中国水利水电第九工程局有限公司 贵州贵阳 550000
摘要：在隧洞衬砌工程中，常用的方法主要分为钢模台车分层浇筑和针梁太车全断面浇筑两种。钢模台车分层浇筑施工方法通常先浇筑隧洞底板，再浇筑隧洞边墙及顶拱从而完成全断面浇筑。本文以新疆和田达克曲克水电站导流洞“戴帽法”衬砌施工为例，与传统方法相反，先浇筑隧洞边墙及顶拱，再浇筑隧洞底板，通过实例应用，对“戴帽法”隧洞衬砌施工的主要内容、技术要点和经济意义进行了分析与总结，为隧洞衬砌工程的施工提供了一种全新的思路与参考。
关键词：戴帽法；隧洞；衬砌；应用
1 工程概况
1.1 洞身段结构概况
达克曲克水电站导流兼泄洪冲沙洞位于大坝枢纽工程右岸，桩号0+000.000-0+351.441，隧洞总长为351.441米，隧洞设计过流断面为直径7.50米的圆形断面，混凝土衬砌厚度60cm，局部加厚为1.0m。其中0+000.000-0+010.000桩号与0+341.441-0+351.441桩号为洞身方变圆的渐变段，进口渐变尺寸由6.0m×7.5m方形R＝3.75m的圆形；出口渐变尺寸由R＝3.75m圆形变为6.0m×7.0m方形，混凝土衬砌厚度由1.0m渐变至60cm。其中0+098.158- 0+115.221桩号与0+293.599-0+331.441均为洞身转弯段，转弯半径均为R=50m，衬砌厚度60cm，转弯角度分别为19.1398°和43.364°，混凝土为C25F200W6钢筋混凝土，导流洞为永久工程。
1.2 地质情况
隧洞0+000.000-0+351.441桩号段为黑云母石英片岩，属中硬岩，其中0+106.00桩号以后片理面与洞轴线夹角小17～27°，右侧洞壁稳定性较差，开挖中需及时支护，洞身段处于微风化新鲜岩体内，岩体纵波波速4500～5500m/s，完整性较好，该段裂构造不发育，位于地下水位以上，在雨季或暴雨天气洞内可见滴水现象，洞身段以Ⅲ类围岩为主，隧洞整体结构稳定。
2 施工总体布置
2.1 施工用风
在导流洞进口1#风站和导流洞出口2#风站，各布置2台23m3/min电动移动空压机供风；从站内采用DN125钢管分别接至导流洞进口和出口，再用内径DN80和DN50高压橡胶管接至各施工场面。
2.2 施工用水
采用DN50-PVC塑胶管由1#施工营地高位水池接至各施工场面，最大用水量约10m3/h。
2.3 施工用电
施工用电从1#营地旁1000KVA变压器采用185mm2铜芯电缆从变压器低压侧接电源至1#、2#风站，满足空压机用电。从距离施工场面80m处630KVA变压器采用125mm2铜芯电缆从变压器低压侧接电源至工作场面，供施工抽水、排水和施工照明使用。
2.4 施工道路布置
进口：1#施工道路 900m L3施工道路 300m L9施工道路 400m 导流洞进口。
出口：1#施工道路 900m 3#施工道路 200m 导流洞施工临时便道200m 导流洞出口。
3 “戴帽法”衬砌施工规划
达克曲克水电站导流洞施工后期（0+202.221-0+351.441施工中），进口已进行封堵，只有出口是唯一的施工通道。随着工程的施工，出现的问题也逐渐增多。导流洞不含支洞，施工道路单一，工作面少、工人窝工、工期紧迫，为保证按期完成截流节点目标，项目部经技术讨论会决定导流洞0+293.221-0+351.441转弯段采用“戴帽法”衬砌施工，通过技术措施，先浇筑洞身边墙及顶拱，底板暂不浇筑，预留施工道路，为导流洞0+202.221-0+293.221直线段施工转运材料、混凝土浇筑提供条件。待直线段浇筑基本结束，再进行转弯段底板浇筑，最终顺利完成导流洞后半段浇筑施工。
4 工期对比分析
