高落差豎井的溜管垂直輸送隧洞混凝土施工工藝研究及要點控制

張建庭

（山西省水利建筑工程局有限公司 太原山西 030000）

1 工程概況

山西省小浪底引黃工程位于山西省運城市，是自黃河干流上的小浪底水利樞紐工程向山西省涑水河流域調(diào)水的大型引調(diào)水工程。山西省小浪底引黃工程（引水干線部分）施工V 標為山西省小浪底引黃工程引水無壓洞的一部分，全長13.84 km，施工樁號20+250～34+080。主要施工內(nèi)容為：隧洞開挖及一次支護、混凝土襯砌及配套的臨時工程等。

高落差豎井采用溜管輸送混凝土系統(tǒng)是在隧洞樁號30+390 地表、隧洞軸線正上方垂直鉆孔深入隧洞，孔徑600 mm，孔深250 m，井壁埋設(shè)螺旋鋼管作為護壁管，護壁管內(nèi)下設(shè)Ф218 mm×9 mm 無縫鋼管輸送混凝土，每節(jié)管長6 m，采用法蘭、高強螺栓連接。混凝土溜管采用2 t 單筒卷揚機懸吊，溜管內(nèi)每6 m 設(shè)置一緩沖裝置，地表孔口、洞內(nèi)溜管末端均設(shè)置接料斗，洞內(nèi)接料斗直接入混凝土罐車運至澆筑倉面，輸送泵入倉。

2 高落差溜管混凝土系統(tǒng)建設(shè)的必要性

山西省小浪底引黃工程（引水干線部分）施工V標8#～9#支洞之間主洞段埋深250～440 m，隧洞位于地下水位以下180～200 m，受極其復雜地質(zhì)條件影響，隧道開挖進度緩慢，支洞數(shù)量有限，隧洞開挖與混凝土襯砌無法穿插作業(yè)，嚴重影響施工進度；采用斜井絞車單軌運輸系統(tǒng)運輸環(huán)節(jié)多，混凝土拌合物質(zhì)量難于保證；斜井坡度大，距離長，絞車單軌運輸速度慢；斜井運輸施工成本高；絞車運輸系統(tǒng)存在脫軌、飛車等安全問題，一旦發(fā)生事故，人員、設(shè)備傷亡較大，施工安全風險大?；谏鲜鲈?、參考國內(nèi)豎井成功的案例和山西省水利建筑工程有限公司在萬家寨引黃南干線二級泵站輸水壓力豎井項目高差146 m、張峰水庫導流泄洪洞豎井項目落差80 m 的溜管成功實踐的經(jīng)驗，開始籌劃建設(shè)豎井溜管混凝土系統(tǒng)。

3 溜管混凝土系統(tǒng)及配套設(shè)施的構(gòu)成

豎井溜管混凝土系統(tǒng)由卷揚機、兩級緩沖裝置、豎井地面接料斗、孔口鎖管裝置、溜管、緩沖器、洞內(nèi)接料斗及與之相配套的拌和系統(tǒng)組成。圖1 為豎井溜管垂直運輸混凝土系統(tǒng)。

圖1 豎井溜管垂直運輸混凝土系統(tǒng)

1）兩級緩沖裝置

在攪拌機與地面接料斗溜管之間設(shè)置兩級緩沖裝置，由一級緩沖閘門和二級接料斗及限流閘門組成。首先，在攪拌機垂直出料管末端設(shè)置一級緩沖閘門，專人負責開度，以緩解因混凝土垂直下落形成較大沖擊力。其次，在垂直出料口末端焊接接45°斜管，斜管末端接緩沖料斗，緩沖料斗出料口設(shè)置限流閘門，閘門設(shè)置限流刻度，由專人根據(jù)限流刻度隨時調(diào)整開度，以保證混凝土勻速、連續(xù)進入地面接料斗。

2）豎井地面接料斗

在地面井口位置設(shè)置接料斗，與豎井溜管采用法蘭連接。接料斗上口設(shè)置過濾網(wǎng)，網(wǎng)眼為方孔，直徑40 mm。主要過濾個別超徑骨料，以防幾塊骨料聚集一塊而堵塞溜管。

3）井口鎖管裝置

在豎井運行期間，溜管通過井口鎖管裝置懸吊于豎井中。溜管高出地面25 cm，采用鎖口卡將溜管鎖緊，下面鋪設(shè)1.0 m×1.0 m（δ=20 mm）的雙層鋼板，以擴大其受力面積。

4）溜管

混凝土溜管采用直徑Ф218 mm×9 mm 的無縫鋼管，每節(jié)管長6 m，采用法蘭、高強螺連接。

5）緩沖器

緩沖器為半圓形錳鋼板制作，板厚20 mm，半圓直徑100 mm，將其焊接在每節(jié)溜管下部約100 mm 的位置，緩沖板背面設(shè)置加筋板進行加固，在加緊板兩側(cè)設(shè)置直徑10 mm 的橢圓形沖漿孔。

