緩坡超長斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究

孫 金 龍， 楊 漢 銘， 張 永 豐

(1.廣州新珠工程監(jiān)理有限公司，廣東 廣州 510610；2.中鐵五局集團(tuán)有限公司，貴州 貴陽 550003)

1 混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究概述

隨著建設(shè)工程規(guī)模的快速發(fā)展，無論是水利水電、交通運(yùn)輸、礦山等工程，斜井施工被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中，尤其是水利水電工程的施工支洞，由于受地形條件和地理環(huán)境因素的影響，時(shí)常會(huì)設(shè)計(jì)為斜井型式。直觀上看斜井水平距離比平洞相對縮短，但作為施工交通運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?，改變了常?guī)的施工作業(yè)方式，相應(yīng)的常規(guī)施工機(jī)械難以使用，就斜井混凝土運(yùn)輸而言，由于坡度大輪式機(jī)械無法行駛，只能使用傳統(tǒng)的軌道式斗車運(yùn)輸混凝土，而軌道式斗車運(yùn)輸混凝土存在施工效率低、安全隱患大、施工成本高等不利因素。因此，在工程實(shí)踐中研究如何應(yīng)用新的混凝土運(yùn)輸方式，能夠替代傳統(tǒng)的運(yùn)輸模式非常重要，根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，在短距離(≤300 m)、陡坡(≥25°)斜井中使用溜槽運(yùn)輸混凝土比較容易實(shí)現(xiàn)，但在緩坡(<25°)、超長(>600 m)斜井中極為罕見。

夾巖水利樞紐工程，是國家172項(xiàng)重大水利工程，也是貴州省最大的水利投資項(xiàng)目，總投資約170億元人民幣。工程設(shè)計(jì)渠道總長829 km，其中輸水干渠6條長281公里，隧洞數(shù)量多，干渠設(shè)計(jì)斜井支洞共計(jì)11條，其中水打橋隧洞全長20 036 m，共設(shè)計(jì)有4條斜井支洞，斷面型式采用圓形，襯砌后內(nèi)徑5.4 m，1#斜井支洞長585 m，坡度i=37.94%(20.5°)，2#斜井支洞長660 m，坡度i=32.45%(17.8°)，3#斜井支洞長680 m，坡度i=34.46%(19.1°)，4#斜井支洞已做設(shè)計(jì)修改，斜井為城門洞型，襯砌后尺寸6×5 m(寬×高)。由于施工支洞設(shè)計(jì)為緩坡、超長斜井結(jié)構(gòu)，給混凝土澆筑運(yùn)輸工作帶來了極大困難，混凝土采用傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸方式，無法保證工程工期并且增加施工成本；施工安全隱患大；施工質(zhì)量難以控制。若采用溜槽運(yùn)輸方式，由于斜井長度大、坡度緩，很可能出現(xiàn)混凝土流動(dòng)性差，產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象，無法保證混凝土澆筑質(zhì)量。

為解決這一關(guān)鍵性技術(shù)難題，加快施工進(jìn)度、實(shí)現(xiàn)緩坡和超長斜井混凝土溜槽運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)創(chuàng)新，工程技術(shù)人員針對斜井混凝土溜槽運(yùn)輸特點(diǎn)，結(jié)合施工現(xiàn)場的實(shí)際情況，在干渠水打橋隧洞斜井支洞中進(jìn)行混凝土溜槽運(yùn)輸創(chuàng)新性研究試驗(yàn)。

2 斜井混凝土運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)有技術(shù)

經(jīng)過對水利水電、交通運(yùn)輸、鐵路、礦山等行業(yè)現(xiàn)階段調(diào)查統(tǒng)計(jì)，斜井設(shè)計(jì)在工程中出現(xiàn)的長度從幾十米到幾百米甚至千米，寬和高從幾米到十幾米，坡度從十幾度到幾十度不等。工程上斜井作用大致分為兩類：一類是水利發(fā)電工程用于增加水頭壓力實(shí)現(xiàn)水能動(dòng)力發(fā)電為目的的斜井；另一類是作為工程項(xiàng)目的“施工交通支洞”，承擔(dān)著各類材料、物件的運(yùn)輸功能的斜井。長期以來，水利水電、交通運(yùn)輸、鐵路、礦山等工程的斜井混凝土運(yùn)輸基本依靠軌道式運(yùn)輸方式，尤其是緩坡、超長斜井混凝土運(yùn)輸一直延續(xù)這種傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式。