导流洞0+202.221-0+293.221直线段和导流洞0+293.221-0+351.441转弯段施工进度的快慢，直接关系到能否按期完成2014年10月15日截流的节点目标，而目前距离节点日期仅剩余40天，其中直线段需要分为8仓底板和8仓顶拱进行浇筑，转弯段需要分为6仓底板和6仓顶拱进行浇筑，工期压力十分巨大。
采用传统工艺所需的工期：直线段底板浇筑1仓需要时间为3天，顶拱浇筑1仓需要时间为2天，底板浇筑时间为关键工期。直线段全部浇筑完成所需的工期为3天/仓×8仓+2天/仓×1仓=26天。转弯段底板浇筑1仓需要时间为3天，顶拱浇筑1仓需要时间为5天，顶拱浇筑时间为关键工期。转弯段全部浇筑完成所需的工期为5天/仓×6仓=30天。直线段和转弯段浇筑全部完成共需要56天。
采用“戴帽法”施工所需的工期：直线段底板浇筑1仓需要时间为3天，顶拱浇筑1仓需要时间为2天。转弯段底板浇筑1仓需要时间为3天，顶拱浇筑1仓需要时间为5天。采用“戴帽法”施工，直线段浇筑与转弯段顶拱浇筑同步进行，并且转弯段顶拱采取跳仓浇筑，间隔两仓同时进行施工，完成两仓所需时间为6天，完成转弯段顶拱浇筑仅需要6天/两仓×6仓=18天<24天，不占关键工期，最后再浇筑转弯段底板。因此，直线段和转弯段完成的工期取决于直线段和转弯段底板浇筑完成的时间，转弯段底板同样采取跳仓浇筑，间隔两仓同时进行施工，完成两仓所需时间为4天，直线段和转弯段浇筑全部完成所需工期为3天/仓×8仓+4天/两仓×6仓=36天。
在正常的条件下，采用传统工艺施工所需的工期为56天>40天，无法满足按期截流节点目标要求。而通过“戴帽法”施工，工期仅需要36天<40天，比传统浇筑方法节约20天左右，能够保证完成按期截流的节点目标。
5 导流洞“戴帽法”衬砌施工关键技术措施
（1）岩石基础面用Φ20电锤进行处理，形成锯齿、棱角状，冲洗干净，保持无积水、无积渣和杂物，增加混凝土与岩石基础面的粘结力和摩擦力，加强混凝土结构自身支撑作用，确保浇筑结束混凝土脱模后，避免出现受力不均产生裂缝或垮塌等质量问题。
（2）洞身边墙及顶拱增设Φ25砂浆锚杆L=4.5m，入岩4m，外露50cm，间排拒2m×2m，梅花形布置，范围为洞身顶部240°。为增加锚杆抗拉拔力，在锚杆入岩端头作剖口处理，并用自制钢楔楔紧，尺寸﹤4cm，确保锚杆安插顺利。如图1、2所示。
（3）钢筋环向主筋根据立模范围尺寸进行加工，底脚两端钢筋进行预留，并将接头间隔错开1.5m以上，水平分布筋按照设计图纸进行加工，钢筋绑扎过程中，将钢筋Φ25砂浆锚杆焊接牢固，形成稳定的整体，保持钢筋受力、传力均匀合理。钢筋施工严格按照规范及设计要求进行。
（4）采用“戴帽法”施工，先进行顶部240°范围洞身衬砌施工，充分利用底部圆弧对混凝土的整体支撑作用，保证混凝土结构稳定。模板底部沿隧洞径向方向进行关模加固，确保底板浇筑，混凝土施工缝结合更为严密。洞身圆弧模板采用P1015和P3015组合钢模，局部采用木模拼装。固定模板内侧采用Φ12钢筋作为拉筋，拉筋与Φ25砂浆锚杆焊接牢固，模板面层增设双排Φ50钢管，用与拉筋相连的螺栓扣件紧扣钢管进行固定。端模采用1cm胶合板拼装，内侧采用Φ12钢筋作为拉筋，拉筋与Φ25砂浆锚杆焊接牢固，胶合板面层增设双排木方，用与拉筋相连的螺栓扣件紧扣木方进行固定。模板保持平整、光洁、稳定、牢固，浇筑之前将脱模剂涂抹均匀。模板每间隔2m，开设一个30cm×30cm窗口，用于混凝土入仓及振捣，窗口部位浇筑混凝土时，确保封堵严密，避免漏浆形成麻面、蜂窝。
（5）模板外侧搭设满堂脚手架进行支撑，满堂脚手架的纵杆间排距80cm×80cm，横杆步距1.15m，设置剪刀撑和扫地杆，脚手架底部用I12槽钢做垫脚，增加受力面积。中间预留5m×6.5m施工通道，混凝土浇筑前，将通道位置以相同的标准和要求进行搭设(如图1虚线所示)，混凝土浇筑结束，待混凝土终凝24h后将该部分的脚手架先行拆除，保持施工通道畅通，不影响前面洞身直线段的施工。混凝土浇筑前由安全部和质检部相关人员对钢管和扣件逐一进行检查，验收合格后才能开仓浇筑。
