水輪機(jī)層以下大體積混凝土快速入倉施工技術(shù)

(中國水利水電第六工程局有限公司，沈陽，110013)

水輪機(jī)層以下大體積混凝土快速入倉施工技術(shù)

周鐵軍

(中國水利水電第六工程局有限公司，沈陽，110013)

金沙江烏東德水電站右岸地下廠房水輪機(jī)層以下大體積混凝土，具有倉面面積大、入倉強(qiáng)度高、溫控要求高等特點(diǎn)。本文通過混凝土入倉方案分析比選，科學(xué)、合理地提出大體積混凝土快速入倉方案，創(chuàng)新采用布料機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)作為水輪機(jī)層以下混凝土水平及垂直入倉工具，不僅簡化了施工布置、改善了施工工藝、提高了施工質(zhì)量，而且加快了施工進(jìn)度、調(diào)整了混凝土級配，節(jié)約了成本投入。為類似地下廠房水輪機(jī)層以下大體積混凝土施工方案提供參考、借鑒。

地下廠房 水輪機(jī)層 大體積混凝土 快速入倉 施工技術(shù) 烏東德水電站

1 工程概況

金沙江烏東德水電站廠房布置于左右兩岸山體中，均靠河床側(cè)布置，各安裝6臺單機(jī)容量為850MW的混流式水輪發(fā)電機(jī)組，總裝機(jī)容量10200MW，多年平均發(fā)電量401.1億kW·h，為Ⅰ等大(1)型工程，是目前世界已建或在建第7大水電站，我國已建或在建第4大水電站。右岸主廠房結(jié)構(gòu)尺寸為333.3m×32.5m/30.5m×89.8m(長×寬×高)，為超大型地下廠房，其高度居世界第一，跨度居世界第四。水輪機(jī)層以下混凝土回填總方量166770.29m3，平均澆筑倉面面積1020m2，從左至右依次布置有副安裝場、7#～12#機(jī)組段、主安裝場，機(jī)組段上下游方向長30.2m，軸線方向長222m，高程789.7m以下由巖墩分隔，高程789.7m以上各機(jī)組段之間設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。各機(jī)組段水輪機(jī)層以下大體積混凝土分為肘管混凝土、錐管混凝土、蝸殼混凝土等，其中高程765.2m～789.7m為肘管混凝土，高程789.7m～800.28m為錐管混凝土，高程800.28m～815.60m為蝸殼混凝土。該電站地下廠房水輪機(jī)層以下混凝土具有倉面面積大、入倉強(qiáng)度高、溫控要求高等特點(diǎn)，為了保證施工質(zhì)量及進(jìn)度要求，選擇合理的混凝土入倉方式至關(guān)重要。

圖1 地下電站水輪機(jī)層以下大體積混凝土傳統(tǒng)入倉方式布置

2 施工方案比選

根據(jù)國內(nèi)外主廠房混凝土施工通道及垂直運(yùn)輸設(shè)備布置，針對廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，廠房內(nèi)混凝土垂直運(yùn)輸機(jī)械主要采用廠房上游側(cè)鋼棧橋皮帶機(jī)及下游側(cè)母線洞布設(shè)的皮帶機(jī)配真空溜管、分料滑槽和溜筒送料，伸縮臂架布料皮帶機(jī)入倉，橋機(jī)掛吊罐、泵送混凝土入倉等方式。主要混凝土受料點(diǎn)有：廠房小橋機(jī)受料點(diǎn)，主安裝場的上游側(cè)鋼棧橋皮帶機(jī)受料點(diǎn)，主廠房下游側(cè)的母線洞皮帶機(jī)受料點(diǎn)。

(1)方案1：利用主廠房布置2臺共軌的橋機(jī)，1臺大橋機(jī)、1臺小橋機(jī)，水輪機(jī)層以下大體積混凝土主要采用小橋機(jī)吊6.0m3或12.0m3吊罐入倉澆筑，HB-60型混凝土泵送輔助入倉，混凝土泵布置在尾水?dāng)U散段，在廠房機(jī)組布置1臺HB-60型混凝土泵，輔助澆筑蝸殼局部陰角等布料機(jī)難以進(jìn)入或覆蓋的位置。

(2)方案2：結(jié)合廠房上游825.0m高程設(shè)通長鋼棧橋，貫通主廠房各機(jī)組、主副安裝場。鋼棧橋?qū)挾?m，靠墻側(cè)布置1條0.8m寬度混凝土運(yùn)輸皮帶機(jī)，皮帶機(jī)配真空溜管下料，伸縮臂架布料皮帶機(jī)接力入倉；在廠房下游母線洞內(nèi)，各布置1條混凝土運(yùn)輸皮帶機(jī)配真空溜管下料，伸縮臂架布料皮帶機(jī)接力入倉。