軌道運(yùn)輸方式是由大功率絞車、鋼絲繩、軌道、礦山斗車等工具組成，軌道式運(yùn)輸混凝土缺點(diǎn)是：運(yùn)輸方式組織復(fù)雜，需要相應(yīng)的輔助作業(yè)，施工成本高；隨著斜井隧洞的增長，運(yùn)輸效率大幅度降低，延長施工工期；運(yùn)輸時(shí)間長，混凝土容易產(chǎn)生初凝現(xiàn)象；施工中會(huì)發(fā)生礦車脫軌和鋼絲繩斷裂，從而導(dǎo)致安全事故發(fā)生，給工程建設(shè)和企業(yè)帶來較大損失。

3 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)

根據(jù)調(diào)查分析并結(jié)合工程的實(shí)際情況，確定在水打橋隧洞斜井支洞進(jìn)行混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究。水打橋隧洞全長20 360 m，地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工過程中出現(xiàn)了煤層瓦斯、硫化氫氣體、一氧化碳?xì)怏w、涌水涌泥等不良地質(zhì)現(xiàn)象，給施工進(jìn)度帶來了很大影響，導(dǎo)致工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后，混凝土澆筑施工如再繼續(xù)拖延工期將會(huì)影響夾巖水利樞紐工程總工期。因此，在水打橋隧洞斜井支洞進(jìn)行混凝土溜槽運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)研究意義重大。

4 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)

為解決溜槽運(yùn)輸混凝土技術(shù)難題，專題小組與工程技術(shù)人員集思廣益，從工程實(shí)際出發(fā)，經(jīng)過長時(shí)間的分析、研究，采用斜井混凝土運(yùn)輸新型裝置和工藝，把混凝土從斜井井口直接運(yùn)送到斜井底部，然后再由混凝土罐車運(yùn)送到各需要部位。首先在水打橋隧洞斜井1#支洞(長585 m，坡度20.5°)、斜井2#支洞(長660 m，坡度17.8°)現(xiàn)場工作面進(jìn)行探索性試驗(yàn)，試驗(yàn)過程嚴(yán)格按照技術(shù)要求和方案執(zhí)行。為提高斜井混凝土運(yùn)輸試驗(yàn)研究的成功率，減少混凝土的二次轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié)，在1#支洞斜井試驗(yàn)中將混凝土拌合站移到井口位置，節(jié)省了從拌合站到斜井口的二次運(yùn)輸工作，提高了混凝土運(yùn)輸效率和質(zhì)量保證。

斜井混凝土運(yùn)輸裝置試驗(yàn)系統(tǒng)由混凝土拌合站、上集料斗、敞開式溜槽、下集料斗及相關(guān)支架組成,斜井混凝土溜槽運(yùn)輸裝置結(jié)構(gòu)見圖1、細(xì)部結(jié)構(gòu)見圖2。具體包括：(1)為水泥、粉煤灰罐；(2)為拌合站操作室；(3)為斜井外部溜槽；(4)為外部溜槽支架；(5)為上集料斗；(6)為斜井內(nèi)溜槽；(7)為內(nèi)溜槽支架；(8)為下集料斗；(9)為下集料斗支架；(10)為混凝土罐車等。

圖1 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸裝置結(jié)構(gòu)

圖2 斜井溜槽運(yùn)輸裝置細(xì)部結(jié)構(gòu)

5 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸現(xiàn)場試驗(yàn)

溜槽運(yùn)輸技術(shù)方案確定后現(xiàn)場試驗(yàn)是一項(xiàng)關(guān)鍵性工作，如果試驗(yàn)失敗不僅經(jīng)濟(jì)上受到損失，更重要的是難以保證工期和施工質(zhì)量與安全。因此，在試驗(yàn)開始前，專題組連續(xù)3次組織監(jiān)理、施工、設(shè)計(jì)、業(yè)主等單位相關(guān)人員召開溜槽技術(shù)方案實(shí)施研論會(huì)將問題解決在試驗(yàn)實(shí)施前，避免帶著問題進(jìn)行試驗(yàn)工作。

