提高针梁式台车小断面隧洞衬砌质量

顾耀民 于海伟 田建林

(1.宁夏水务投资集团有限公司,宁夏 银川 750002；2.中铁隧道集团一处有限公司，四川 重庆 401123)

提高针梁式台车小断面隧洞衬砌质量

顾耀民1于海伟2田建林1

(1.宁夏水务投资集团有限公司,宁夏 银川 750002；2.中铁隧道集团一处有限公司，四川 重庆 401123)

针对长距离小断面隧洞混凝土衬砌施工的特点，项目法人宁夏水务投资集团有限公司组织参建各方结合实际情况对隧洞针梁式台车衬砌施工开展了关键技术研究。通过加强管理和QC小组活动，从止水带安装、立模、混凝土拌制、混凝土浇筑振捣等环节入手，优化马蹄形断面、整体式隧洞衬砌施工工艺，从理论和实践的结合上系统地解决了针梁式台车在小断面隧洞中因缺乏针梁式台车衬砌施工经验而造成的施工质量不理想问题，提高了施工质量，达到一次性通过验收的目的，避免返工、修复，降低施工成本，为今后类似工程积累了宝贵经验，具有较高的推广应用价值和广阔的应用前景。

引水隧洞；针梁台车；外观质量

1 工程概况

宁夏固原地区(宁夏中南部)城乡饮水安全水源工程是将宁夏固原地区南部六盘山东麓雨量较多、水量相对较丰沛的泾河流域地表水，经拦截、调蓄，向北输送到固原中北部干旱缺水地区的区域性水资源优化配置工程，线路总长75.24km。

研究标段为宁夏固原地区(宁夏中南部)城乡饮水安全水源工程2号(胭脂川)隧洞施工，为Ⅲ等中型工程，位于泾源县香水镇境内龙潭水库—中庄水库段的17+306～21+916处，隧洞净长4610m。工程范围包括输水隧洞、进口连接段、出口连接段、水保工程及其他临时工程。

2 小组概况

2014年6月20日， 提高针梁式台车小断面隧洞衬砌质量QC小组成立，由10人组成，自成立以来共开展活动6次，全组成员接受TQC基础教育平均50h。

3 选题理由

3.1 客观方面

2号(胭脂川)隧洞属宁夏中南部城乡饮水安全水源工程的节点工程，施工质量关系自治区民生；确保隧洞衬砌内实外美，打造精品工程，树立良好企业形象。

3.2 施工需要

解决目前隧洞衬砌存在的问题(施工缝渗水、露筋、施工冷缝、麻面、底板气泡、错台等)，避免修补、返工带来的损失，同时为水源二期提供经验借鉴。

3.3 提高质量

因缺乏针梁式台车衬砌施工经验，施工质量不理想，通过加强管理和QC小组活动，从止水带安装、立模、混凝土拌制、混凝土浇筑振捣等环节入手，优化马蹄形、小断面、整体式隧洞衬砌施工工艺，解决施工问题，提高施工质量，达到一次性通过验收的目的，避免返工、修复，降低施工成本，为今后类似工程积累宝贵经验。

4 现状调查

2号(胭脂川)隧洞全隧衬砌断面为马蹄形，采用C25 F100W10钢筋混凝土，衬砌完成后净断面为2.30m×2.45m,由于隧洞断面小、工期较紧，采用3台9m针梁式台车进行全环(底板、边墙、拱顶)衬砌混凝土一次浇筑成型。现场抽取2个月(5月、6月)浇筑成型的衬砌断面进行统计，统计结果见表1～表2和图1。

表1 125组衬砌外观质量缺陷统计结果

图1 衬砌外观质量缺陷情况

序号外观质量缺陷频数/次频率/%累计频率/%1施工缝渗水1632322麻面1530623底板气泡714764露筋510865错台510966施工冷缝241007总计50100

