湖北水利水电职业技术学院 教师授课教案 课程名称:水利水电工程施工技术 00年至200年第学期第39次课 授课班级:03级水工 编制日期 课题(章节):第十章隧洞工程 10.2隧洞的衬砌与灌浆 传授主要知识点 隧洞衬砌、隧洞灌浆 传授主要技能点 掌握隧洞衬砌的施工方法、程序、特点 掌握隧洞灌浆方法 教学步骤安排:1、复习上节课内容 2、讲述隧洞的衬砌与灌浆施工方法 3、小结本次课内容 授课方式 课堂讲授 2、多媒体演示 3、介绍典型的施工实例 教学手段: 板书、多媒体、相关施工图片 作业布置情况 利用课后习题进行练习,巩固知识,补充习题 课后分析与小结 教师签名 页
教师签名： 第 1 页 湖北水利水电职业技术学院 教 师 授 课 教 案 课程名称：水利水电工程施工技术 200 年至 200 年第 学期第 39 次课 授课班级： 03 级水工 编制日期： 年 月 日 课题（章节）： 第十章 隧洞工程 10. 2 隧洞的衬砌与灌浆 传授主要知识点： 隧洞衬砌、 隧洞灌浆 传授主要技能点： 掌握隧洞衬砌的施工方法、程序、特点 （2）掌握隧洞开挖方法。 掌握隧洞灌浆方法 教学步骤安排： 1、复习上节课内容 2、讲述隧洞的衬砌与灌浆施工方法 3、小结本次课内容 授课方式： 1、课堂讲授 2、多媒体演示 3、介绍典型的施工实例 教学手段： 板书、多媒体、相关施工图片 作业布置情况： 利用课后习题进行练习，巩固知识，补充习题。 课后分析与小结：
第二节隧洞的衬砌与灌浆 隧洞衬砌 隧洞开挖后,为了使围岩不致因暴露时间太久而引起风化、松动或塌落,需尽快进行衬砌或支护 对于水工隧洞来说,衬砌还可以减小糙率,增大隧洞的输水能力。隧洞衬砌是一种永久性的支护,根 据使用材料的不同可分为现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌、混凝土预制块或块石衬砌等。这里仅介绍现 浇钢筋混凝土衬砌。 )混凝土衬砌的分段与分块 由于隧洞一般较长,衬砌混凝土需要分段浇筑。当衬砌在结构上设有永久伸缩缝时,永久缝即可作为 施工缝:当永久缝间距过大或无永久缝时,则应设施工缝分段浇筑,分段长度视断面大小和混凝土浇筑能 力而定,一般可取6~18m。为了提高衬砌的整体性,施工缝应进行处理。分段方式有以下两种: 1、浇筑段之间设伸缩缝或施工缝 各衬砌段长度基本相同,如图11-16所示。可采用顺序浇筑法或跳仓浇筑法施工。顺序浇筑时,一段 浇筑完成后,需等混凝土硬化再浇筑相邻一段,施工缓慢:而跳仓浇筑时,是先浇奇数号段,再浇偶数号 段,施工组织灵活,进度快,但封拱次数多 浇筑段之间设伸缩缝 1-浇筑段:2-缝;3-止水 图11-16 2 c十十2 浇筑段之间设空档 1-浇筑段:2-空档:3-缝:4-止水 图11-1 2、浇筑段之间设空档 如图11-17所示,空档长度1m左右,可使各段独立浇筑,大部分衬砌能尽快完成,但遗留空档的混 凝土浇筑比较困难,封拱次数很多。当地质条件不利、需尽快完成衬砌时才采用这种方式 混凝土衬砌,除了在纵向分段外,在横向还应分块。一般分成顶拱、边墙(边拱)、底拱等四块,如 图118为圆断面衬砌分块示意图。分块接缝位置应设在结构弯矩和剪力较小的部位,同时应考虑施工方 便。分缝处应有受力钢筋通过,缝面亦需进行凿毛处理,必要时还应设置键槽和插筋 教师签名 第_2页
