储存环隧道结构综合施工技术

高能同步辐射光源项目储存环隧道为整个装置的核心。储存环隧道为超长环形结构（图1），储存环隧道是承担科研试验的最重要部分，隧道内束流线周长1 360.4 m，隧道外周长1 381.6 m。其中测量功能、微振动指标和防辐射功能成为重点攻克的难题。图1 高能同步辐射光源装置平面示意1 无干扰准直桩储存环隧道内设4根提供测量功能的准直桩。准直桩为基岩桩：桩径1.0 m，桩长约66.15~84.53 m，桩身混凝土强度为C 35，无干扰长度40 m，要求入微风化岩≥1.0 m，其构造形式如图2所示。图2 准直桩构造示意准直桩桩身采用旋挖钻成孔,水下注浆进行施工；上部无干扰部分采用40 m双套筒与隧道底板及土壤隔离，双套筒采用Q 235 B普通钢板制作，外筒壁厚25 mm，内筒壁厚16 mm。钢套筒除锈等级Sa 2.5，防腐涂料为富锌底涂料70 μm，环氧云铁中间层涂料110 μm（2遍），环氧、聚氨酯、丙烯酸环氧、丙烯酸聚氨酯等面层涂料100 μm（3遍）。无干扰双护筒长为40 m，双护筒重49.18 t，吊索、吊具重为2 t，一次吊入桩孔难度较大，采用350 t汽车式起重机进行吊装。钢筋笼采用绑扎和点焊固定后统一进行焊接。竖向钢筋每隔1 m设置1道加强筋，确保钢筋笼整体性和稳定性。钢筋笼吊点处加强满焊，以保证吊装安全。采用吊装方式将钢筋笼平稳下放到桩孔护筒内。准直桩浇筑前下入导管（导管直径200~250 mm，壁厚3 mm，底管长度不小于4 m）。复测孔底沉渣，孔底沉渣超过设计值时采用特殊接头连接砂石泵组和混凝土导管，使用泵吸旋挖抽吸孔内沉渣，并置换孔内泥浆，直至合格才能进行混凝土灌注。混凝土采用商品混凝土，强度为C 35，坍落度为180~220 mm。混凝土灌注前需在灌注导管上端安放充气球胆，必须严格丈量导管下入长度和实际孔深，使导管底口与孔底距离保持在300~500 mm。导管在混凝土内埋深不得大于6 m，且不得小于2 m。灌注桩的充盈系数为1.05~1.15，且施工中记录每根桩的充盈系数。混凝土超灌高度用1~2 kg平底锤控制。桩侧采用后压浆法施工，压浆导管上端高于桩施工作业地坪500 mm，桩端后压浆喷口设置在压浆管底部500 mm范围内，喷口直径33~40 mm，间距80 mm梅花形布置，应采用具有止逆阀功能的喷口保护装置。压浆泵采用3 SNS型高压注浆泵，额定压力不小于8 Mpa，额定流量76 L/min，功率18 kw。水泥浆水灰比控制在0.5~0.6，泵送流量控制在1.8 m3/h。2 防微振地基处理储存环隧道功能性特殊，对基础的外部微振动和不均匀沉降要求严格。振动频率在1~100 Hz的地面振动在1 s内的均方根位移积分小于25 nm；隧道不均匀沉降限值10 μm/10 m/year。根据微振动和不均匀沉降技术指标，储存环隧道地基采用3 000 mm厚素混凝土换填，强度等级C 15。2.1 混凝土参数换填混凝土技术要求：密度不小于2.35 t/m³，弹性模量不小于2.2×104 N/m㎡，泊松比0.16~0.24，剪切波速不小于2 000 m/s。经专家多次论证确定混凝土配合比，见表1，混凝土坍落度控制160±20 mm。混凝土初凝时间控制在8~10 h。表1 C15匀质混凝土配合比