(3)方案3：采用“布料機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)”入倉，布料機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)是集液壓料斗、皮帶傳送、緩降裝置、布料機(jī)系統(tǒng)、立柱于一體的混凝土傳送裝置，能滿足地下廠房815.60m高程以下大體積混凝土快速入倉澆注。布料機(jī)混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)布置在7#、9#、11#母線洞，配置3套分料系統(tǒng)給梭式布料機(jī)供料，每個(gè)機(jī)組右側(cè)布置有一套立柱，三套布料機(jī)共6臺機(jī)組周轉(zhuǎn)使用。

經(jīng)研究分析對比，方案3采用布料機(jī)混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)不僅能滿足大體積、高級配、高強(qiáng)度混凝土入倉澆筑，其緩降裝置有效地解決了混凝土垂直運(yùn)輸難題，且布料機(jī)可隨倉面上升而上升，能很好適應(yīng)水輪機(jī)層以下大體積混凝土快速入倉澆筑，該方案具有布置簡單、覆蓋范圍大、運(yùn)行費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，優(yōu)于方案1和方案2。經(jīng)分析比選優(yōu)先選用方案3“布料機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)”，作為廠房水輪機(jī)層以下大體積混凝土快速入倉方式。

3 梭式布料機(jī)系統(tǒng)組成及布置

3.1 系統(tǒng)的組成

烏東德水電站右岸地下廠房共布置3套梭式布料機(jī)共6臺機(jī)組周轉(zhuǎn)使用，每套布料機(jī)混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)共由三大部分組成。

(1)第一部分為母線洞皮帶機(jī)供料系統(tǒng)，該部分主要由集料斗、分料斗、鋼結(jié)構(gòu)桁架和水平皮帶機(jī)組成。

(2)第二部分為布料機(jī)入倉系統(tǒng)，該部分主要由塔身立柱(由3.0m高的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)桁架組裝而成)、可圍繞塔身中軸線旋轉(zhuǎn)、伸縮皮帶機(jī)及掛在皮帶機(jī)兩端的負(fù)壓橡皮溜筒組成。其中布料機(jī)主要組成部分為伸縮臂架、驅(qū)動滾筒裝置、槽型托輥裝置、平行托輥裝置、皮帶張緊裝置、5層聚氨酯皮帶，伸縮驅(qū)動裝置和受料斗。

(3)第三部分為連接第一部分和第二部分的上料皮帶機(jī)運(yùn)輸系統(tǒng)。該部分主要由鋼構(gòu)桁架、可回旋的懸掛式水平皮帶機(jī)。

圖2 烏東德水電站右岸主廠房布料機(jī)混凝土傳送系統(tǒng)布置

3.2 系統(tǒng)布置

根據(jù)該系統(tǒng)的組成，結(jié)合本工程地下廠房及其附屬結(jié)構(gòu)的相對位置關(guān)系，將該系統(tǒng)的三大部分分別布置在主廠房及母線洞內(nèi)。

(1)母線洞皮帶機(jī)輸送系統(tǒng)布置在7#、9#、11#母線洞底板上，底板高程為816.00m，集料斗位于主變室側(cè)的皮帶機(jī)端頭上部，頂部與主變室底板823.20m高程齊平，分料斗位于主廠房下游邊墻出露的皮帶機(jī)另一端的下部。

(2)塔頂式旋轉(zhuǎn)布料機(jī)入倉系統(tǒng)布置在主廠房7#～12#機(jī)組左側(cè)隔墩平臺上，隔墩巖體底板高程為789.7m，塔身立柱直接固定在隔墩底板上，旋轉(zhuǎn)式布料機(jī)安裝在塔身頂部。標(biāo)準(zhǔn)立柱節(jié)可互換，混凝土澆筑過程中，布料機(jī)提升只需調(diào)整上下標(biāo)準(zhǔn)立柱節(jié)的數(shù)量，使得上部布料機(jī)隨著混凝土澆筑高度的上升而提升。為了滿足一條母線洞皮帶機(jī)給兩條上料皮帶機(jī)供料的工況，左右兩條上料皮帶機(jī)上下布置，當(dāng)上料皮帶處于左方時(shí)，布料機(jī)立柱需增加一節(jié)3.9m節(jié)，上料皮帶機(jī)可左右互換。

(3)懸掛式皮帶機(jī)系統(tǒng)，一端固定在母線洞底板上，高程位于母線洞底板與斜式皮帶機(jī)之間，與斜式皮帶機(jī)分料斗相接。另一端架在第二部分可旋轉(zhuǎn)式布料機(jī)上部的受料斗上。

圖3 烏東德水電站右岸主廠房梭式布料機(jī)系統(tǒng)平面布置

4 梭式布料機(jī)技術(shù)參數(shù)及工作原理

4.1 技術(shù)參數(shù)