教师签名： 第 2 页 第二节 隧洞的衬砌与灌浆 一、隧洞衬砌 隧洞开挖后，为了使围岩不致因暴露时间太久而引起风化、松动或塌落，需尽快进行衬砌或支护。 对于水工隧洞来说，衬砌还可以减小糙率，增大隧洞的输水能力。隧洞衬砌是一种永久性的支护，根 据使用材料的不同可分为现浇混凝土或钢筋混凝土衬砌、混凝土预制块或块石衬砌等。这里仅介绍现 浇钢筋混凝土衬砌。 （一）混凝土衬砌的分段与分块 由于隧洞一般较长，衬砌混凝土需要分段浇筑。当衬砌在结构上设有永久伸缩缝时，永久缝即可作为 施工缝；当永久缝间距过大或无永久缝时，则应设施工缝分段浇筑，分段长度视断面大小和混凝土浇筑能 力而定，一般可取 6~18m。为了提高衬砌的整体性，施工缝应进行处理。分段方式有以下两种： 1、浇筑段之间设伸缩缝或施工缝 各衬砌段长度基本相同，如图 11-16 所示。可采用顺序浇筑法或跳仓浇筑法施工。顺序浇筑时，一段 浇筑完成后，需等混凝土硬化再浇筑相邻一段，施工缓慢；而跳仓浇筑时，是先浇奇数号段，再浇偶数号 段，施工组织灵活，进度快，但封拱次数多。 图 11-16 图 11-17 2、浇筑段之间设空档 如图 11-17 所示，空档长度 1m 左右，可使各段独立浇筑，大部分衬砌能尽快完成，但遗留空档的混 凝土浇筑比较困难，封拱次数很多。当地质条件不利、需尽快完成衬砌时才采用这种方式。 混凝土衬砌，除了在纵向分段外，在横向还应分块。一般分成顶拱、边墙（边拱）、底拱等四块，如 图 11-18 为圆断面衬砌分块示意图。分块接缝位置应设在结构弯矩和剪力较小的部位，同时应考虑施工方 便。分缝处应有受力钢筋通过，缝面亦需进行凿毛处理，必要时还应设置键槽和插筋
圆形隧洞衬砌断面的分块 1-顶拱:2-边墙:3-底拱 图11-18 隧洞横断面上各块的浇筑顺序是:先浇筑底拱(底板),然后是边墙和顶拱。在地质条件较差时,也 可以先浇筑顶拱,再浇筑边墙和底拱,此时由于顶拱混凝土下方无支托,应注意防止衬砌的位移和变形, 并做好分块接头处的反缝的处理。对反缝,除按一般接缝处理外,还需进行接缝灌浆 (二)隧洞衬砌的模板 隧洞衬砌用的模板,随浇筑部位的不同,其构造和使用特点也不同。 、底拱模板 当底拱中心角较小时,可以不用表面模板,只安装浇筑段两端的端部模板。在混凝土浇筑后,用弧形 样板将混凝土表面刮成弧形即可。当中心角较大时,一般采用悬吊式弧形模板,如图119所示。浇筑前 先立好端部模板和弧形模板桁架,混凝土入仓后,自中间向两边安装表面模板。必须注意,混凝土运输系 统的支撑不要与模板支撑连在一起,以防混凝土运输产生振动,引起模板位移。 4 底拱模板 1-脚手架:2-路面板:3-模板桁架;4-桁架立柱 图11-19 此外,当洞线较长时,常采用底拱拖模,如图11-20,它通过事先固定好的轨道用卷扬机索引拖动,边 拖动边浇筑混凝土,浇筑的混凝土在模板的保护下成型妤后(控制拖动速度)才脱 教师签名 页
教师签名： 第 3 页 图 11-18 隧洞横断面上各块的浇筑顺序是：先浇筑底拱（底板），然后是边墙和顶拱。在地质条件较差时，也 可以先浇筑顶拱，再浇筑边墙和底拱，此时由于顶拱混凝土下方无支托，应注意防止衬砌的位移和变形， 并做好分块接头处的反缝的处理。对反缝，除按一般接缝处理外，还需进行接缝灌浆。 （二）隧洞衬砌的模板 隧洞衬砌用的模板，随浇筑部位的不同，其构造和使用特点也不同。 1、底拱模板 当底拱中心角较小时，可以不用表面模板，只安装浇筑段两端的端部模板。在混凝土浇筑后，用弧形 样板将混凝土表面刮成弧形即可。当中心角较大时，一般采用悬吊式弧形模板，如图 11-19 所示。浇筑前 先立好端部模板和弧形模板桁架，混凝土入仓后，自中间向两边安装表面模板。必须注意，混凝土运输系 统的支撑不要与模板支撑连在一起，以防混凝土运输产生振动，引起模板位移。 图 11-19 此外，当洞线较长时，常采用底拱拖模，如图 11-20，它通过事先固定好的轨道用卷扬机索引拖动，边 拖动边浇筑混凝土，浇筑的混凝土在模板的保护下成型好后（控制拖动速度）才脱模