6）卷揚機

卷揚機起吊重量2 t，安裝在井口正上方的7 m 高的龍門架上。卷揚機主要作用：為豎井日常檢修或出現(xiàn)堵管時，起吊溜管。

4 工藝流程

生產(chǎn)準備→注水潤管→水泥漿、水泥砂漿潤管→拌制混凝土→投料下放→溜管溜送混凝土→攪拌機及溜管沖洗。圖2 為豎井溜管垂直運輸混凝土工藝流程圖。

圖2 豎井溜管垂直運輸混凝土工藝流程圖

5 高落差溜管垂直運輸混凝土的注意事項

5.1 生產(chǎn)準備

1）開倉前檢查砂子、石子、水泥等原材料儲量是否充足，滿足單倉混凝土澆筑量時方可開倉，避免混凝土澆筑過程中斷，二次洗管、潤管增加施工成本。

2）根據(jù)材料進倉批次及數(shù)量，及時檢測砂子細度模數(shù)、含水率、含泥量等，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)相應調(diào)整施工配合比。

3）每次開倉前，先進行檢查并排除攪拌機故障，確保拌合站正常運轉(zhuǎn)生產(chǎn)。

5.2 潤管

先注水潤管，二次水泥漿、砂漿潤管：

1）采用0.5：1（水灰重量比）的水泥漿潤管，生產(chǎn)量以出管口有連續(xù)水泥漿流出為準，一般生產(chǎn)水泥漿量為0.3 t。

2）采用混凝土同配合比砂漿潤管，一般生產(chǎn)砂漿兩盤（1.6 m3）。

3）水泥漿、砂漿潤管出現(xiàn)異常狀況或下料異常時，重新使用清水洗管、潤管后按開始工序繼續(xù)生產(chǎn)。

5.3 拌制混凝土投料下溜

1）潤管完成無異常后，拌制混凝土，單盤拌合時間約150 s。

2）首次緩慢放料不超過0.2 m3（放料時間不小于1 min），與洞下聯(lián)系，確定出料正常后再繼續(xù)放料；首盤放料時間應在連續(xù)、均勻的前提下控制在4 min 以上。

3）首盤混凝土放料結(jié)束后，待洞內(nèi)反映出料正常后，拌合站方可連續(xù)自動配料；連續(xù)生產(chǎn)過程中單盤混凝土用時約150 s，出機口應通過控制閥門開關(guān)，控制單盤混凝土出料時間在150 s 左右，同時應盡量保證出料的連續(xù)性及均勻性。

5.4 非正常情況的處理

1）下料暫停

（1）暫停≧30 min：若生產(chǎn)過程中出現(xiàn)拌合站等待間隔≧30 min（補料等待、機械設(shè)備故障等）的情況時應重新使用清水洗管，需要繼續(xù)生產(chǎn)時重復開始工序生產(chǎn)。

（2）暫停＜30 min：生產(chǎn)過程中出現(xiàn)拌合站等待時間間隔＜30 min 的情況時，后續(xù)繼續(xù)生產(chǎn)首盤料應調(diào)整塌落度在22～24 之間，首次緩慢放料不超過0.2 m3（放料時間不小于1 min），與洞下聯(lián)系，確定出料正常后再繼續(xù)放料；首盤放料時間應在連續(xù)、均勻的前提下控制在4 min 以上。洞內(nèi)出料正常后按正常工序繼續(xù)自動生產(chǎn)配料。

2）下料異常

在生產(chǎn)過程中如發(fā)現(xiàn)混凝土溫度過高（超過35℃）、過干（塌落度損失嚴重）或有堵管跡象時，應立即停止生產(chǎn)及放料；先使用少量（500 kg）清水入管，檢測上下流水是否順暢，若出管口無水流出，說明已堵管，停止生產(chǎn)，拆管處理堵管問題；若上下流水順暢，則繼續(xù)使用清水洗管，待沖洗干凈后，重復開始生產(chǎn)工序生產(chǎn)。

5.5 生產(chǎn)完成，洗管及攪拌機

生產(chǎn)完成后，使用清水及時清洗溜管及攪拌機，沖洗水流入洞內(nèi)設(shè)置的沉淀池，沉淀后采用水泵逐級排至洞外。

6 結(jié)語：

隧洞高落差溜管垂直運輸混凝土施工工藝過程控制比較嚴格，每一道工序必須按上述工藝流程及控制要點進行施工，稍有不慎可能會發(fā)生堵管。主要適用于埋深大、高落差、溜管垂直運輸混凝土工程，運輸成本低。落差小、采用斜井溜管運輸混凝土工程均可借鑒，施工工藝及控制重點根據(jù)實際情況可略簡化。