一种无压引水隧洞立模喷砼内衬及施工工法的制作方法

1.本发明属于水利工程施工领域，尤其涉及一种无压引水隧洞立模喷砼内衬及施工工法。


背景技术：

2.在一些河水引流工程中，会使用人工开凿隧道进行引流，对于一些需要快速施工的项目，由于这类隧道的断面小，无法通过增加设备、人员等措施进行快速施工，为此人们在这样测施工场景下，多使用喷砼施工来替代衬砌施工，立模喷砼施工方法能够在保证衬砌结构强度、设计过水流量的基础上加快本工程施工进度并节约工程投资。立模喷砼施工原理是将立模衬砌施工与喷砼支护施工结合，采用立模喷砼施工工法在保证衬砌面表观质量、过水能力的同时突显出喷砼施工投入设备少，技术工艺简单、初凝拆模时间短、拱顶无空腔无需回填灌浆等特点。但是传统的喷砼施工容易有开裂、抗冲击和弯曲疲劳性能差的问题，因此需要一种无压引水隧洞立模喷砼施工工法，以保证在无压引水隧洞立模喷砼施工时，保证安全、高效、高质量的完成施工。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明提供了一种无压引水隧洞立模喷砼内衬及施工工法，可以解决现有技术容易有开裂、抗冲击和弯曲疲劳性能差的问题的问题。
4.本发明通过以下技术方案得以实现。
5.本发明提供的一种无压引水隧洞立模喷砼施工工法，包括以下步骤：
6.s1，初期支护断面检查测量，先由测量组对隧道初支断面净空进行测量，对隧道净空进行检查，提前对侵限部分进行处理，处理完成后进行复测，并经验收后进行下一道工序；
7.s2、底板混凝土衬砌，对隧洞的底部进行混凝土衬砌，形成隧洞底板；
8.s3、边墙立模喷砼施工，按照测量放样、钢筋制安、基面处理、伸缩缝设置、边墙模板架立、边墙喷砼施工、伸缩缝填充的顺序，采用喷砼施工的方法形成隧洞的边墙；
9.s4、顶拱喷砼施工，按照基面清理、伸缩缝设置、顶拱喷射砼施工的顺序，采用喷砼施工的方法形成隧洞的顶拱；
10.s5、喷砼拆模与养护，喷砼终凝后2小时开始喷水养护，养护时间不得少于7天，混凝土强度达到8.0mpa以上后，进行拆模。
11.所述内衬包括底板衬砌、边墙内衬、顶拱内衬、植筋，所述底板衬砌浇注在隧洞的底部，边墙内衬和顶拱内衬分别设置在隧洞的两侧和顶部，且边墙内衬和顶拱内衬相互连接，所述植筋一端插入到隧洞侧壁内，植筋另一端隧洞侧壁上伸出，插入到边墙内衬和顶拱内衬中，所述植筋有多根，植筋端部设有弯角，且多根植筋之间通过钢筋网相互连接。
12.所述钢筋网的钢筋直径为8mm至10mm，钢筋网的单格尺寸为12cm
×
12cm至15cm
×
15cm。
13.所述顶拱内衬上设有多根锚杆，锚杆直径为25mm至30mm，锚杆长度为2m至2.5m，顶拱内衬通过锚杆与隧洞顶部连接。
14.所述边墙内衬、顶拱内衬的厚度为150mm至160mm。
15.所述步骤s3中，钢筋制安时，采用钢筋制安剩余φ14mm至φ22mm的钢筋头做植筋，钢筋相对初支断面外露10cm至20cm，钢筋端部6cm至10侧面处弯成90
°
弯钩，在ⅲ类围岩距岩壁施工时，在距离岩壁3cm至5cm处挂处挂钢筋网，并与锚杆连接牢靠，在边墙喷砼施工前，在隧洞接触部位进行凿毛后涂刷界面剂，喷射管采用硬质聚乙烯管，采用垂直向下法喷射入仓，且分层模板内一次性喷射完成，喷嘴处的风压控制在0.3～0.6mpa。
16.所述步骤s3和步骤s4中，岩洞段洞身每10m至12m设一道伸缩缝，隧洞变截面处及土石分界线处应设一道伸缩缝，伸缩缝宽15mm至20mm，伸缩缝内用聚乙烯闭孔泡沫板填充，伸缩缝缝口采用沥青砂浆层封堵，沥青砂浆层厚度为40mm至50mm，所述沥青砂浆采用沥青：水泥：砂＝1:1:4的比例混合，沥青采用石油沥青，标号为30号。