平台 封头 滑槽 封头 施工播筋 V型拖模构造示意图 (a)后视图 云春扬机 边模骨架千斤顶 滑槽轮架 钢轨 枕木 封头 支墩 600 V型拖模构造示意图 (b)侧视图 模 护罩枕木钢轨 脅架中模 连接板 边模 V型拖模构造示意图 (b)俯视图 图11-20 2、边墙和顶拱模板 边墙和顶拱模板有拆移式和移动式两种。拆移式模板又称为裝配式模板,主要由面板、桁架、支撑及 教师签名 页
教师签名： 第 4 页 图 11-20 2、边墙和顶拱模板 边墙和顶拱模板有拆移式和移动式两种。拆移式模板又称为装配式模板，主要由面板、桁架、支撑及
拉条组成(图1-21)。这种模板通常在现场架立,安装时通过拉条或支撑将模板固定在预埋铁件上,装拆 费时,费用也高。 移动式模板有钢模台车和针梁台车。钢模台车如图11-22所示,主要由车架和模板两部分组成。车架 下面装有可沿轨道移动的车轮。模板装拆时,利用车架上的水平、垂直千斤顶将模板顶起、撑开或放下 当台车轴线与隧洞轴线不相符合时,可用车架上的水平螺杆来调整模板的水平位置,保证立模的准确性。 模板面板由定型钢模板和扣件拼装而成。 400 360 (a) /KM (b) (c) (e) 钢模台车(单位:cm (a)模板构造b)移动状态(c)垂直千斤顶顶起(d水平千斤顶撑开(e)撤走台车 1—车驾2一垂直千斤顶3—水平螺杆 4水平千斤顶5一拼版G一混凝土进入口 图 钢模台车使用方便,可大大减少立模时间,从而加快施工进度。钢模台车可兼作洞内其他作业的工作 平台,车架下空间大,可以布置运输线路。 3、针梁模板 针梁模板是较先进的全断面一次成型模板,它利用两个多段长的型钢制作的方梁(针梁),通过千顶 端固定在己浇混凝土面上,另一端固定在开挖岩面上,其中一段浇筑混凝土,另一段进行下一浇筑面的 准备工作(如进行钢筋施工),如图11-23。 教师签名 页
教师签名： 第 5 页 拉条组成（图 11-21）。这种模板通常在现场架立，安装时通过拉条或支撑将模板固定在预埋铁件上，装拆 费时，费用也高。 移动式模板有钢模台车和针梁台车。钢模台车如图 11-22 所示，主要由车架和模板两部分组成。车架 下面装有可沿轨道移动的车轮。模板装拆时，利用车架上的水平、垂直千斤顶将模板顶起、撑开或放下； 当台车轴线与隧洞轴线不相符合时，可用车架上的水平螺杆来调整模板的水平位置，保证立模的准确性。 模板面板由定型钢模板和扣件拼装而成。 图 11-21 钢模台车使用方便，可大大减少立模时间，从而加快施工进度。钢模台车可兼作洞内其他作业的工作 平台，车架下空间大，可以布置运输线路。 3、针梁模板 针梁模板是较先进的全断面一次成型模板，它利用两个多段长的型钢制作的方梁（针梁），通过千 顶， 一端固定在已浇混凝土面上，另一端固定在开挖岩面上，其中一段浇筑混凝土，另一段进行下一浇筑面的 准备工作（如进行钢筋施工），如图 11-23
FA kE 50 10×1500=1500 1500 针梁模板(单位mm) (a)纵剖面 ①一大梁全长38m由2组×4块组装而成 ②一钢模,全长15m,由10块×1.5m/组装而成 ③3一前支座液压千斤顶,2×50与大梁螺栓连接,平底 ④4一后支座液压千斤顶2×50与大梁螺栓连接,弧底 ⑤一前抗浮液压千斤顶平台,2×30有轨行走,平顶 ⑥一后抗浮液压千斤顶平台,2×35有轨行走,弧顶 ⑦一行走装置系统 针梁模板(单位mm (b)AA剖面 ⑦一行走装置系统 ⑧8—混凝土衬砌,设计厚度40cm200号 ⑨一大梁的梁框,其与钢模是一体0—装在梁框下的轮子,供钢模行走用8个 2—手动螺栓千斤顶供伸缩边模用3-手动螺栓千斤顶.