混凝土衬砌施工技术优化方案

斜井直线段衬砌混凝土全部采用连续拉伸式液压千斤顶——钢绞线斜井滑模系统(简称LSD斜井滑模系统)施工。

7.1.4.1　施工布置

(1)施工供水。

施工供水采用斜井扩挖支护施工时的供水系统及管路。

(2)施工供风。

施工供风采用斜井扩挖支护施工时的供风系统及管路。

(3)施工供电。

施工用电总电源开关箱设置在上(中)平洞内，滑模模体供电动力用电和照明用电分开布置，电缆均选用橡皮套电缆。斜井井口及井壁照明布置采用扩挖支护施工的照明系统。在滑模模体上设36V照明开关箱，操作、分料、浇捣及钢筋绑扎、修面等工作平台上全部采用36V安全电压照明。备用电源采用布置在上(中)平洞内的30kW 备用电源。

(4)施工排水。

施工废水主要包括混凝土养护、基岩面清洗等施工产生的废水。施工废水经斜井底板流向中(下)平洞排水沟后汇集至相应施工支洞集水坑，经沉淀处理后排至洞外。

(5)施工通讯与监控。

相应施工支洞洞口值班室、斜井井口卷扬机运行操作间及滑模模体操作平台间均通过固定电话进行联系。送料小车上设置专职信号员，联系方式共有3 种，对讲机、电铃及无线发射器遥控系统;同时在井口平台及模体前端设置送料小车的上、下限位。同时在斜井井口卷扬机运行操作间安装闭路电视监控系统对整个模体工作面、混凝土运输情况、井口卷扬机运行情况等进行监控。

(6)混凝土供应。

混凝土由拌和站供应。采用8m3混凝土罐车送至斜井井口平台，经井口平台溜槽溜料至送料小车，之后经送料小车运送至作业面。

(7)钢筋及接地扁钢供应。

钢筋及接地扁钢等材料由载重汽车运至斜井井口平台，再由送料小车运送至安装工作面。

(8)滑模系统布置。

滑模系统布置主要组成部分有:井口2 台JT8T 形卷扬机、卷扬机运行操作间、送料小车(自制、约3t、单次运送混凝土约2m3)、滑模模体(自制、约40t、含液压系统及钢绞线等)、监控系统等。

7.1.4.2　施工工艺流程

施工工艺流程图如图7-12所示。

图7-12　施工工艺流程图

(1)操作要点。

1)滑模系统布置。

滑模系统结构主体为钢结构台车，由中梁、平台、模板、行走系统、牵引系统、运输系统等六部分组成，如图7-13所示。

①模体结构。

中梁为主承载钢结构体，千斤顶以牵引中梁滑升，结构形式及长度根据洞径、作业平台位置决定，可分多节组装，以易安装、重量合适，不影响运输为宜。模体共设五层平台，分别承担不同的施工用途。

图7-13　斜井滑模系统布置图

平台根据其作用可分为上平台、浇筑平台、主平台、悬挂平台及尾部平台等五层平台，见表7-7，模板安装在主平台上，底拱模板长1.2m，顶拱120°，范围模板长1.5m。模板在水平面上的投影为椭圆形。模板的面板厚度根据使用循环在6m～8mm。为保证模体能顺利滑升，模板设有一定的锥度，一般为4.2‰(上口大下口小)。

表7-7　模体各层平台主要作用表

②行走系统。

台车轨距根据模体尺寸而定，要保证模体的运行稳定，不宜产生偏斜。轨道一般按模体的重量选择钢轨，一般选择P30 钢轨，钢轨每段长度以达到滑升过后可回收为标准，轨道安装完成后做条形混凝土基础，以确保牢固。模体的前轮在铺设好的轨道上行走;后轮在已浇筑完成的混凝土面上行走。为防止模体后轮对混凝土面产生压痕，采用槽钢垫在后轮下。斜井内模体轨道布置如图7-14所示。

图7-14　斜井内模体轨道布置图(开挖断面直径7.5m)