从图2可以看出，施工缝渗水、麻面、底板气泡占问题累计频率76%，是影响隧洞衬砌外观质量缺陷的主要方面，应该重点解决。

图2 隧洞衬砌外观质量缺陷情况排列

5 设定目标及可行性分析

5.1 设定目标

根据衬砌施工实际情况，经现场调查统计，统计里程段具有一定的代表性，施工缝渗水、麻面、底板气泡为影响衬砌外观质量缺陷的主要原因，在125组衬砌中共有38点主要外观质量缺陷，比例为30.4%。通过查阅相关资料，结合项目实际情况，制定了如下目标：通过采取有效措施将衬砌外观质量缺陷比例降低至18%(见图3)。

图3 目标确定柱状图

5.2 可行性分析

5.2.1 施工缝渗水

止水带安装时增设一环向定位钢筋，定位钢筋位于端头处两层衬砌钢筋中间，U型卡焊在定位钢筋上，用U型卡将止水带牢固固定在定位钢筋上，止水带搭接处长度不小于10cm，将止水带接头处削平、戳毛，均匀涂抹胶水，最后将接头黏结在一起，对接头用自制夹板进行牢固固定，防止接头因强度不够而移位或扯断，影响最终的止水效果。

在渗水段用弹性较好的两布一膜复合式土工布进行防水，土工布将纵向盲管进行反向包裹，钢筋架设采用两端固定、中间支撑方式，不破坏土工布，确保土工布松弛合适。

为减少涌水侧压，避免出现出水点较多或有股状出水，在每组二衬距伸缩缝0.50m的位置设置一环向φ50透水盲管，二衬中间每2m设置一环。

采用双堵头模板将止水带夹住固定，止水带外露，保证止水带的中心线和伸缩缝重合。

5.2.2 麻面

在浇筑过程中，上料人员为了能顺利通过输送泵送料，在未经试验人员允许的情况下私自加生水，造成衬砌后的混凝土局部出现麻面现象，试验室通过调整，每次开仓前，由试验人员进行全程旁站监理，严格按照配合比进行拌料，尽量减少出现麻面的现象。

由于模板台车是一次浇筑成型的，在浇筑的过程中，由于振捣不密实造成衬砌后的混凝土局部有气泡的现象，通过实际调整，打开模板台车底板的送料窗口，增加振捣器进行连续振捣，使混凝土密实，尽量减少底板出现气泡的现象。

项目法人及现场管理机构对本课题非常重视，从资金和实施过程上给予大力支持，由业主组织监理施工单位相关技术人员对整个工程各标段进行参观学习，借鉴类似工程及相关兄弟单位有效经验，通过会议研究，为减少蜂窝、麻面等缺陷提供技术支持。

5.2.3 混凝土质量

现场试验人员加大试验力度，由业主试验室对现场试验配合比进行复核，试验过程进行全面指导，在确保混凝土入仓坍落度要求的同时确保混凝土自身质量。

6 原因分析

通过广泛的现场调查，结合该工程的实际情况，在业主、监理参与下，QC小组在项目部会议室召开了全体成员会议，小组成员积极讨论、集思广益，采用头脑风暴法，分析出了造成衬砌施工出现混凝土外观质量缺陷的原因，绘制了原因分析因果图(见图4)。

图4 隧洞衬砌外观质量缺陷原因分析因果

7 要因确认

QC小组根据原因分析因果图，对产生隧洞衬砌外观质量缺陷的各个因素进行了分析，见表3。

表3 要因确认计划

要因确认一：培训教育不到位。

确认过程：一是现场查看作业人员操作情况，作业人员具备一定的操作技能和施工经验，现场操作熟练。二是查看培训记录，衬砌作业人员教育培训考核成绩优良，优良率达90%以上。

