:对灌浆污水采取在浇筑仓位前分段截流集中抽排出洞身，防止污水流入仓面和污染已浇筑混凝土表面。

3.3渗流场计算分析

凝土中裂隙的产生，渗透性明显变大，渗流场分布也因此受到影响。衬砌未考虑受损的压头等值线，为渗流场在假定衬砌渗透性不变的情况下分布。通过比对发现衬砌内的压头差在考虑受损之后明显降低，水力坡降也相应的减小。这意味着衬砌结构承受的内部水压力在考虑受损开裂情况后比重会减小，转由围岩部位承受更多的内水压力。由此可知在透水衬砌设计中，围岩的抗渗防渗能力必须重视，以预防围岩因内水外渗问题导致渗透破坏。

3.4衬砌开裂特性研究

每间隔45°，对衬砌实行分解处理，一共分成8个区，制定相应的裂缝云图，在35h处，裂缝依次达到18条、26条以及26条，即便后两种方案的裂缝数一样，然而开裂程度却存在不同。在充水水温为20℃时，一共存在4条贯穿裂缝，宽度约达到0.42mm；在内壁温度降到15℃之后，裂缝发生于衬砌腰部，相比于前一种方案，裂缝宽度有一定的增加，数值为0.43mm，出现的顺序差不多一样；当充水水温为10℃时，裂缝也发生于衬砌腰部，共存在4条裂缝，宽度约达到0.475mm，裂缝出现的顺序都差不多一样。通过统计，裂缝形成时间依次是21h、17.5h以及7h，伴随内壁温度的降低，激增时间会提前。施工期间，施工人员需要通过对内壁温度的控制，实现对裂缝形成过程的控制，从而提高施工质量，减少病害。

结语

隧洞是一种常见的工程设施，在整体工程中占据着十分重要的位置。在隧洞施工中，地下水是隐患较大的因素，如果施工单位在施工过程中不加强对地下水的处理，从而保证混凝土衬砌施工的质量，确保工程的结构安全和使用寿命。

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