水利工程隧洞混凝土衬砌施工技术分析

引言：隧洞作为水利工程泄洪、导流等关键功能发挥的基础建筑物，其运营安全与整个水利系统效益发挥息息相关。然而，不容忽视的是，隧洞工程建设往往会面临复杂的地势环境，不仅需要穿越断层、破裂带等不良地质区域，而且在隧洞开挖完毕后，岩体初始应力平衡也会被打破，使得围岩应力重新分布，加大变形、坍塌等安全隐患发生的可能。为切实解决上述难题，切实提升水利工程隧洞耐久性，加强对隧洞砼衬砌施工技术的应用尤为关键。

一、水利隧洞混凝土衬砌的多维作用

（一）是稳固围岩的刚性支撑

围岩开挖会使得围岩初始应力平衡被打破，后期受自重应力、地下水压力等多重因素协同影响，围岩极易出现失稳变形等问题，而混凝土衬砌作为刚性支撑结构，便可通过与围岩“直接”接触，快速将压力均匀分散到稳定地层中，客观程度上限制围岩位移进程[1]。

（二）是提升输水效率的重要保障

光滑且平整的衬砌表面可辅助糙率大幅降低。根据曼宁公式显示，衬砌后隧洞糙率由初期 0.03⋅0.04 降低到现如今的 0.012⋅0.014 ，水头损失就会相应减少近 30% 左右，助力输水效率全方位提升。以南水北调中线工程某段输水隧洞为例，在借助钢模台车完成混凝土衬砌后，隧洞过水能力较初期未补齐前相比就顺利提升了 22% ，平均每年可多运送约1500 万 m³ 的水资源，在切实保障沿线城市用水需求方面发挥着至关重要的作用。

（三）是抵御地下水侵袭的牢固防线

地下水渗漏亦属于威胁隧洞正常运行的常见问题，而混凝土衬砌工作便可借助材料特性以及构造措施形成复合且多元的防渗体系。如在覆水地层施工中，可借助抗渗等级约为 p8 左右的砼配合止水带等构造措施，确保衬砌渗透系数顺利降低至10^-8 −. 10^-9cm/s ，最大程度避免因渗漏问题而导致的衬砌背后空洞等次生灾害发生。

二、水利工程隧洞混凝土衬砌施工关键技术措施-以某工程为例

（一）工程概况

某水利工程是一项集发电、防洪等多功能为一体的超大型基础设施项目，其输水隧洞全长约 公里，洞径 6.8m ，设计标准流量每秒可达 80m³ 。经实地勘验调查，隧洞沿线地质条件十分复杂，需要穿越四条断层破裂带，三处覆水地层，且部分洞段还位于高地应力区域，给整体的砼衬砌施工工作带来了较为巨大的难题。其中，断层破裂带区域岩体破碎，稳定性极差，如若操作不当，极易在施工期间出现塌方、涌水等险情，覆水地层区域因地下水丰富，其水压相对较高。为此，整体的施工难度也相对较大。如若处理不当，也极易发生突水事故。

（二）砼衬砌施工关键技术措施及应用要点

为最大程度避免因二次施工问题而带来的结构安全隐患，案例工程计划以系统性思维，统筹对施工各流程进行规划，将模板、钢筋、混凝土浇筑、施工缝变形缝处理、养护等各个独立环节看作有机整体，通过各个环节紧密衔接，确保施工效果更佳。

1.模板工程施工技术

作为砼衬砌根基，模板工程会直接对衬砌外观品质以及施工效率造成决定性影响。模板选型环节，为保障工作效率，需统筹对隧洞尺寸、隧洞形状以及地质条件等因素进行考虑，择优在钢模板、木模板以及组合模板中，选择匹配度最佳的模板。以案例工程为例，在细致化分析现实需求后，案例工程就计划择优选用全断面液压钢模板，并统一将其长度设置为 12m ，确保既能够保障工程进度更为可控，亦能够在隧洞内灵活的操作及周转；模板安装环节则加强对精度控制的重视，充分借助激光全站仪等设备，以此为“媒”，快速完成精准定位，进而有效保障模板轴线偏差能够 <5mm ，高程误差时刻≤±3mm ；最后模板脱模环节则计划充分利用液压系统缓慢对模板进行抬升，避免受脱模速度过快影响，而致使强大拉力生成，加大砼表面拉裂等问题出现的可能[2]。

2.钢筋工程施工技术

作为衬砌结构关键组成“因子”，钢筋加工质量以及安装质量亦会对衬砌承载能力以及衬砌耐久性造成明显的影响。

为保障钢筋工程施工效果更为理想，案例工程最终决定采用预制化实践手段，在隧洞外专业加工厂集中对钢筋进行加工，并为其内部配备数字化程度较高的数控钢筋加工设备，通过成熟的计算机程序控制算法介入，确保能够精确且高效的完成钢筋调直、钢筋切断以及钢筋弯曲等工作，保障钢筋加工精度更强。加工完毕之后，通过专业运输车辆将其转运至施工现场，并在运输期间通过专用支架分隔、防雨毡布覆盖等手段，保障加工钢筋不会受损。现场安装环节，则积极采用定位架+梅花形绑扎融合施工工艺，预先借助定位架，对钢筋空间位置进行确定，进而有效保障环向主筋纵向钢筋间距能够分别被控制为 22cm 、25cm，从而形成稳固性较强的钢筋网片骨架。紧接着，便可借助双股铁丝对钢筋交叉点实现梅花形捆绑，并将绑扎丝头全部压入钢筋内侧，避免受丝头外露的影响，而致使混凝土外观以及混凝土结构性能受到不良影响。至于钢筋连接工作，则采用直螺纹套筒连接法，连接推进环节统一使用力矩扳手，并逐一对接头拧紧力完成检查，有效保障所有钢筋接头拧紧力均能够时刻 >260N∙m ，后续不会因拧紧力不足，而致使连接效果大打折扣，无法为砼衬砌工程结构安全奠定扎实基础。