结论：培训教育不到位不是要因。

要因确认二：没有按照技术交底进行施工。

确认过程：一是现场询问作业人员，50%以上人员对隧洞衬砌外观质量无深刻理解，质量意识不强。二是为方便衬砌施工，作业人员对渗水集中地段没有系统地按要求进行堵排，造成局部存在渗水的情况；在模板台车定位前，没有安装M30砂浆垫块，造成局部存在露筋的情况；作业人员在运料过程中，为图罐车清理与卸料方便，未经试验人员允许，在混凝土中私自加生水，造成局部存在麻面的情况；因衬砌断面小，模板台车浇筑时，底板混凝土附着式振捣不密实，气体不易挥发，造成底板局部存在气泡的情况；因模板台车刚度不够，模板台车出现变形的现象，加上测量过程中存在一些误差，造成局部出现错台的情况；在混凝土浇筑过程中，因罐车损坏、输送泵堵管等客观原因，造成在浇筑过程中不能连续进行施工，致使出现施工冷缝的现象。

结论：没有按照技术交底进行施工是要因。

要因确认三：操作人员责任心不强。

确认过程：一是现场操作人员分工明确，各司其职。二是拌料时严格按照配合比进行，由试验人员进行全过程旁站。三是施工工序完成后，由质检人员进行工序验收，加强施工质量的过程控制。

结论：操作人员责任心不强不是要因。

要因确认四：材料紧缺。

确认过程：一是原材料供应紧张，批次多，批量小，供货能力不满足要求，需严格控制原材料的进场。二是不合格的材料严禁使用。

结论：材料紧张不是要因。

要因确认五：机械耽误。

确认过程：一是加强对机械设备的定期保养，确保施工正常。二是加强施工人员对机械设备的正确使用，增强责任心。

结论：机械耽误不是要因。

要因确认六：施工工艺不成熟。

确认过程：一是没有经常与其他施工单位沟通，吸取好的施工方法。二是作业人员分工不明确，责任心不强。

结论：施工工艺不成熟是要因。

要因确认七：更换配合比，根据含水率及时调整配合比参数

确认过程：一是开始衬砌时，没有确定下来最优配合比，由于降雨及供货批量小、批次多等因素影响，日常拌和时检验不到位，参数未及时调整，配合比未及时进行含水率折减。二是按配合比拌料时，将河砂替换成机制砂。

结论：更换配合比是要因。

要因确认八：洞内环境恶劣。

确认过程：一是增加通风机，确保洞内施工环境。二是工作面能见度好，不影响施工进行。

结论：洞内环境恶劣不是要因。

通过要因确认，得到了影响衬砌外观质量的要因：没有按照技术交底进行施工；施工工艺不成熟；更换配合比，根据现场材料含水率，实时调整配合比参数。

8 制定对策

根据要因确认计划表所确定的主要原因，QC小组采取的对策见表4。

表4 采取的对策

续表

9 对策实施

在整个QC小组的活动中，主要按照以下的实施步骤进行：

实施一：严格按照技术交底进行施工

由项目经理和总工组织召开质量技术专题会议，对作业人员进行质量意识教育，使他们认识到混凝土衬砌外观质量缺陷直接影响到后续施工是否需要修补、是否增加施工成本等一系列问题，混凝土衬砌外观质量缺陷必须作为源头进行有效控制；①组织作业人员学习双堵头模板、两布一膜复合式土工布、U型卡、止水带等的操作要点要求，深刻认识止水带等防排水系统对渗水段衬砌施工质量的重大影响，规范施工行为，进行标准化施工；②组织作业人员学习在钢筋保护层厚度不够的情况下，增设M30预制砂浆垫块对衬砌后的外观是否露筋有多大影响；③组织作业人员学习在拌制混凝土时，严格按照施工配合比，不往混凝土里加生水，衬砌外观出现蜂窝、麻面的现象将会大大降低；④组织作业人员学习在浇筑过程中加强混凝土的振捣，灌注窗口全部打开，先底板后边墙窗口进料，插入式和附着式振捣器联合振捣，使混凝土密实，出现气泡的现象将越来越少；⑤组织培训教育，增强作业人员的责任心，爱护机械设备，及时保养，严格按照配合比进行施工，就会避免因浇筑不连续等原因出现施工冷缝的情况；对混凝土衬砌外观质量缺陷控制要点进行讲解、分析，提高施工质量，在施工中与实际操作相结合，不断提高衬砌施工的水平。结合现场实际情况，采用PDPC法(见图5)，提高工序验收合格率。