17.所述步骤s4中，顶拱喷射砼施工采用分层喷射法施工，第一次喷射8cm至10cm，第二次喷射5cm至7cm，喷射时应分段、分片进行，喷射顺序应从拱肩至顶拱，后一层喷射应在前一次喷射混凝土终凝后进行，如终凝1h后再次喷射时，应用风水清洗前一次喷层表面后再进行后一次喷射，2次循环喷射作业应有20cm的搭接长度，喷射混凝土表面应平整，其起伏差控制在10cm以内，顶拱喷射回填率不应大于25％，喷射时候作业气温控制在5～35℃，顶拱喷射砼施工时，喷嘴处加有液态速凝剂，喷嘴处的风压控制在0.3～0.5mpa，喷嘴按螺旋形轨迹移动，每2m至3m为一喷射区，采用分段、分片，由下向上的喷射方式施喷，喷嘴与岩面的间距0.6m至1m，喷射角度控制在80
°
至90
°
。
18.所述步骤s3和步骤s4中，喷砼施工时所用的运料包括水泥、细骨料、粗骨料、速凝剂、减水剂、聚丙烯纤维，所述细骨料采用细度模数＞2.5的坚固耐久河砂，其中粒径＜0.075mm的颗粒应＜15％，所述粗骨料采用5mm至10mm粒径的石子，石子中的杂质、硫化物按质量计不大于1％，针、片状颗粒含量不大于15％，石子中不得含有活性s io2、活性caco3或活性白云石caco3、mgco3，所述速凝剂为无碱型或ph值《10的弱碱型，所述减水剂的减水率应≥18％，引气率应＜2.0％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度≥400mpa，熔点不小于170℃，断裂伸长率＞8％，抗拉弹性模量＞37gpa，纤维长8mm至10mm，单丝长径比≥2200。
19.所述步骤s2中，底板混凝土的施工流程为测量放样、基底清理、伸缩缝设置及挡头模板设置、混凝土浇筑、混凝土面整平收面、拆模、养护、伸缩缝填充。
20.本发明的有益效果在于：加快施工进度，与传统二衬混凝土施工相比，立模喷砼施工每仓边顶拱施工时间减少约10h，缩短近一半的时间，显著地提高施工效率了，通过工法的应用，可加快完成工程建设，减少工程项目投资，且此工法操作技术简便，易于作业人员掌握，施工设备较少，占用空间小，易于维护，更机动灵活，能适应各类围岩基础，施工组织与调度相对简单，作业班组乐于接受。
附图说明
21.图1是本发明的结构示意图；
22.图2是伸缩缝的结构示意图；
23.图3是施工工艺流程图；
24.图4是边拱立模喷砼施工工序示意图
25.图中：1-底板衬砌，2-边墙内衬，3-顶拱内衬，4-初期结构，5-喷砼层，6-植筋，7-钢筋网，8-锚杆，9-伸缩缝，10-聚乙烯闭孔泡沫板，11-沥青砂浆层。
具体实施方式
26.下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。
27.如图1至图4所示，一种无压引水隧洞立模喷砼施工工法，其特征在于：包括以下步骤：
28.s1，初期支护断面检查测量，先由测量组对隧道初支断面净空进行测量，对隧道净空进行检查，提前对侵限部分进行处理，处理完成后进行复测，并经验收后进行下一道工序；
29.s2、底板混凝土衬砌，对隧洞的底部进行混凝土衬砌，形成隧洞底板，隧洞下部的混凝土衬砌；
30.s3、边墙立模喷砼施工，按照测量放样、钢筋制安、基面处理、伸缩缝设置、边墙模板架立、边墙喷砼施工、伸缩缝填充的顺序，采用喷砼施工的方法形成隧洞的边墙；
31.s4、顶拱喷砼施工，按照基面清理、伸缩缝设置、顶拱喷射砼施工的顺序，采用喷砼施工的方法形成隧洞的顶拱；
32.s5、喷砼拆模与养护，喷砼终凝后2小时开始喷水养护，养护时间不得少于7天，混凝土强度达到8.0mpa以上后，进行拆模。