3.混凝土浇筑技术

此环节作为施工核心环节，对于衬砌内在质量有着决定性影响。首先，考虑到混凝土配合比设置属于性能呈现的重要因素，会直接对隧洞补砌强度造成影响。为此，在设计混凝土配合比期间，要严格基于工程现实使用状况以及设计需求精准对混凝土强度抗冻抗渗等级进行明确。紧接着，还要通过正交试验法等措施，进一步对于各个原材料的最佳介入比例进行确定，以本工程为例，由于本工程要求混凝土强度等级 C30，为此经反复多次实验，在统筹分析混凝土性能以及混凝土成本后，最终就决定依据下表1 的混凝土配合比设计思路，实现配合比设置。并辅助添加适量粉，煤灰以及减水剂，进而有效保障混凝土各项指标均能够与设计要求高度一致。

配比设计完毕后，便将关注重点放在运输环节上，使用专业搅拌运输车，持续不间断的完成搅拌工作，保障混凝土在运输期间，亦能够保持最为理想的和易性及稳定塌落度。

浇筑则严格遵循先拱顶→后边坡 $$ 最后底板的施工实践原则，分层次落实浇筑工作，并积极对单层浇筑厚度进行控制，有效保障单层浇筑厚度 <50m ，进而有效保障后续能够通过工作的层层递进，为混凝土更好地振捣密实提供便利，严防受单次浇筑过厚的影响，而致使后续振捣不充分等尴尬问题发生。振捣过程，一方面为持续强化具体的振捣输出效果，案例工程决定应用插入式振捣棒，并严格对振捣时间进行控制，确保其能够合理介于 20s 至 30s 区间，不会受振捣时间过短的影响，而致使混凝土无法充分密实，也不会受振捣时间相对较长的影响，而致使混凝土出现离析等状况，影响其均匀性，为后续工程质量问题的出现埋下重要隐患。另一方面，还决定择优采用插入式振捣棒完成振捣工作，并实时对插入间距进行控制，确保其时刻小于作用半径的1.5 倍，通过有效且合理的插入间距控制，确保振捣力更加均匀的被传递到混凝土各个部位之中，从根本上杜绝漏振等问题，切实保障最终砼整体振捣密实度高度一致[3]。

4.施工缝、变形缝处理技术

施工缝与变形缝是渗漏高发部位，其处理质量对隧洞防水性能的呈现有着决定性影响。为保障施工处理效果更佳，案例工程决定具体问题、具体分析，对上述两类缝隙实施因地制宜的处理方案。其中，施工缝统一采用企口缝形式，利用其特殊的结构构造助力渗水路径延长，并在下层混凝土浇筑期间提前实现宽度 28～30cm ，厚度 3mm 的止水钢板预埋，并进一步对搭接长度进行控制，有效保障后续能够凭借止水钢板以及混凝土的紧密咬合，形成第一道扎实的止水防线。至于变形缝，则从外侧入手，积极在其内部嵌入弹性较高且具有强粘结性的双组分聚硫密封胶，并严格基于缝宽数值，动态化对密封胶填入用量进行调整，如：缝宽实测值为 1.5m 时，密封胶每延米用量设置为0.00036m³ ，缝宽实际数值为2.0m时，每延米变形缝密封胶用量适时增加，变为 0.0004m³ ，确保后续在顺利填充满后，能够凭借密封胶优质的弹性形变功能，助力变形缝抗渗性能大幅度提升。

5.养护技术

及时的养护措施是保障砼强度持续稳健增长的关键。此案例工程计划采用土工布覆盖+洒水养护融合措施。一方面，在砼浇筑完成60至120分钟内，立即采用规格为 200g/ rm2土工布对补砌表面实现全范围覆盖，从而快速构建强保湿环境，最大程度减少水分蒸发等问题。另一方面，则配备专业养护人员，严格参照温度、湿度监测数据，制定因地制宜的洒水方案。在日均气温25℃的环境背景下，每三个小时进行一次全范围洒水工作，并将单次洒水控制量有效控制在每平方米0.8 升。当气温明显高于 25^∘C ，则适时增加洒水频率，每一小时进行一次洒水工作，时刻保障湿度时刻 。

结论：综上所述，隧洞砼衬砌技术在保障隧洞结构安全、优化水流性能方面有着无可替代的作用，已然成为提升水利工程隧洞质量以及耐久性的关键技术支撑。文章通过对隧洞砼衬砌施工要点的研究，便可通过模板、钢筋、浇筑工艺、养护措施等多工序齐抓，最大程度减少施工质量缺陷问题出现的可能，并为砼强度增长创造优质条件，值得被同类工程广泛的借鉴与参考。

参考文献：

[1]闫利杨.引绰济辽工程输水工程隧洞段混凝土衬砌施工技术分析[J].浙江水利水电学院学报，2024，36（04）：61-65.

[2]李云鹏.水利工程建设施工中混凝土衬砌渠道防渗漏技术的运用[J].工程建设与设计，2023，（20）：204-206.

[3] 周建兴. 水利工程输水隧洞施工开挖混凝土衬砌技术[J]. 农业科技与信息，2022，（07）：120-121.