kg/m³2.2 施工技术为有效控制地基换填的裂缝问题，在浇筑形式上采用分层跳仓法施工。因整体换填高度达3 000 mm，浇筑难度大且水化热和裂缝问题无法控制，所以总体分4层浇筑，第1层浇筑高度200 mm，第2层浇筑高度1 800 mm，第3层浇筑高度800 mm，第4层浇筑高度200 mm。每层分仓长度不超过30 000 mm。防微振基础换填模板采用面板厚度为18 mm多层板，次龙骨为80 mm×45 mm方木，间距200 mm，主龙骨为双钢管沿高度方向设置，第一道距离地面300 mm，向上间距500 mm，共设置4道水平龙骨。模板后支撑架采用大模板专用支撑架。无筋素混凝土一次浇筑200~1 800 mm不等。振捣时施工人员无法站在施工作业面上，浇筑时采用独创技术的振捣梁（图3），由起重机吊至作业面，沿浇筑方向分层振捣。振捣时插点之间距离控制在400 mm左右，离开模板距离不大于250 mm，采用单一的行列形式振捣。振捣时间控制在20~30 s，当混凝土表面泛浆、不出现气泡、混凝土不再下沉为止。图3 混凝土振捣梁为防止相邻建筑对微振动的干扰，在储存环隧道及实验大厅底板填第3层800 mm厚地基换填和1 m厚钢筋混凝土底板与用户实验楼、设备楼基础周边采用贴挤塑聚苯板隔离。3 防辐重晶石射锯齿墙施工锯齿墙是储存环隧道阻隔隧道内实验产生辐射，以防伤害隧道外实验人员的身体健康。锯齿墙其主要核心部位钢板墙、重晶石混凝土模板施工、防控施工冷缝突破规范制约的4 100 mm重晶石混凝土一次性全高浇筑技术，成为整个储存环隧道防辐射功能攻克的重点。3.1 锯齿墙核心区钢板墙施工储存环隧道防辐射核心区钢板墙共计17件，材质Q 235 B。所有钢板墙厚度与高度均为200 mm×2 300 mm，宽度为2.5~3.3 m。支撑规格为150 mm×6 mm。单件钢板墙最重达11.8 t。钢板墙沿长度方向分段加工、安装，钢板墙连接处设置直角企口，安装效果如图4所示。图4 钢板墙安装示意钢板墙底部采用与埋件板焊接固定，钢板墙埋件与支撑埋件已经预埋到位。安装时，与钢板墙上口在一个水平面上，钢板墙上口标高2.300 m。临时支撑与钢板墙连接，采用M 20普通螺栓连接。预先已在钢板墙上钻好螺栓孔 22，深度50 mm。另一端与埋件板焊接。钢板墙的安装精度要求较高。钢板墙垂直度小于1 mm/m，钢板墙表面平整度小于1 mm，总误差不大于2 mm。为达到防辐射功能，钢板安装、拼接要求位置准确，接缝严密。安装后企口间隙大于5 mm时，灌入铁粉或铅板填实。根据钢板墙的实际高度、预埋件的实际标高、底板面的标高等，提前调平。控制相邻钢板墙的高差，在起重机不脱钩的情况下，将钢板墙外边缘与定位线对准，缓缓落至标高位置。采用千斤顶、楔铁或倒链进行校正，通过线坠测量偏差，调整钢板墙的垂直度。利用GPS找出所有钢板墙的基准点，测设在埋件或混凝土板上，并作出钢板墙的外轮廓控制线。用水准仪测出所有埋件板的标高，用预先准备的垫板找平，垫板规格有0.2~3 mm不等。在钢板墙上测设出基准点。通过75 t汽车式起重机在大厅底板上将200 mm厚钢板墙缓缓垂直吊起，钢板墙顶端由加工厂预先设置好的吊点，将钢板墙的边缘线缓缓落至外轮廓线上。注意企口的方向，可根据钢板墙正面的 22孔作为正面和上口。钢梁采用两点吊装法，每块钢板墙顶部有加工厂预先设置好的2个吊环。钢板墙的平面位移校正：在埋件板上焊接支座，横向架好千斤顶，将千斤顶作用于钢板墙的两侧进行微调。以轮廓线为基准线。钢板墙的标高校正：每个施工段钢板墙吊装就位后，用水准仪测量出每块钢板墙的顶标高，每块钢板墙需测出两段顶点的标高值。