(1)母線洞皮帶機(jī)全長31.0m，寬650mm，由一臺功率11kW電動滾筒進(jìn)行驅(qū)動，傳送速度2m/s，生產(chǎn)率為120m3/h。集料斗位于主變室側(cè)的皮帶機(jī)端頭上部，容積為12m3，分料裝置位于主廠房下游邊墻出露的皮帶機(jī)另一端的下部，通過手動調(diào)節(jié)，將混凝土料分配到不同部位的上料皮帶機(jī)上面。

(2)布料機(jī)皮帶全長25.0m，寬650mm，由一臺功率15kW電動滾筒進(jìn)行驅(qū)動，傳送速度2.5m/s，受料斗安裝在布料機(jī)與塔身連接部位，同時(shí)作為布料機(jī)的選擇圓心，布料機(jī)可繞此圓心做359°范圍旋轉(zhuǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)率為120m3/h，同時(shí)皮帶機(jī)通過伸縮驅(qū)動裝置進(jìn)行伸縮，從而實(shí)現(xiàn)不同布料半徑(下料范圍)，最小布料半徑2.5m，最大布料半徑22m。

(3)上料皮帶機(jī)全長27.1m，寬650mm，由一臺功率7.5kW電動滾筒進(jìn)行驅(qū)動，傳送速度2m/s。

為保證混凝土輸送質(zhì)量，所有皮帶機(jī)均采用45°深槽高速皮帶機(jī)。布料機(jī)系統(tǒng)具體技術(shù)參數(shù)詳見表1

表1 布料機(jī)系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)

4.2 工作原理

整個(gè)布料機(jī)混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)完全結(jié)合烏東德右岸地下廠房結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及相鄰洞室與廠房相對位置關(guān)系進(jìn)行布設(shè)，具有安裝方便、操作簡單、運(yùn)行流暢的特點(diǎn)。

輸送系統(tǒng)的流程為自卸汽車將混凝土料從拌合樓經(jīng)主變室運(yùn)輸至母線洞口輸送系統(tǒng)的起點(diǎn)——集料斗，混凝土料經(jīng)過集料斗、母線洞皮帶機(jī)、分料裝置、上料皮帶機(jī)、緩降裝置和布料機(jī)輸送至澆筑倉位。集料斗的作用為接收自卸汽車運(yùn)輸來的混凝土料和對輸送系統(tǒng)的料流進(jìn)行控制，母線洞皮帶機(jī)的作用是將混凝土料輸送出母線洞，通過分料裝置將混凝土料分配到不同部位的上料皮帶機(jī)上面，布料機(jī)承擔(dān)將上料皮帶機(jī)輸送來的混凝土料輸送到澆筑倉位。

布料機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，混凝土經(jīng)自卸汽車或攪拌車下料至集料斗后，由全自動化皮帶輸送系統(tǒng)輸送至倉面，所有承載混凝土皮帶機(jī)均安裝了智能控制系統(tǒng)，通過稱重傳感器檢測到的安全參數(shù)，對輸送過程中的堵料、皮帶跑偏等特殊情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并采取過荷保護(hù)，可在運(yùn)行過程中有效地避免安全事故的發(fā)生，同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)三大部分均設(shè)置有各自啟動開關(guān)和控制三大部分集體制動的緊急開關(guān)，從而降低運(yùn)行過程中突發(fā)情況的安全風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)。

5 施工運(yùn)行

5.1 試運(yùn)行存在的問題及調(diào)整

整個(gè)布料機(jī)混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)安裝和調(diào)試完畢后即開始投入使用，根據(jù)首次帶料運(yùn)行情況來看，存在以下影響系統(tǒng)運(yùn)行及混凝土運(yùn)輸效率的問題：①集料斗下料出料口下料不均勻?qū)е履妇€洞皮帶運(yùn)輸過程中易跑偏；②布料機(jī)刮漿板不緊密導(dǎo)致皮帶底部漏漿嚴(yán)重倉面污染大；③母線洞運(yùn)輸皮帶接頭斷裂；④混凝土入倉漿液飛濺等問題。

經(jīng)過首次試運(yùn)行，項(xiàng)目部組織設(shè)備供貨廠商人員和施工局技術(shù)、設(shè)備操作人員召開技術(shù)方案專題討論會，針對上述問題進(jìn)行討論并提出處理建議：

(1)混凝土運(yùn)輸過程中皮帶跑偏主要原因是由于母線洞集料斗下料口下料不均勻，皮帶自身糾偏能力不強(qiáng)導(dǎo)致的，解決辦法是在集料斗出料口增加一套平板振搗器保證集料斗下料均勻，同時(shí)對運(yùn)輸皮帶兩側(cè)增設(shè)邊輪和調(diào)心滾筒，從而保證了皮帶機(jī)均勻、平穩(wěn)將混凝土運(yùn)輸至倉面；