6 混凝土溜槽運(yùn)輸裝置制作、安裝

混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn)有兩項(xiàng)關(guān)鍵工作，一是溜槽制作和安裝的精度，二是混凝土試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)。針對混凝土溜槽制作，專題組要求施工單位從材料進(jìn)場到結(jié)構(gòu)加工、制作必須由監(jiān)理工程師檢查、監(jiān)督，重要的結(jié)構(gòu)部位要經(jīng)過專題組聯(lián)合驗(yàn)收，溜槽運(yùn)輸裝置安裝全過程均有監(jiān)理工程師實(shí)施旁站，對每道工序驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下道工序。

7 溜槽運(yùn)輸配合比設(shè)計(jì)與調(diào)整

首先按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗凍和抗?jié)B指標(biāo)進(jìn)行室內(nèi)混凝土配合比設(shè)計(jì)，合格后用于現(xiàn)場試驗(yàn)調(diào)整階段。為保證試驗(yàn)過程的順利進(jìn)行，在室內(nèi)進(jìn)行了三組混凝土配合比設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原則是在混凝土水膠比不變、設(shè)計(jì)參數(shù)不變的前提下調(diào)整用水量，以基準(zhǔn)用水量上、下浮動(dòng)5 kg，得出三組配合比參數(shù)(見表1)并經(jīng)過中心試驗(yàn)室復(fù)核合格。在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)第一組配合比混凝土塌落度損失過大，混凝土流動(dòng)不暢通。專題組決定使用第二組混凝土配合比試驗(yàn)，從試驗(yàn)現(xiàn)場觀察，溜槽中的混凝土流動(dòng)性穩(wěn)定，流動(dòng)速度均勻，混凝土和易性良好，沒有產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象。隨即又進(jìn)行了第三組混凝土配合比試驗(yàn)，也發(fā)現(xiàn)有類似于第一組試驗(yàn)出現(xiàn)的問題，不同的就是雖然坍落度增大了但混凝土的流動(dòng)行并不理想，反映了混凝土的和易性較差(見表2)。

表1 三組不同用水量的混凝土配合比

表2 三組不同用水量試驗(yàn)結(jié)果

8 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究成果

通過專題小組和工程技術(shù)人員的努力，經(jīng)過大量的現(xiàn)場混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn)，技術(shù)人員對第二組配合比試驗(yàn)現(xiàn)場觀察，溜槽中的混凝土流動(dòng)性穩(wěn)定，流動(dòng)速度均勻，混凝土和易性良好，沒有產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象，最后對混凝土試件的試驗(yàn)檢測，各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，標(biāo)志著斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)獲得成功。見圖3。

9 結(jié) 語

緩坡、超長斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)的試驗(yàn)成功，為施工生產(chǎn)起到了積極而富有實(shí)質(zhì)性作用。

圖3 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn)成功

從而加快了斜井混凝土運(yùn)輸速度和澆筑進(jìn)度，使用溜槽運(yùn)輸混凝土新工藝，每倉混凝土澆筑循環(huán)時(shí)間需46 h左右，比傳統(tǒng)的軌道式運(yùn)輸節(jié)省9 h，提高施工效率約19.6%；由于縮短了混凝土運(yùn)輸時(shí)間，避免了混凝土出現(xiàn)初凝現(xiàn)象，從而保證混凝土澆筑質(zhì)量；使用溜槽運(yùn)輸混凝土替代了軌道式運(yùn)輸方式，減少了運(yùn)輸中的安全隱患，保證施工作業(yè)安全。此項(xiàng)技術(shù)研究成果充分體系了工程技術(shù)人員的創(chuàng)新觀念，實(shí)現(xiàn)了斜井21°以下緩坡溜槽運(yùn)輸混凝土新目標(biāo)，尤其是在17.8°緩坡斜井中混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn)成功，為提高施工生產(chǎn)效率，降低施工成本，保證混凝土澆筑質(zhì)量和施工安全做出了貢獻(xiàn)。