图5 保证验收合格率达90%以上的PDPC预案

实施二：深入了解针梁式台车衬砌施工方法，优化施工工艺

深入了解、学习针梁式台车衬砌施工方法，学以致用，优化施工工艺，由项目总工进行技术培训和指导，机械总工负责机械设备的安全操作培训。

到其他施工单位观摩学习，吸取他们的施工优点，优化自身不成熟的施工工艺，多查阅有关资料，加强沟通，深入进行交流。

由质检员进行现场监督，加强工序过程控制，确保施工质量。

实施三：优化配合比

根据有资质单位出具的理论配合比，通过试验室多次试配、业主试验室复核，选定最优、最经济的配合比，试验人员现场加强指导，及根据原材料含水率变化调整配合比参数，控制因配合比的原因出现的混凝土衬砌外观质量缺陷。

10 效果验证

QC小组按照各项对策进行实施，隧洞混凝土衬砌外观质量缺陷得到了有效控制。2014年 9月10日—10月31日，统计了已完成的116组衬砌外观质量，见表5。

表5 116组衬砌外观质量缺陷统计

10.1 预期目标

通过QC小组活动，将混凝土衬砌外观质量缺陷比例控制在了16.4%以内，达到了预期的目标(见图6)。

图6 活动前后效果对比

10.2 技术效益

通过QC小组活动对隧洞衬砌外观质量缺陷进行了有效的控制，较好地解决了因衬砌外观质量缺陷造成的影响，确保了施工安全和质量。

10.3 经济效益

隧洞衬砌外观质量缺陷得到了有效控制，减少了后期修补，降低了施工成本。

11 制定巩固措施

加强对衬砌后混凝土的养护工作，合理安排时间保养机械，确保正常使用，使衬砌施工正常进行；施工过程中加强现场监督指导，对衬砌外观质量缺陷等问题开展研究，通过调查和分析确定影响衬砌施工的主要原因，吸取好的施工工艺，研究形成一套控制隧洞衬砌外观质量缺陷的方法；项目法人单位邀请水工隧洞专家进行现场技术指导，加强过程控制，保证衬砌外观质量；保证洞内通风效果，改善洞内作业环境。

12 结 语

经过QC小组成员共同努力，有效控制了隧洞衬砌外观质量缺陷，解决了施工中的难题，较好地完成了预期目标，提高了解决实际问题能力， QC小组成员的素质也得到了提高。

Improvement of Small Section Tunnel Lining Quality of Needle Girder Trolley

GU Yaomin1, YU Haiwei2, TIAN Jianlin1

(1.NingxiaWaterInvestmentGroupCo.,Ltd.,Yinchuan750002,China;2.ChinaRailwayTunnelGroupNo. 1DepartmentCo.,Ltd.,Chongqing401123,China)

The project legal person, Ningxia Water Investment Group Co., Ltd. organizes cooperated-construction parties to study key technologies aiming at lining construction of tunnel needle girder trolley by combining with the actual situation according to the characteristics of long distance and small section tunnel concrete lining construction. The construction technology of horseshoe-shaped section and integrated tunnel lining is optimized through strengthening management and QC group activities from the links of water stop installation, formwork, concrete mixing, concrete pouring and vibrating, etc. Theory is combined with practice for systematically solving the problem of unsatisfactory construction quality due to insufficient lining construction experience of needle girder trolley when the needle girder trolley is used in small section tunnels. The construction quality is improved, and the purpose of passing acceptance by one time is reached. Rework and repair are avoided, thereby reducing construction cost and accumulating precious experience for similar projects in the future. The technology has higher popularization and application value as well as broad application prospects.

water diversion tunnel; needle girder trolley; appearance quality

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.06.003

TV554

A

1673-8241(2017)06- 0011- 07