③牵引系统。

采用LSD 液压提升系统牵引两束钢绞线提升模体，牵引系统的牵引力安全储备要达到2 倍以上。钢绞线选择为1×7 标准型，公称直径15.2mm，强度级别1860MPa。每根钢绞线的破断力为259kN，左右各一束，每束根数以达到总牵引4 倍以上安全系数选取。每束钢绞线沿牵引方向在顶拱按预应力锚索的内锚段处理。液压千斤顶安装在滑模模体上，左右对称，液压控制系统布置在滑模模体上。两个千斤顶由一台主控制台进行控制，主控制台可对千斤顶进行联动控制也可进行单台分动控制，在需对模体校偏时采取分动方式，以保证模体平稳滑升。如需对千斤顶进行维修，可直接将千斤顶放松，这时安全夹持器会自动锁住，再将千斤顶拆下进行维修。千斤顶在必要时可做短距离的后退。

④运输系统。

斜井上下运输通过运输小车进行，混凝土、钢筋及人员均由运输小车运送，其行走轨道与滑模轨道为同一轨道。运输小车采用无极变速高速卷扬机牵引，卷扬机要满足2 倍以上牵引力要求，满足规范要求的有人员运输时钢丝绳安全系数按有人员运输考虑达到14 倍以上，在竖向转向滑轮处要设有限载保护器。混凝土由运输小车送至上平台的存料斗，再由手推车运至混凝土仓面。运输小车不同时运载人员和材料(混凝土、钢筋等)，以保证人员安全。如采用两台卷扬，要在运输小车上布置平衡梁或平衡轮。

(2)钢绞线的安装。

1)钢绞线的锚固。

事先对钢绞线的承载能力进行试验。将试验合格的钢绞线的一端按预应力锚索的内锚段编束，锚入上弯段顶拱围岩内，锚固深度根据提升力大小而定，但不小于最大提升力的2 倍，孔内灌注水泥净浆，水灰比为0.30～0.35，灌浆压力0.6MPa，28d 的强度要求不小于50MPa。为了避免模体滑升过程中钢绞线的晃动可能造成岩体表面锚孔周围的岩石松动脱落，锚孔孔口以内留一定深度不注浆。在孔内水泥浆强度较低时，将钢绞线外露部分临时固定。

2)钢绞线的编索及下放。

为了避免模体滑升至上弯段时钢绞线产生内应力导致相互扭结，致使模体无法滑升，对钢绞线进行锚固之前，首先根据每根钢绞线的左右捻向进行每束钢绞线的编索，并要求左右两束在穿索时钢绞线捻向对称。

3)钢绞线的穿索及预紧。

在钢绞线穿缸时，应将其表面擦拭干净，严禁油污等侵蚀，否则在牵引张拉时很容易造成钢绞线的松动。在钢绞线穿入时，要注意左右捻相间的排列与锚固孔引出的每根钢绞线的角度相对应。穿好后的每根钢绞线利用2t 的手拉葫芦预紧，尽可能确保每根钢绞线受力均匀。

(3)千斤顶调试、安装及运行。

1)出厂前千斤顶的调试。

液压千斤顶在出厂前应做运行调试以检验其合格性，在调试过程中要求施工方的技术人员参加，以便发现问题及时解决，在工地不需要再进行调试及率定。

2)千斤顶用于生产前的调试。

在模体各项工作准备就绪后，必须对千斤顶进行3～4 次的调试运行，检验各个部件运行的正确性、可行性、安全性，以确保模体系统运行的可靠性、安全性和稳定性。在调试过程中要对千斤顶的压力表读数做记录，以便对千斤顶、钢绞线的安全性再次进行校核。液压千斤顶的安装严格按照说明书进行操作。

3)夹片的安装、使用与更换。

夹片是LSD 液压提升设备的一个关键承力部件，在活塞往复运动滑升过程中，夹片反复、交替地卡紧钢绞线而承受来自模体的全部荷载;另外，夹片也是出现故障率最高的一个部件之一，因此在模体运行时经常对夹片进行检查至关重要。

(4)斜井滑模模体的安装。

模体正式安装之前，在制作场地进行预组装，检查各部位尺寸，对不符合设计要求的进行处理，达到合格后，再解体、运至斜井的底部进行组装。采用卷扬机牵引到斜井直线段内，并将液压提升系统安装就位。