供伸缩顶模用 14—大梁上下共4条铜轨、供有轨行走使用s千斤顶定位螺栓,22根 图11-22针梁模板 (a)纵剖面图b)A-A剖面单位:mm) (三)钢筋施工 衬砌混凝土内的钢筋,形状比较简单,沿洞轴线方向变化不大,但在洞中运输和安装比较困难。钢筋 安装前,应先在岩壁上打孔安插架立钢筋。钢筋的绑扎宜采用台车作业,以提高工效 (四)混凝土浇筑 模板、钢筋、预埋件、浇筑面淸洗等准备工作完成后,即可开仓浇筑衬砌混凝土。由于洞内工作面 狭小,大型机械设备难以采用,所以混凝土的入仓运输一般以混凝土泵为主。图11-23为用混凝土泵浇筑 边墙和顶拱的布置示意图 教师签名 6页
教师签名： 第 6 页 图 11-22 针梁模板 （a）纵剖面图 （b）A－A 剖面 （单位：mm） （三）钢筋施工 衬砌混凝土内的钢筋，形状比较简单，沿洞轴线方向变化不大，但在洞中运输和安装比较困难。钢筋 安装前，应先在岩壁上打孔安插架立钢筋。钢筋的绑扎宜采用台车作业，以提高工效。 （四）混凝土浇筑 模板、钢筋、预埋件、浇筑面清洗等准备工作完成后，即可开仓浇筑衬砌混凝土。由于洞内工作面 狭小，大型机械设备难以采用，所以混凝土的入仓运输一般以混凝土泵为主。图 11-23 为用混凝土泵浇筑 边墙和顶拱的布置示意图
89 5 寺种 用混凝土泵浇筑边墙和顶拱的布置图 斗车2—机车3一皮带机4一混凝土泵5—水平导管 6—支架了—轧钢筋用脚手架8—模板9一尾管 10一混凝土斗11—混凝土泵 图 浇筑边墙时,混凝土由边墙模板上预留的“窗口”送入。两侧边墙的混凝土面应均衡上升,以免一侧 受力过大使模板发生位移。浇筑顶拱时,混凝土由模板顶部预留的几个窗口送入,顺隧洞轴线方向边浇边 退,直至浇完一段。如相邻段的混凝土已浇而无处可退时,则应从最后一个窗口退出,最后一个窗口拱顶 处的混凝土浇筑,称为封拱。在最后一个窗口浇筑时,由于受到已浇段的限制,要想将混凝土送到拱顶处 则异常困难。封拱的目的是使衬砌混凝土形成完整的拱圈 用混凝土泵浇筑边墙和顶拱是隧泂混凝土衬砌最有效的方法。封拱时,在输送混凝土的导管末端接上 冲天尾管,垂直穿过模板伸入仓内,如图11-24所示。尾管的位置应根据浇筑段长度和混凝土扩散半径来 定,其间距一般为4-6m。尾管出口与岩面的距离原则上是越近越好,但应保证压出的混凝土能自由扩散 般为20cm左右。封拱时为了排除和调节仓内空气、检査拱顶填充情况,可以在浇筑面最高处设置通气 管。在仓中央部位还需设置进人孔,以便进入仓内进行必要的辅助工作 ∵、22450 2 150H 用混凝土泵封拱的布置 1—垂直尾管2—通混凝土泵3—支架 图11-24 教师签名 7页
教师签名： 第 7 页 图 11-23 浇筑边墙时，混凝土由边墙模板上预留的“窗口”送入。两侧边墙的混凝土面应均衡上升，以免一侧 受力过大使模板发生位移。浇筑顶拱时，混凝土由模板顶部预留的几个窗口送入，顺隧洞轴线方向边浇边 退，直至浇完一段。如相邻段的混凝土已浇而无处可退时，则应从最后一个窗口退出，最后一个窗口拱顶 处的混凝土浇筑，称为封拱。在最后一个窗口浇筑时，由于受到已浇段的限制，要想将混凝土送到拱顶处 则异常困难。封拱的目的是使衬砌混凝土形成完整的拱圈。 用混凝土泵浇筑边墙和顶拱是隧洞混凝土衬砌最有效的方法。封拱时，在输送混凝土的导管末端接上 冲天尾管，垂直穿过模板伸入仓内，如图 11-24 所示。尾管的位置应根据浇筑段长度和混凝土扩散半径来 定，其间距一般为 4~6m。尾管出口与岩面的距离原则上是越近越好，但应保证压出的混凝土能自由扩散， 一般为 20cm 左右。封拱时为了排除和调节仓内空气、检查拱顶填充情况，可以在浇筑面最高处设置通气 管。在仓中央部位还需设置进人孔，以便进入仓内进行必要的辅助工作。 图 11-24
