浅谈针梁台车浇筑自密实混凝土衬砌施工控制

戴葱葱

(北京金河水务建设集团有限公司，北京 102200)

北京市南水北调配套工程团九二期工程隧洞，采用盾构形成初衬，而后采用针梁台车浇筑自密实混凝土形成二次衬砌，由于浇筑空间在台车模板内部，混凝土不能振捣，且施工监控困难，蜂窝、麻面、气泡、漏筋等施工质量问题往往拆模才能发现，对隧洞防渗和耐久性有很大影响。出现质量问题的原因是综合性的，包括自密实混凝土性能、组织安排、施工流程、细节把控等多方面，因此，本文从施工管理控制上综合论述，希望为后续相关工程提供借鉴作用。

1 工程概况

北京市南水北调配套工程团城湖至第九水厂输水工程(二期)施工第一标段，位于北京市海淀区。标段隧洞起点位于团城湖调节池工程环线分水口末端1号盾构始发井，线路出1号盾构井后基本向北方向敷设，线路依次穿越垃圾坑、轨道交通西郊线、电力隧道、金河、燕化供水管道、东水西调供水管道、北长河及景观水池，最终到达标段终点团北取水闸站2号盾构接收井，输水隧洞桩号0+000～2+153.848，中心导线全长2153.848m。

团九二期输水隧洞二衬为圆形隧洞，内径4.7m，使用C30W6F150自密实混凝土。隧洞二衬结构采用全圆针梁台车一次浇筑成型，每12m(转弯处7.5m)设置一道永久变形缝，缝内设一道紫铜片止水带。

2 二衬主要施工步骤

二衬施工步骤为：盾构管片处理→防水施工(EVA防水卷材铺设)→二衬钢筋制作及安装→模板支立及加固→混凝土施工及养护→变形缝施工→二衬背后回填灌浆(见图1)。

图1 二衬施工步骤

由于浇筑地点在隧洞内部，一般埋深20m左右，因此混凝土要通过施工竖井进行倒运，一般浇筑分为3步(见图2)。第一步：混凝土从搅拌站运输到现场溜槽口；第二步：通过竖井溜槽下放到竖井施工平台上的小罐车(3m3)；第三步：通过小罐车运输到隧洞内，由地泵泵送入模板内。

3 针梁台车控制重点

3.1 针梁台车操作原理

针梁式衬砌台车由针梁、框架、模壳、支撑系统和运行系统组成，主要用于隧洞衬砌施工。它以针梁为支撑和定位基准，通过框架和针梁的相对运动以及模壳的伸缩使隧洞的衬砌作业不断向前延伸。模板应具有足够的强度、刚度，表面光滑，不出现凹坑等表面缺陷(见图3)。

图3 针梁台车端头模封堵

3.2 施工主要把控点

3.2.1 抗浮措施和抗倾斜措施

浇筑混凝土时，巨大的浮力会导致台车整体上浮，导致漏筋、排骨印、保护层变小、水线等。

抗浮措施和抗倾斜措施在厂家加工制作时已经经过严谨计算，并有一定的保险系数，理论上没问题。但由于抗浮措施现场设置主要通过工人松紧螺丝完成，施工操作慢，效果不尽人意，后期可以增加千斤顶数量，以增加保险系数。另外增加抗浮措施的同时，适当减缓浇筑速度也是防止上浮的有效措施(见图4)。

图4 增加千斤顶措施

3.2.2 采用配套端头模板

模板封堵采用定制配套的专业封堵板，保证二衬浇筑端头面整齐，也保证了变形缝顺直、美观。

端头板采用厚1cm的钢板，由弧度30°的单块扇形板拼装而成，每个端头封堵，扇形板之间预留5mm间隙以调节管片椭圆的误差。端头板安装在止水带内，每块通过两个螺栓固定在模板环向肋板上。确保端头模板垂直安放，既避免了端头模板胀模、跑模，在保护凝土浇筑时候，不导致沥青油麻流失，又能保护紫铜止水带(见图5)。

图5 定制端头模板

3.2.3 其他

台车定位进行严格复测，保证二衬厚度上下左右均匀；台车模板每仓要进行打磨，涂刷脱模剂，防止产生局部麻面；顶部注浆孔以抽拉方式封闭，使注浆孔与模板台车处于一个平面内，避免混凝土浇筑后凹陷情况的发生。

4 自密实混凝土材料控制

4.1 优选商品混凝土厂家并严格控制各项指标

优选自密实口碑良好的搅拌站为供应商，与搅拌站技术团队共同研究，以现场需要确定合理的技术指标参数，对搅拌站的原材、试配混凝土进行检查、检测，完全符合设计及规范指标后才能出站。对混凝土控制主要技术参数进行设计(见表1)

表1 混凝土性能指标

4.2 控制混凝土原材

自密实混凝土对中砂要求高，细度模数宜为2.3～2.8，且含泥量宜在0.3%以下，石子粒径1～2cm，掺加的粉煤灰应为一级。混凝土配比需经过严格的现场试验确定。

4.3 现场控制指标

现场严格控制混凝土指标，尤其是扩展度和V漏斗试验，属于互斥项目，扩展度太大会导致混凝土黏度降低，导致V漏时间不够，而混凝土太黏，流动性则不能达标，因此经过多次现场试验，入仓前混凝土扩展度以690mm左右最佳(见图6～图9)。