(5)电气控制系统。

1)通讯控制。

①在斜井混凝土施工中，上下间的通讯联系是至关重要的，可采用对讲机与座机相结合的方式。

②由于运输小车在斜井中运行速度较快、运行频繁，为保证小车运行安全可靠，采用无线遥控装置作为联系信号，编制不同的指令来控制运行。在斜井上弯安装1 只遥控距离为1km的8 路无线遥控装置作为联系信号(控制原理如图7-15所示)，具体做法是，将遥控器发射器安装在送料小车上，将信号接收器安装在井口，小车指挥人员根据需要按动发射器手柄按键发出“上升”“下降”“停止”不同指令，井口信号接收器接收到信号后，控制相应信号电铃和指示灯工作，操作员根据相应信号进行操作。当小车需要紧急停止时，小车上信号员可直接按急停按钮控制小车自动停止运行。

图7-15　控制原理图

以上两种方法互为备用，可保证联系信号的畅通。

2)卷扬机电气控制。

混凝土送料小车由两台调速卷扬机共同牵引，其电气控制是通过集中控制台上的上升、下降、点动上升、点动下降按钮控制两台卷扬机同时运行或停止(控制原理如图7-16所示)，为保证两台卷扬机同步运行，在集中控制台上安装1 只双层电位器并在其中一层电位器电路中串接1 只微调电位器(阻值为0～1KΩ)，来对两台卷扬机进行调速控制。操作人员可根据操作台上的2 只频率表的指示值来调节微调电位器的数值(调整频率)来达到两台卷扬机的同步运行。(www.xing528.com)

为保证运行安全，在小车上、下终点位置安装限位开关，同时在接近终点位置2m处安装自动减速控制开关，设计了自动减速及报警功能。当小车运行到接近终点时，触碰安装在上、下轨道终端自动减速控制开关，该开关控制发射器发送信号自动将变频器输出频率减小，使卷扬机速度降低到7～9m/min，并发出报警信号提醒操作员注意。即便是操作员没有及时操作停车，小车也会在撞到限位时自动停车，避免由于误操作使小车拉出轨道或与模体碰撞。下降限位和自动减速信号开关均安装在小车上，并通过无限信号传输到操作台。

3)备用电源。

为确保斜井滑模的连续运行，防止由于供电线路长时间停电，造成混凝土运输中断、凝固，模体无法滑升，在平洞内安装一台160kW 柴油发电机组作为备用电源。当系统停电时，160kW 柴油发动机可投入运行，将双投开关从主回路中拉开，投向下侧，使斜井滑模系统在备用电源供电系统中运行。

图7-16　控制原理图

(6)安全监控。

由于斜井施工难度大、安全隐患多等因素，为使卷扬机操作员能准确判断出运输小车在斜井中启动与停车的时间，确保小车在斜井中往复频繁运行的安全可靠性，可在整个斜井段安装电视监控摄像头，从而对运输小车在斜井运行的全过程进行实时监控。这一措施在斜井滑模系统上的实施，进一步保证了运输小车的运行安全性，并且提高了工作效率。

(7)混凝土施工。

1)混凝土浇筑前的施工准备。

模体安装就位前要对斜井岩面进行全面清洗。模体进入斜井直线段调试完成后，支立底部模板，绑扎钢筋。事先做好混凝土试配工作，试验出混凝土达到出模强度(0.3MPa～0.5MPa)所需的时间，使混凝土性能满足模板的滑升要求。

2)混凝土运输。

混凝土由混凝土搅拌车从混凝土搅拌站运至上部工作平台处，由溜槽溜至运输小车贮料斗内，再由运输小车运至模体上平台下料斗。

3)混凝土浇筑。

混凝土沿环向交圈分层进行浇筑。混凝土在浇筑平台采用人力小推车由上平台下料斗下面接料、分料，通过串筒下料入仓。下料顺序为先顶拱、再边墙、后底拱。浇筑后的混凝土要保持在同一水平面上，保证模板不发生倾斜或扭转。混凝土分层浇筑厚度控制在20cm～30cm，使下层混凝土还处于流塑状态时浇筑完上一层混凝土，以便两层混凝土的结合。浇筑混凝土同时保证仓面上有外露的环向钢筋，交圈后混凝土面距离模板上缘应大于30cm。