用混凝土泵封拱的步骤如下: 1)当混凝土浇筑到拱顶处时,撤出工人和浇筑设备,封闭进人孔 2)增大混凝土坍落度至1416cm左右,同时加大混凝土泵的输送速度,保证仓内混凝土的连续供应 3)当通气管开始漏浆,说明拱顶处已经填满,可停止输送混凝土,将尾管上包住预留孔眼的铁箍去 掉(图11-25),在孔眼中插入钢筋,防止混凝土下落,然后拆除混凝土导管: 4)拱顶拆模后,将露在外面的导管用氧气割去,并用砂浆抹平。 5 (b) 垂直尾管上的孔眼 (a)浇筑时的情况b)导管拆除后的情况 尾管 2一导管3—直径2~3cm的孔眼 4—铁皮 5—插入孔眼中的钢筋 图11-25 二、隧洞灌浆 隧洞灌浆有回填灌浆和固结灌浆两种。回填灌浆目的是瑱塞围岩与衬砌之间的空隙,确保衬砌对围岩 的支承,防止围岩变形;固结灌浆的目的是加固围岩,提高围岩的整体性和强度。 为了节省钻孔工作量,防止钻孔时切断钢筋,灌浆前要在衬砌中预埋灌浆管,直径为38-50mm。 回填灌浆孔一般只布置在拱顶中心角120范围内。固结灌浆孔则应根据需要布置在整个断面四周。灌 浆孔沿隧洞轴线每2~4m布置一排,各排孔位呈梅花形布置。此外,还应根据规范要求布置一定数目的检 查孔。 隧洞灌浆必须在衬砌混凝土达到一定强度后才能进行。回填灌浆可在衬砌混凝土浇筑两周后安排进 行,固结灌浆可在回填灌浆一周后进行。灌浆时应先用压缩空气清孔,然后用压力水淸洗。灌浆在断面上 应自下而上进行,以充分利用上部管孔排气;在轴线方向应采用隔排灌注、逐渐加密的方法。 为了保证灌浆质量,必须严格控制灌浆压力。对回填灌浆,无压隧洞第一序孔压力可采用0.1-03MPa, 有压隧洞第一序孔用0.2~04MPa;第二序孔可增大1.5~2倍。固结灌浆压力应比回填灌浆压力高一些,以 灌实围岩裂缝,但压力不能太高,防止衬砌结构破坏 教师签名 第_8页
教师签名： 第 8 页 用混凝土泵封拱的步骤如下： 1）当混凝土浇筑到拱顶处时，撤出工人和浇筑设备，封闭进人孔； 2）增大混凝土坍落度至 14~16cm 左右，同时加大混凝土泵的输送速度，保证仓内混凝土的连续供应； 3）当通气管开始漏浆，说明拱顶处已经填满，可停止输送混凝土，将尾管上包住预留孔眼的铁箍去 掉（图 11-25），在孔眼中插入钢筋，防止混凝土下落，然后拆除混凝土导管； 4）拱顶拆模后，将露在外面的导管用氧气割去，并用砂浆抹平。 图 11-25 二、隧洞灌浆 隧洞灌浆有回填灌浆和固结灌浆两种。回填灌浆目的是填塞围岩与衬砌之间的空隙，确保衬砌对围岩 的支承，防止围岩变形；固结灌浆的目的是加固围岩，提高围岩的整体性和强度。 为了节省钻孔工作量，防止钻孔时切断钢筋，灌浆前要在衬砌中预埋灌浆管，直径为 38~50mm。 回填灌浆孔一般只布置在拱顶中心角 120º范围内。固结灌浆孔则应根据需要布置在整个断面四周。灌 浆孔沿隧洞轴线每 2~4m 布置一排，各排孔位呈梅花形布置。此外，还应根据规范要求布置一定数目的检 查孔。 隧洞灌浆必须在衬砌混凝土达到一定强度后才能进行。回填灌浆可在衬砌混凝土浇筑两周后安排进 行，固结灌浆可在回填灌浆一周后进行。灌浆时应先用压缩空气清孔，然后用压力水清洗。灌浆在断面上 应自下而上进行，以充分利用上部管孔排气；在轴线方向应采用隔排灌注、逐渐加密的方法。 为了保证灌浆质量，必须严格控制灌浆压力。对回填灌浆，无压隧洞第一序孔压力可采用 0.1~0.3MPa， 有压隧洞第一序孔用 0.2~0.4MPa；第二序孔可增大 1.5~2 倍。固结灌浆压力应比回填灌浆压力高一些，以 灌实围岩裂缝，但压力不能太高，防止衬砌结构破坏