（6）混凝土由1#营地拌合站集中拌制，投料顺序采用水泥裹沙法，确保拌合均匀，混凝土施工性能好，不易泌水、离析。混凝土水平运输采用10m3搅拌运输车，垂直运输采用HTB80混凝土泵机，先浇筑边墙，两侧对称均匀下料，确保模板受力均匀，后浇筑顶拱，顶拱预留通气孔，及时观察混凝土浇筑饱满情况。混凝土采用Φ70插入式振捣器配合附着式振捣器进行振捣，振捣间距、时间合理，避免超振、漏振，确保混凝土振捣密实，强度满足要求。
（7）浇筑结束待混凝土终凝24h后，先将预留通道部分及时拆除，保证其他场面正常施工。待混凝土强度达到75%以上，再将满堂脚手架及模板拆除，脱模时间根据试验确定。脱模过程小心、谨慎，避免发生碰损掉块。脱模后及时进行洒水养护，连续养护14d以上。
（8）0+293.221-0+351.441转弯段“戴帽法”将边墙及顶拱浇筑完成后，待导流洞前面0+202.221-0+293.221直线段浇筑完成，再进行该段底板混凝土浇筑，底板采用Φ25砂浆锚杆L=1.5m，入岩1.3m，外露20cm，间排拒3m×3m，梅花形布置，范围为洞身底板120°，其他与边墙及顶拱施工方法基本相同。
图2 底模及细部结构安装示意图
6 满堂脚手架稳定性验算
满堂脚手架，搭设最大高度H=8.0m，立杆间排拒0.800m×0.800m，步距L0=1.150m，脚手架底部用I12槽钢做垫脚。钢筋混凝土及模板永久荷载经计算为14.154kN/m2，φ48×3.5mm钢管标准自重为0.038kN/m，脚手板荷载标准值为0.350kN/m2，人员及设备等施工活荷载为3.0kN/m2，由于是洞内施工，风荷载的影响几乎没有，可以忽略不计。
6.1 横杆稳定性验算
横杆的自重标准值：P1=0.038×0.800=0.030kN；
脚手板的荷载标准值：P2=0.350×0.800×0.800/（2+1）=0.075kN；
活荷载标准值：Q=3.000×0.800×0.800/（2+1）=0.640kN；
荷载的计算值：P=1.2×(0.030+0.075)+1.4×0.640=1.022kN。
（1）按照横杆自重均布荷载和集中荷载最不利分配两种情况下的弯矩和，进行横杆强度验算：
自重均布荷载最大弯矩计算公式如下：Mqmax=qL2/8=1.2×0.038×0.82/8=0.004kN•m；
集中荷载最不利分配的最大弯矩计算公式如下：Mpmax=PL/3=1.022×0.8/3=0.273kN•m；
最大弯矩和M=Mqmax+Mpmax=0.277kN•m；
σ=M/W=0.277×106/5080.000=54.527N/mm2<205.000N/mm2，满足要求！
（2）按照横杆自重均布荷载和集中荷载最不利分配两种情况下的挠度和，进行横杆挠度验算：
自重均布荷载最大挠度计算公式如下：Vqmax=5qL4/384EI=5×0.038×8004/(384×2.060×105×121900)=0.008mm；
集中荷载最不利分配的最大弯矩计算公式如下：Vpmax=PL(3L2-4L2/9)/72EI=1022×800×(3×8002-4×8002/9)/72×2.060×105×121900=0.740mm；
最大挠度和V= Vqmax+Vpmax=0.008+0.740=0.748mm<5.333mm（800mm/150），满足要求！
6.2 扣件抗滑力验算
横杆的自重标准值：P1=0.038×0.800=0.030kN；
脚手板的荷载标准值：P2=0.350×0.800×0.800/2=0.112kN；