测出每个施工段的所有钢板墙的标高点后，取最大值作为基准，在每块钢板墙邻近的锯齿墙钢筋上做好标记。以此标记作为每段钢板墙的顶标高基准控制点。在钢板墙墙面焊接10号工字钢，将千斤顶垂直放于铁板上，缓慢进行垂直作业。作业时观察钢板墙是否达到基准控制点的标高。到达后停止作业。在下部空出间隙塞填不等厚度的钢板，直至千斤顶卸力时，标高没有下降为止。钢板墙的垂直度校正：采用缆风绳校正。用全站仪找垂直。在钢板墙上焊接10号工字钢，呈三角形状。调节时需用全站仪和线锤控制垂直度直到校正完毕。校正钢板墙正面垂直度时，可拉动正面缆风绳下葫芦进行调整，再用全站仪复核，如有微小偏差，重复上述过程，直至无误。安装相邻的钢板墙时，控制间隙≤5 mm，如＞5 mm，则需要焊接焊缝后，用铁粉或铅板填实。为防止钢板墙发生侧倾，在每块钢板墙安装就位并校正完成后，必须采用□150×6的方管进行支撑，支撑上端与钢板墙用M 20安装螺栓固定，下端与埋件板点焊固定。支撑按1 m间隔设置。要将钢板墙与底部埋件进行满焊，采用双面角焊缝，焊脚高度为16 mm，确保焊接牢固，方可进行摘钩。对钢板墙的平面位置、垂直度、标高和钢板墙之间的间隙等进行复测。焊接钢板企口的对接缝。焊接完毕磨平焊缝。焊缝为坡口焊，焊接时尽量保证焊缝无间断，无漏焊与缝隙。按图纸要求安装 12锚筋，并将其与钢板墙焊接。对运输和安装过程中损坏的油漆进行补漆。隧道内侧钢板表面防腐工艺：环氧富锌底漆1遍+环氧云铁中间漆两遍+聚氨酯面漆两遍。漆膜总厚度不小于100 um，面漆白色，此部分由钢板墙的加工厂家负责。由土建单位进行绑扎钢筋和浇筑混凝土。浇筑混凝土过程中要注意观察钢板墙和临时支撑的变化情况，如超过3 mm必须停止浇筑，进行处理（图5）。图5 钢板墙支撑示意浇筑混凝土后，直至规定的养护期，并且混凝土满足强度要求后，拆除支撑，进行打磨处理。3.2 重晶石锯齿墙钢模施工锯齿墙模板，墙高为4 100 mm，锯齿墙模板统一高度为4 150 mm。锯齿墙体在实验大厅施工，现场起吊设备受限，要求模板最大块重量不超过1.5 t。墙模板采用106系列全钢大模板，整体性强、刚度大、拼缝少、墙体表面效果好。具体结构：面板采用6 mm厚QB 235钢板，加强背楞采用双向加强槽钢。相邻模板间使用专用的模板连接器拉结，使相邻两块模板的板面在同一平面，以保证墙体平面度。竖肋主肋采用10号槽钢。模板的横背楞（主龙骨）采用双向12号槽钢焊接而成，穿墙螺栓最大间距为900 mm。锯齿墙模板按标准的15度完整锯齿循环墙体配置模板。对于锯齿墙体部分墙体安装钢板导致墙体截面700 mm变800 mm，且拐角处墙体尺寸变化，增配部分异型角模和模板实现墙体变化。对于由锯齿墙转变为墙厚1 000 mm的圆弧墙，此部分弧形墙体可用锯齿墙模板标准板：BY1：2 400×4 150和BY2：1 800×4 150组拼弧形墙体支模浇筑混凝土，成型后混凝土理论上在宽度2 400 mm上矢高3 mm，只有内、外模板在宽2 400 mm相差11 mm（外模2 400 mm相对内模2 389 mm），牵设对拉螺栓错位6mm，施工可加设6 mm×10 mm×4 150 mm板带调节处理。锯齿墙平板、角模与模板间拼缝采用平口搭接的方式，模板竖边框用M 16×50螺栓连接，以保证模板的通用性。模板拼接处理：为防止模板拼接处错台，两块模板拼装处加设两道小背楞，固定于两侧大模板上，可防止模板错位。拆模后墙体表面均较平滑，不需特别处理。