超長隧洞設置投料豎井應注意的問題

石鐵帥

(遼寧省東水西調(diào)建設工程局， 遼寧 沈陽　110003)

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超長隧洞設置投料豎井應注意的問題

石鐵帥

(遼寧省東水西調(diào)建設工程局， 遼寧 沈陽110003)

大伙房水庫輸水工程14號支洞投料豎井采取投料管末端設置井底緩沖器和及時洗刷管壁等措施有效地保證了井下混凝土性能指標符合設計要求，保證了工程實體質(zhì)量。

豎井； 投料管； 混凝土性能； 還原試驗

1　工程概況

大伙房水庫輸水工程TBM施工掘進時設置有施工輔助支洞，主要功能為開挖通風、出渣、初期支護材料運輸，以及主洞襯砌混凝土運輸，但因TBM掘進里程長，設置的施工輔助支洞在運輸混凝土與出渣、通風、材料供應交叉作業(yè)，相互干擾，混凝土運輸方式轉(zhuǎn)換次數(shù)多，安全生產(chǎn)與保證質(zhì)量、加快進度之間的矛盾日益突出。為解決第二階段施工的混凝土供應問題，主洞施工進料系統(tǒng)采用了投料豎井垂直運輸。其中14號支洞承擔了主洞上游方向掘進8.37km、下游方向3.0km的襯砌、主洞初期支護及噴混凝土任務，混凝土總量高達7.55萬m3。按一年內(nèi)要完成混凝土襯砌計劃，該支洞必須保證平均10～12 m3/h的供應能力才有可能實現(xiàn)。隧洞內(nèi)混凝土襯砌采用模板臺車平行施作，泵送混凝土入倉，多個澆筑面連續(xù)作業(yè)，高峰期混凝土供應量達到50m3/h。需求高強度的混凝土長距離運輸與出渣、通風、材料供應交叉作業(yè)，相互干擾， 施工支洞運行將遠遠超出設計能力。此外，16.8%的坡度運輸混凝土屬于重車下坡，長距離運輸致混凝土坍落度損失明顯，灌注時極易堵管。因此，選擇適當部位設置投料、通風兼用并同時滿足噴射混凝土及襯砌混凝土骨料供應的投料豎井，減少支洞行車密度和混凝土運輸方式轉(zhuǎn)換次數(shù)，根除斜井軌道運輸“瓶頸”，并保證混凝土性能成為工程亟需。如何最大限度地減少混凝土性能指標改變程度、方便輸送、保證輸送能力則是運用投料豎井必須考慮的問題。

2　投料豎井應注意的問題

投料豎井主要結構包括接料倉、井身、投料管、緩沖裝置、防塵裝置等。豎井內(nèi)設置兩套投料管分別為襯砌料管和噴混凝土料管，投放成品混凝土和噴混凝土半成品料[1]。

2.1豎井投料管布置及固定

豎井要具備較長的使用周期、方便耐用和便于維護，直徑600cm(襯砌后)投料豎井成孔后，需要進行投料管的布置及固定，工程實施過程中采用的投料管材質(zhì)選用無縫鋼管，規(guī)格型號為φ273(壁厚δ=10mm)；投料管在高強度施工過程中避免不了混凝土輸送時拌和物的沖撞振動及受沖擊后發(fā)生位移，極易引發(fā)安全事故，因此設置投料豎井時應注意的首要問題是投料管與井壁的固定。

2.2投料管管壁的清洗

豎井投料管無論是投放成品混凝土，還是半成品料，投放過程中不可避免地造成了管壁粘附、磨蝕。由于投料管為細長結構，直接觀測管內(nèi)結垢情況根本不可能。如果不及時清除砂漿結垢，不僅投料的有效孔徑日益減小，更會造成因細骨料的不斷粘附，進而改變混凝土拌和物配合比及和易性，變?yōu)椴缓细竦陌韬臀?。因此投料管管壁的清洗問題非常重要。

2.3混凝土拌和物投放時的緩降措施

《水工混凝土施工規(guī)范》明確規(guī)定：混凝土的自由下落高度不宜大于2m，超過時應采取緩降措施，防止骨料分離。為保證投料的順暢，在細長的投料鋼管中設置緩沖是不現(xiàn)實的。豎井投放深度超過百米，高速自由下落產(chǎn)生的強力沖擊將造成砂石骨料的粒徑、級配及自身強度發(fā)生變化，從而影響混凝土硬化后的物理力學指標。此外，高空下落的混凝土極易產(chǎn)生離析。