33.在步骤s3中，边墙模板架立时，为提高喷混凝土表面平整度、降低表面糙率、保证隧洞过水能力满足要求，立模净高为2.8m。由于局部洞段，初期支护表面可能存在凹凸不平的现象，喷射时局部可能无法喷射到位。为避免空洞、蜂窝等质量缺陷，提高混凝土密实度并降低糙率，边墙喷射时宜分层进行混凝土喷射，即第一、二、三层高0.8m，第四层高0.4m。
34.(1)进行第一序模板、挡头模板及聚乙烯闭孔泡沫板安装，第一层混凝土喷射入仓。
35.(2)进行第二序模板定位安装，第二层混凝土喷射入仓。后两层喷射混凝土施工以此类推。
36.(3)为保证模板稳定性，应对称分层喷射入仓，使压力分布均匀，两侧混凝土高差控制在一层模板内。在砼喷射入仓过程中，应派专人观察模板支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的情况，当发现有变形、移位时，应及时采取加固措施。
37.钢模板采用平面模板p80140(第一、二、三序模板)、p40140(第四序模板)、p40280型(第一序模板)，模板间拼接应紧密连接，由于喷砼中掺有速凝剂，对钢模板支撑作用力要求较小，可采用钢管搭设脚手架进行支撑。为防止砼粘模，钢模板面须用模板漆涂刷。每块模板根据设计要求进行至少3点定位。
38.在步骤s3中，边墙喷砼施工时。施喷前先空载运转，检查管路是否畅通、湿喷机是否处于正常状态，进料口防超径钢质栅网是否安设妥当。遵循先进料后湿喷的原则，并使受料口处混凝土拌合物始终高于搅拌翅。用硬质聚乙烯管替代原钢质喷嘴，以增强喷嘴对拌合物的聚焦能力并减轻喷射手的负重，提高操作的灵活性。采用垂直向下法喷射入仓，相比垂直边墙喷射，可使喷混凝土与边墙的粘结力更高，施工进度更快。同时分层喷射，可有效
防止出现蜂窝或空洞，保证施工质量及隧道过水能力。分层模板内一次性喷射完成，喷头基本平行于模板面，往还式向喷面喷射，局部进行模内振捣，提高密实度，降低糙率。当喷射至第四层时应放慢速度，由看模人员指挥，直至模板顶部与拱肩间混凝土铺满。喷嘴处的风压一般控制在0.3～0.6mpa。
39.所述内衬包括底板衬砌1、边墙内衬2、顶拱内衬3、植筋6，所述底板衬砌1浇注在隧洞的底部，边墙内衬2和顶拱内衬3分别设置在隧洞的两侧和顶部，且边墙内衬2和顶拱内衬3相互连接；所述植筋6一端插入到隧洞侧壁内，植筋6另一端隧洞侧壁上伸出，插入到边墙内衬2和顶拱内衬3中；所述植筋6有多根，植筋6端部设有弯角，且多根植筋6之间通过钢筋网7相互连接。相较与传统的二衬混凝土施工相比，本结构的内衬采用立模喷砼的工法来进行施工，并针对喷砼使用的特点来进行优化，通过植筋6可以增加边墙内衬2和顶拱内衬3与隧洞内壁的连接强度，且植筋6之间通过钢筋网7连接，在喷砼施工时，植筋6和钢筋网7起到骨架结构，混凝土喷射时可以通过钢筋网7减少其流动的情况，使得混凝土尽快定型，在凝固后可避免出现脱落的情况。
40.所述钢筋网7的钢筋直径为8mm至10mm，钢筋网7的单格尺寸为12cm
×
12cm至15cm
×
15cm，针对喷砼施工的特点，在施工时通过钢筋网7减少混凝土的流动，使得混凝土尽快定型，在凝固后可避免出现脱落的情况。
41.所述顶拱内衬3上设有多根锚杆8，锚杆8直径为25mm至30mm，锚杆8长度为2m至2.5m，顶拱内衬3通过锚杆8与隧洞顶部连接，由于顶拱内衬3所需要的连接强度比边墙内衬2要高，锚杆8可以打入到更深的位置，增加锚杆8的拉力，以提高顶拱内衬3与隧洞内壁的连接强度。
42.所述边墙内衬2、顶拱内衬3的厚度为150mm至160mm，并且在边墙内衬2、顶拱内衬3中加有长度为8mm至10mm的聚丙烯纤维，可以提高内层5的力学性能，便于提高使用寿命。
43.所述步骤s3中，钢筋制安时，采用钢筋制安剩余φ14mm至φ22mm的钢筋头做植筋，钢筋相对初支断面外露10cm至20cm，钢筋端部6cm至10侧面处弯成90
°