阳角模与模板接口处理：阳角模与大模板间用螺栓连接，可以将模板与角模连接成整体，防止错台及漏浆。阳角模的优点是阳角处棱角明显，外观较好。模板支撑架采用12号槽钢作为支撑架，上部支撑点距模地面3 380 mm，地面距模板根部1 800 mm，支点调节地脚固定在实验大厅底板上，与支撑架斜撑连接，模板根部设置1道横杆与支点连接，横杆与斜杆之间增加1道内杆。每块大模板设置2道支撑。操作平台上的踏板要平稳，且与操作平台固定牢靠，操作平台应搭设好防护栏杆，高度不低于1.2 m，操作平台外侧应增加踢脚板，高度不小于180 mm。穿墙对拉螺栓采用T 20×6的3节螺栓，两端活动节T 20×6长度380 mm，中间节埋在墙体中，中间节长度根据墙体厚度确定。活动节与中间节连接通过大小头锥体连接。每套穿墙对拉螺栓由2个活动节螺杆、1根中间节、2个锥体螺母、2块垫片和2个山形母组成。拆完模板及时拧动锥体螺母退出墙体，以便于下次支模使用。模板安装整体效果如图6所示。图6 模板安装整体示意3.3 重晶石混凝土浇筑施工重晶石混凝土容重3.4 t/m3，因混凝土的特殊性，为保证混凝土整体容重、重晶石骨料不下沉，根据前期实验将混凝土现场浇筑坍落度控制在160±20 mm，混凝土在出搅拌站前必须进行混凝土坍落度测试，搅拌站到现场运送时间需要1 h。考虑混凝土运送过程中的坍落度损失，出站坍落度可提高10 mm以内，超过标准或低于标准混凝土不允许出站。混凝土浇筑使用汽车泵进行泵送，浇筑前必须安排备用汽车泵，以便于浇筑过程中泵车出现问题及时更换。混凝土浇筑时分层浇筑，每层浇筑高度400~450 mm，在墙体外侧设置混凝土分层尺干，控制分层浇筑厚度，为了控制混凝土振捣深度，在振捣棒上做标志，间距500 mm，振捣间距控制在300~400 mm，每次插入振捣的时间为20~25 s，并以混凝土不再显著下沉、不出现气泡、开始泛浆为准。振捣棒插入混凝土的深度以进入下一层混凝土50~100 mm为宜，消除两层之间接缝，在振捣上层混凝土时，要在下层混凝土初凝之前进行。现场振捣棒分为3组，每组两根，由墙体两侧进行振捣，采用行列式或交错式的次序移动，以确保振捣质量不漏振或过振。在混凝土浇筑2.8 m高时进行技术间歇15 min，撒布重晶石子粒径20~25 mm，撒布量2~3 kg/㎡，同时振捣10 s振捣棒插入深度200 mm。然后在墙体顶部浇筑完后再进行1次重晶石骨料撒布，以提高容重的均衡性。浇筑过程中以及浇筑完毕后，用小锤敲击模板面、底部及洞口边缘，尤其是浇筑过程中用小锤敲打模板肋骨，以便于排除模板面的气泡，使混凝土整体表现更光滑。4 储存环防辐射细部构造4.1 后浇带防辐射构造考虑到墙体后浇带留茬做法，同时保证顶板留茬符合辐射防护要求，根据GB/T 50557—2010《重晶石防辐射混凝土应用技术规范》相关要求，顶板后浇带留设L茬。4.2 防辐射功能管道沟道储存环和试验大厅隧道内每个数字轴跨内均有预埋SC管。SC管下做50 mm×50 mm×4 mm等边角钢，下部采用埋件膨胀螺栓固定，支架间距不大于2 000 mm。储存环隧道内设置有排水地漏和排水管（辐射废水），底板混凝土浇筑时需预留。机电预留预埋完成验收合格后，方可进行混凝土浇筑。做角钢支架与换填层固定。墙安装穿插管道预留预埋：墙体钢筋墙体、顶板内穿墙管道采用折线形或U形穿过，以满足防辐射的要求（图7）。4.3 预应力施工为减少温度应力对结构的不利影响，防止混凝土微小裂缝对防辐射功能的影响，对受温