图6 扩展度试验

图7 漏斗试验

图8 气密性试验

图9 U形箱试验

5 施工安排

5.1 保证分工合理周密

自密实混凝土必须保证连续浇筑，否则会出现冷缝，以下安排可供参考。

驻搅拌站试验员一名：记录混凝土出站坍落扩展度、V形漏斗通过时间、T50时间、U形箱高度等各项指标，出站时间，保证下一罐混凝土及时发出。

现场试验员一名：记录每一罐车混凝土扩展度、V形漏斗通过时间、T50时间、U形箱高度以及到站时间，驻场人员与现场人员随时联络，控制从搅拌站到现场时间为40min以内，混凝土性能不达标时退回。

施工员2名：井上1名：调配混凝土，保证现场照明、交通以及协调相应问题；井下1名：根据现场情况合理安排浇筑，看模，以及保证隧洞内安全。

测量员1名：全程测量台车上浮，台车上浮时及时采取减缓浇筑速度等措施。

5.2 调整合理的浇筑时间

为保证混凝土连续性，避免堵车造成影响，混凝土浇筑时间确定为夜间22点至翌日7点内完成。

施工过程中，施工人员要严格控制施工节奏，为了保持浇筑连续性，在小罐车混凝土运输完成后，地泵内要留有混凝土不能空泵，略停2～5min泵送量，在下一车混凝土到来前再进行混凝土泵送。

5.3 严格控制每个环节的标准化参数

夜间浇筑的另一个好处就是混凝土从出站到入仓时间可控，从搅拌站(10m3罐)到施工现场严格控制在40min以内，从地面溜槽到小罐车(2.5m3)控制在3min以内，小罐车从洞外到仓内单次进出最长时间控制在15min(运输最长距离350m)，即每一大罐车从搅拌站出厂到浇筑完成大概需要100～120min(考虑人为因素)。全仓浇筑完控制时间504min。

要求混凝土最佳入仓扩展度为690mm，通过多次测算核验，考虑损失，严格控制出站扩展度为780mm左右。

5.4 溜槽的改进措施

从地面上到基坑下垂直距离18m，溜槽整体形式为“Z”字形，混凝土溜放过程中会对溜槽弯头进行很重的压砸，导致弯头破漏，为保证混凝土浇筑连续不中断，将弯头改为“卜”字形，每个转弯处超出50cm，这样积累的混凝土变在抗压砸的底部，保证了中间环节不出差错。

5.5 严格控制每仓模板质量

严格控制拆模时间和拆模混凝土强度，混凝土达到2.5MPa后，可将堵头拆除，根据《水工混凝土施工规范》(SL 677—2014)常温施工承重模板应在混凝土强度达到5MPa后方可拆模(见图10～图11)。

图10 台车打磨

图11 涂刷脱模剂

6 主要问题原因分析

现场问题主要是蜂窝麻面、漏筋、排骨印、水线、环缝压碎等。

6.1 蜂窝麻面原因分析及解决措施

原因：台车打磨不彻底、脱模剂不均匀、混凝土和易性差。

解决措施：ⓐ严格按照上面论述方案施工，保证混凝土性能；ⓑ控制拆模时间不宜过早。

6.2 漏筋等原因分析及解决措施

原因：未复核一衬洞泾，钢筋保护层局部变小，台车上浮，垫块施工过程中移动，混凝土性能差。

解决措施：严格复核、实测隧洞轴线、椭圆度，根据隧洞实测值布置钢筋及台车；保证混凝土性能良好；根据实际情况制作刚性支撑代替垫块，在纵向架立筋与内圈钢筋交叉点处布置6排T型钢索支架，间隔1.5m一个，需注意钢索支架顶部需安装塑料保护帽，防止钢筋头漏出混凝土，形成铁锈点。

6.3 水线原因分析及解决措施

原因：台车上浮。

解决措施：增加千斤顶等抗浮措施；台车腰线以下浇筑时放缓浇筑速度；保证入仓混凝土扩展度不宜太大，扩展度太大，混凝土离析，容易导致台车上浮。

6.4 环缝破碎原因分析及解决措施

原因：台车针梁塌腰；台车在已浇筑好的混凝土上压板过短，导致混凝土局部受力过大；台车不居中或者分仓过长，导致合模时压碎混凝土。

解决措施：合理分仓，台车长度12m，由8环组成，每环1.5m，过弯半径小于500m，就得合理分仓，一般7.5m即可；台车压板一控制在20cm，保证受力面积，但也不宜过长，过长也会压碎混凝土；一般台车重70t左右，全部承受在钢梁上，所以钢梁要经过严格计算，保证一定的刚性。

7 结 语

团九二期工程在后续施工中混凝土表观质量良好，得到了各方认可。本文根据团九二期工程前期施工过程出现的质量问题和解决措施，综合多方面原因，重点阐述了施工中应该把控的技术重点，需要特别重视的是，保证表观质量的同时，更要重视实体质量，在后期的背后回填灌浆中要严格控制注浆量，保证后背密实，对整个隧洞的防渗有至关重要作用，希望本文对后续类似工程有借鉴作用。