通过钢筋增加内衬与隧洞侧壁的连接强度，避免塌落，在ⅲ类围岩距岩壁施工时，在距离岩壁3cm至5cm处挂钢筋网7，并与锚杆连接牢靠，植筋6和钢筋网7起到骨架结构，混凝土喷射时可以通过钢筋网7减少其流动的情况，使得混凝土尽快定型，在凝固后可避免出现脱落的情况。在边墙喷砼施工前，在隧洞接触部位进行凿毛后涂刷界面剂，喷射管采用硬质聚乙烯管，采用垂直向下法喷射入仓，且分层模板内一次性喷射完成，喷嘴处的风压控制在0.3～0.6mpa，通过喷砼进行边墙施工，边墙无回弹，节约材料成本，且施工速度快。
44.所述步骤s3和步骤s4中，岩洞段洞身每10m至12m设一道伸缩缝9，隧洞变截面处及土石分界线处应设一道伸缩缝9，伸缩缝9宽15mm至20mm，伸缩缝9内用聚乙烯闭孔泡沫板10填充，伸缩缝9缝口采用沥青砂浆层11封堵，沥青砂浆层11厚度为40mm至50mm，使得每段内衬之间可以将伸缩，避免热胀冷缩产生内应力而导致内衬开裂，所述沥青砂浆采用沥青：水泥：砂＝1:1:4的比例混合，沥青采用石油沥青，标号为30号，提高沥青的强度的同时，使得沥青砂浆层11具有一定的弹性，可以根据伸缩缝9的大小进行伸缩，避免伸缩缝9位置出现渗漏。
45.所述步骤s4中，顶拱喷射砼施工采用分层喷射法施工，第一次喷射8cm至10cm，第二次喷射5cm至7cm，喷射时应分段、分片进行，喷射顺序应从拱肩至顶拱，后一层喷射应在
前一次喷射混凝土终凝后进行，如终凝1h后再次喷射时，应用风水清洗前一次喷层表面后再进行后一次喷射，2次循环喷射作业应有20cm的搭接长度；喷射混凝土表面应平整，其起伏差控制在10cm以内，顶拱喷射回填率不应大于25％；喷射时候作业气温控制在5～35℃，顶拱喷射砼施工时，喷嘴处加有液态速凝剂，喷嘴处的风压控制在0.3～0.5mpa，喷嘴按螺旋形轨迹移动，每2m至3m为一喷射区，采用分段、分片，由下向上的喷射方式施喷，喷嘴与岩面的间距0.6m至1m，喷射角度控制在80
°
至90
°
，通过该参数喷砼施工的顶拱，不易出现空腔，拱顶无需回填灌浆，可节约拱顶回填灌浆时间，极大加快施工进度，且立模喷砼施工所需施工设备较少，技术工艺简单，造价较低。
46.所述步骤s3和步骤s4中，喷砼施工时所用的运料包括水泥、细骨料、粗骨料、速凝剂、减水剂、聚丙烯纤维，所述细骨料采用细度模数＞2.5的坚固耐久河砂，其中粒径＜0.075mm的颗粒应＜15％，所述粗骨料采用5mm至10mm粒径的石子，石子中的杂质、硫化物按质量计不大于1％，针、片状颗粒含量不大于15％，石子中不得含有活性sio2、活性caco3或活性白云石caco3、mgco3，所述速凝剂为无碱型或ph值《10的弱碱型，所述减水剂的减水率应≥18％，引气率应＜2.0％，所述聚丙烯纤维的抗拉强度≥400mpa，熔点不小于170℃，断裂伸长率＞8％，抗拉弹性模量＞37gpa，纤维长8mm至10mm，单丝长径比≥2200，聚丙烯纤维混凝土具有抑制塑形收缩裂缝，抗冲击和弯曲疲劳性能好，强度高，耐老化等特点，质量稳定可靠。
47.所述步骤s2中，底板混凝土的施工流程为测量放样、基底清理、伸缩缝设置及挡头模板设置、混凝土浇筑、混凝土面整平收面、拆模、养护、伸缩缝填充。
48.如图4所示，在施工前喷浆班进行机械设备、风水电检查以及原材料准备，钢筋立模班进行边墙喷砼施工部位(第三仓)的模板安装。紧接着喷浆班对一侧进行喷砼，钢筋立模班则在另一侧安装下一层模板，循环往复，直至完成边墙喷砼。下一步喷浆班进行前两仓顶拱分层喷砼施工，即第二仓顶拱初喷约7-8cm厚，第一仓顶拱复喷至设计厚度15cm。同时，钢筋立模班进行下一仓植筋、钢筋网片安装、基面处理。约4h完成顶拱喷砼和植筋、钢筋网片安装、基面清理后，下一班工人便可拆模移至后一仓继续循环施工，极大的提高作业效率。