離析是指混凝土拌和物組成材料之間的黏聚力不足以抵抗集料下沉的一種現(xiàn)象。主要表現(xiàn)形式有兩種：一是粗集料顆粒從拌和物中分離出來；二是水泥漿(水泥加水)從拌和物中分離出來。其危害包括：

a.影響施工性能，泵送時造成粘罐、堵管、爆管、導管上浮等現(xiàn)象，延長作業(yè)時間，降低經(jīng)濟效益。

b.導致混凝土結構出現(xiàn)砂紋、蜂窩、骨料外露等現(xiàn)象，增大洞身糙率，影響結構表觀形象。

c.混凝土勻質(zhì)性差，各部分收縮不一，結構產(chǎn)生收縮裂縫概率增大。

d.混凝土強度大幅下降的同時，極大降低了抗?jié)B、抗凍的性能。

因此在豎井投料時為保證混凝土拌和物在輸送過程中不發(fā)生離析，必須采取合理可行的緩降措施。

3　解決方法

3.1投料管的布置及固定

投料豎井中布置兩根φ273(壁厚δ=10mm)無縫鋼管。每套鋼管節(jié)間以法蘭盤、高強螺栓連結牢固，并用錨桿錨固于巖壁上。對鋼管外壁與井壁之間的間隙滿灌水灰比0.3的P.O42.5純水泥漿固結投料管，既防止投料時混凝土拌和物沖撞振動，又阻止井壁滲水流入洞內(nèi)。此外，從安全角度出發(fā)，在投料管底部專設支撐架，避免投料管受沖擊后下移，拉壞地表井口鎖定裝置，造成事故。為避免豎井墜落物危及洞內(nèi)行人安全，并利于通風，豎井中心距主洞中心水平距離3.0m?？紤]投料孔使用過程中混凝土的濺落和投料運輸系統(tǒng)在沖洗中產(chǎn)生的大量廢水廢渣，在井底設計排水溝，將水引排至主洞的污水沉淀池中。

3.2投料管管壁的清洗

為避免鋼管堵塞和保證投放料組分不變，工程采用了吊車鋼絲繩懸吊下落的重力式井管壁刷，井壁刷采用直徑φ13cm、長100cm的鐵芯外粘貼8cm厚的軟質(zhì)護膜，護膜外栽鋼絲，外露5cm。每批投放結束，即用清水配此裝置反復沖洗、清潔，直至鋼刷順暢下落為止。

3.3混凝土拌和物投放時的緩降措施

為促進下落拌和物之間的二次融合，彌補骨料與水泥漿的包裹程度，減緩混凝土高速出料對接料罐車的強烈沖擊，在井底110cm部位將鋼管彎折30°，安裝了由型鋼和鋼板焊制而成的緩沖漏斗作為豎井井底緩沖器[2]。漏斗上口3.4m×2.0m，下口0.4m×0.4m，高1.5m，出口設出料控制弧門。傾斜的接料緩沖面鋼板厚20mm，經(jīng)久耐磨。當管內(nèi)高速下落的混凝土變向30°減速落入弧門關閉的漏斗內(nèi)后，粗、細骨料及水泥漿再次融合裹護，避免了離析現(xiàn)象的發(fā)生。最后，人工打開弧門，經(jīng)緩沖器出料口進入混凝土罐車[4]。

4　結　語

為驗證豎井投料方式對混凝土性能的影響，質(zhì)量檢測中心對14號支洞豎井投料前后的混凝土拌和物進行了還原試驗，項目包括粒級變化、壓碎指標、混凝土硬化后性能。試驗結果顯示：投放前后，混凝土原材料與拌和物各項物理力學性能指標變化不明顯；井下硬化后的混凝土抗壓強度、抗凍、抗?jié)B指標均滿足設計要求[3]。

由此而知：使用豎井投放成品混凝土和噴混凝土半成品料時，采取及時洗刷管壁、投料管末端設置井底緩沖器等措施，在一定的條件下，對混凝土拌和物混合料性能及硬化后力學性能產(chǎn)生的影響很小。輔以施工配合比粗細骨料調(diào)整，硬化后的混凝土抗壓強度、抗?jié)B性、抗凍性完全滿足設計要求的指標。超長隧洞施工采用深細豎井投料管垂直運輸混凝土的工藝能夠保證井下混凝土性能指標改變在可控范圍內(nèi)，有效保證了工程實體質(zhì)量。

[1]郭鳳萍，杜士斌，楊勝.投料豎井在超長隧洞工程施工中的應用[J].水利建設與管理，2008(5)：58-61.

[2]黃兵，陳遠揚.超長隧洞混凝土物料的垂直運輸[J].東北水利水電，2014(2),17-18.

[3]那力.大伙房水庫輸水工程隧洞施工豎井還原試驗分析[J].東北水利水電，2007(2):19-20.

[4]楊全文，胡廷正，張虹.粗骨料級配對泵送混凝土性能的影響[J].水利建設與管理，2010(9)：72-73.

Problems requiring attention in feeding shaft setup in super-long tunnel

SHI Tieshuai

(LiaoningEast-to-WestWaterDiversionConstructionEngineeringBureau,Shenyang110003,China)

In Dahuofang Reservoir water resources project No. 14 sub-tunnel feeding shaft, well bottom buffer is set at the end of feeding pipe, and pipe wall is timely brushed, etc. These methods efficiently ensure the consistence of well bottom concrete performance indicators with design requirements, and guarantee the project entity quality.

shaft, feeding pipe; concrete performance; reducing test

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.015

TV554

B

1005-4774(2016)10- 0052- 03