(2)針對皮帶易漏漿問題，對皮帶底部清掃器進(jìn)行改進(jìn)，調(diào)整清掃器位置并檢查刮漿板張緊度，使其與皮帶緊密結(jié)合，同時(shí)及時(shí)清理刮漿板上的水泥漿，確保達(dá)到最好清理效果，有效解決皮帶漏漿問題；

(3)母線洞皮帶機(jī)運(yùn)輸皮帶接頭開裂問題，主要是接頭膠接的工藝問題，經(jīng)設(shè)備人員對接頭開裂部位二次硫化膠接，并在后續(xù)運(yùn)行過程中安排專人巡視，預(yù)防皮帶斷裂帶來安全隱患；

(4)針對混凝土入倉漿液飛濺問題，主要原因是負(fù)壓橡皮溜桶按12m一節(jié)設(shè)計(jì)制作，與倉面下料高度無法精確控制在1.5m以內(nèi)，通過采取制作法蘭盤接頭調(diào)整負(fù)壓橡皮溜筒距倉面距離，降低混凝土自由下落高度，解決了混凝土入倉時(shí)漿液飛濺問題。

5.2 施工運(yùn)行效果

經(jīng)過項(xiàng)目部及設(shè)備廠家技術(shù)、設(shè)備人員的共同努力，對整個(gè)布料機(jī)系統(tǒng)試運(yùn)行過程進(jìn)行監(jiān)控，對發(fā)現(xiàn)的問題及時(shí)研究分析并解決，保證了布料機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，從而在投產(chǎn)后較短時(shí)間內(nèi)達(dá)到設(shè)備理論混凝土輸送強(qiáng)度，該布料機(jī)系統(tǒng)的使用，使得右岸地下電站7#～12#機(jī)組水輪機(jī)層以下大體積混凝土的澆筑質(zhì)量和進(jìn)度都得到了充分的保證。

根據(jù)水輪機(jī)廠家(ASTOM)及設(shè)計(jì)要求，各機(jī)組段混凝土須進(jìn)行分層、分塊澆筑，各層分塊可根據(jù)混凝土入倉設(shè)備實(shí)際入倉能力調(diào)整，單層混凝土澆筑方量2000m3～3000m3，平均倉面面積1020m2，平鋪法澆筑最小層厚控制在30cm，最低入倉強(qiáng)度為80m3/h。如果采用傳統(tǒng)的泵送混凝土入倉，根據(jù)現(xiàn)場空間按配置兩臺HBT60混凝土泵計(jì)算，實(shí)際平均入倉強(qiáng)度僅為50m3/h，無法滿足單層一次澆筑，需對單層按象限分塊兩兩對稱澆筑，而布料機(jī)混凝土運(yùn)輸系統(tǒng)，實(shí)際平均入倉強(qiáng)度為100m3/h，可滿足單個(gè)機(jī)組段混凝土按設(shè)計(jì)分層一次澆筑，混凝土澆筑強(qiáng)度提高了一倍，且單層無需分塊，一次澆筑成型，大大縮短了水輪機(jī)層以下大體積混凝土的備倉、入倉澆筑工期。確保地下廠房水輪機(jī)層以下大體積混凝土優(yōu)質(zhì)高效澆筑完成。

布料機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)采用皮帶傳送，能適應(yīng)各種級配混凝土入倉澆筑，在烏東德水電站右岸地下廠房水輪機(jī)層以下大體積混凝土施工中，大量采用三級配常態(tài)混凝土回填，通過優(yōu)化混凝土級配，不僅降低了水泥水化熱對混凝土早期開裂影響，而且節(jié)約了成本投入。

6 結(jié)語

針對烏東德水電站右岸地下廠房水輪機(jī)層以下大體積混凝土倉面面積大、入倉強(qiáng)度高、溫控要求高等特點(diǎn)，通過混凝土入倉方案分析比較，科學(xué)、合理地提出大體積混凝土快速入倉方案，創(chuàng)新采用布料機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)作為水輪機(jī)層以下大混凝土水平及垂直入倉工具。通過布料機(jī)混凝土輸送系統(tǒng)的成功運(yùn)用，效果顯著，該系統(tǒng)不僅簡化了施工布置、改善了施工工藝、提高了施工質(zhì)量，而且加快了施工進(jìn)度、調(diào)整了混凝土級配，節(jié)約了成本投入，經(jīng)濟(jì)效益和工期效益十分顯著，具有明顯的推廣應(yīng)用價(jià)值。

TV731.61∶TV544.91

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2095-1809(2017)06-0079-05

周鐵軍(1973.03-)，男，河北玉田人，中國水電第六工程局有限公司西南分局、新疆分局局長，工程師，主要從事水利水電工程建設(shè)。