4)模板滑升。

①试滑与起滑。

在初滑升时先进行试滑，千斤顶以短行程、多次数提升，观察液压系统和模板的工作情况。试滑几个行程后，如整个滑模系统情况全部正常，即可转入正常滑升。

②正常滑升。

正常滑升阶段，模体滑升的时间间隔控制在0.5h 左右，每次滑升10cm左右，模体正常滑升的平均速度为20cm/h。如发现混凝土出模强度不够时，须减缓滑升速度。

③混凝土修整、养护及模板清理。

混凝土出模后，在模体悬挂平台(第Ⅳ层平台)上检查混凝土表面，若混凝土有缺陷，利用混凝土原浆或CU 乳液等及时进行修整，使混凝土表面平整度达到设计要求。

④混凝土养护。

在悬挂平台外围布置一圈喷淋水管进行养护，控制喷淋的水压，使混凝土表面既能保持湿润，又不致被水流冲坏。同时设专人重点对混凝土顶拱加强养护。

混凝土出模后，及时对模板进行清理，用铁铲清除黏附在模板表面的混凝土，用小刷清扫水泥砂浆，使模板表面光滑，以减少模板摩阻力。

7.1.4.3　机具材料与设备

机具材料与设备见表7-8。

表7-8　机具材料、设备表

7.1.4.4　质量控制

(1)工程质量控制标准。

1)钢结构模体制作、安装施工质量按《钢结构工程施工质量验收规范》《滑动模板工程技术规范》《水工建筑物滑动模板施工技术规范》等规范要求执行。钢结构制作及安装允许偏差见表7-9～表7-11。

表7-9　构件制作的允许偏差表

续表

表7-10　滑模装置组装允许偏差表

表7-11　安装轨道允许偏差表

2)滑模混凝土施工质量按《混凝土结构工程施工质量验收规范》《水工混凝土施工规范》《滑动模板工程技术规范》等规范要求执行，滑模施工工程混凝土结构允许偏差见表7-12。

表7-12　滑模施工工程混凝土结构允许偏差表

(2)质量保证措施。

1)模体的纠偏及施工精度的控制。

①模体偏移的预防和纠偏。

在滑模施工中，很可能出现平台上的荷载分布不均匀、千斤顶不同步及浇筑混凝土时入模位置不够对称等因素，致使模体发生偏移。针对上述情况，施工中采用了下述措施预防和纠正偏移:

a液压千斤顶设有位移传感器，在出厂时同步性已经调好，偏差很小，但在长期往复运行过程中，会有累积偏差，所以在施工中要随时检查，随时调整。

b操作平台上的荷载尽可能均衡布置。

c混凝土浇筑顺序是先顶拱、再边墙、后底板，这样可以防止模体上浮，下部轨道控制模体滑动方向，混凝土浇筑尽可能均衡，如发现偏移，可采取改变浇筑顺序，逐步纠正其偏移。

d在模体中梁设立一水平水准管，当模体发生偏移时，可通过观察水准管判断模板偏移方向，采取措施调整偏差。

e模体每滑升6m对模板进行一次测量检查，发现偏移及时纠正。

2)施工精度控制。

①轨道精度控制。

滑模模体沿着轨道滑升，由轨道控制滑升方向，所以在轨道施工中利用激光打出轨道中心线，以激光为基准进行安装，严格控制精度，确保轨道安装偏差控制在允许范围之内。

②千斤顶控制。

随时观察千斤顶的同步性，如发现有不同步可通过分动来控制调整。

③测量控制。

每滑升6m对模板进行一次观测、检查。

(3)停滑措施。

由于斜井混凝土施工难度大，工艺复杂，施工中根据工作需要或其他原因，需停止滑升时，应采取相应的施工方法:

1)停滑时确保混凝土的浇筑高度控制在同一水平面上。

2)每隔一定时间提升一次千斤顶，确保混凝土与模板不黏结，同时控制模板的滑升量小于模板全高的3/4，在具备混凝土浇筑条件时按起滑程序进行。

3)为保证在发生意外停电事故时滑模牵引千斤顶能够照常工作，需备有一台柴油发电机组。

(4)混凝土施工时要控制混凝土浇筑厚度，及时充分振捣，不可过振。控制起滑速度，防止未达到出滑强度时滑升。出模后的混凝土表面要压光，并及时洒水养护。