活荷载标准值：Q=3.000×0.800×0.800/2=0.960kN；
荷载的计算值：R=1.2×(0.030+0.112)+1.4×0.960=1.515kN；
单个扣件抗滑力设计值Rc=8.0kN，R<Rc,扣件抗滑承载力满足要求！
6.3 立杆稳定性验算
（1）每米立杆承受的结构自重标准值为0.179kN/m。
单根立杆承受的轴心压力为NG1=0.179×8=1.432kN（按照搭设高度8m最不利的情况计算）。
（2）脚手板的自重标准值为0.350kN/m2。
单根立杆承受的轴心压力为NG2=0.350×0.800×0.800=0.224kN。
（3）钢筋混凝土及模板永久荷载经计算为14.154kN/m2。
单根立杆承受的轴心压力为NG3=14.154×0.800×0.800=9.059kN。
（4）活荷载标准值为3.0kN/m2。
单根立杆承受的轴心压力为NQ=3.0×0.800×0.800=1.920kN。
（5）单根立杆承受的轴心压力总和：
N=1.2×(NG1+NG2+NG3)+1.4×NQ=1.2×(1.432+0.224+9.059)+1.4×1.920=15.546kN。
（6）立杆的截面回转半径：i=1.58cm；立杆计算长度附加系数k=1.155，立杆计算长度系数查表得u=1.719。
l0=k×u×L0=1.155×1.719×1.15=2.832m，长细比l0/i=179.240，查表得到：轴心受压立杆的稳定系数φ=0.220。
（7）立杆稳定性σ=N/φ×A=15546/0.220×489=144.506N/mm2<205.000N/mm2，满足要求！
6.4 立杆地基承载力验算
（1）由于导流洞洞身围岩强度在30Mpa以上，立杆基础为岩石，地基承载力标准值fgk=30N/mm2，脚手架地基承载力调整系数：kc=0.500；fg=fgk×kc=15.000N/mm2。
（2）按照最不利的情况计算，立杆基础底面作用面积S=48×48=2304mm2，立杆基础底面平均压力p=N/S=15546/2304=6.747N/mm2<15.000N/mm2，承载力满足要求！
7 导流洞“戴帽法”衬砌施工的经济效益和重要意义
（1）“戴帽法”在新疆和田达克曲克水电站导流洞工程施工中的应用取得圆满成功，混凝土共浇筑了12仓，混凝土抗压、抗冻、抗渗等指标均满足规范及设计要求，未出现质量问题和安全事故。
（2）通过“戴帽法”衬砌施工，为其他场面施工提供了条件，导流洞施工同时开展了多个工作场面，解决了工作场面干扰和工人窝工等问题。
（3）通过“戴帽法”衬砌施工，增加了架管、模板、扣件等材料的周转频率，节约了使用成本，同时增加了生产产值，有更多的资金周转使用。
（4）通过“戴帽法”衬砌施工，多个工作场面同时顺利开展，生产效率大幅度提高，生产进度加快，缩短工期约20天左右，进而保证了顺利完成截流节点目标，取得了阶段性的成果。
8 结束语
新疆和田达克曲克水电站导流洞施工后期，通过“戴帽法”衬砌施工对隧洞衬砌的施工工序、施工工艺进行合理的安排与调整，成功的完成了导流洞转弯段的衬砌施工，未发生任何质量问题和安全事故，解决了工人窝工问题，加速了材料周转，创造了产值，节约了成本，加快了施工进度，顺利的完成了截流度汛目标，用实践证明了“戴帽法”衬砌施工的可行性、适用性、经济性，在隧洞衬砌施工方面具有切实可行的借鉴意义和指导作用，针对施工道路单一、转弯段较多的隧洞，必将得到广泛的应用。
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作者简介
张强（1980-），男，重庆铜梁人，本科，高级工程师，长期从事工程项目技术管理，施工管理工作。