超长隧洞混凝土物料的垂直运输

2014-03-22陈远扬

东北水利水电 2014年2期

关键词：支洞供料孔口

黄兵，陈远扬

（辽宁润中供水有限责任公司,辽宁沈阳 110166）

超长隧洞混凝土物料的垂直运输

黄兵，陈远扬

（辽宁润中供水有限责任公司,辽宁沈阳 110166）

大伙房水库输水工程超长隧道施工过程中，某标段总长约 23km，中间共计 3 条施工支洞，平均每段长约 8km。在施工供料过程中采用投料竖井供料，极大的提高了工作效率，同时也提高其它工作面工作效率。

超长隧洞；投料竖井；工作效率

1 设置投料孔必要性

1）现浇仰拱混凝土，根据进度估算供应能力17 m3/h 左右 (主要考虑现浇仰拱的中心角度需进一步扩大，以满足与模板台车进行接口)，因此混凝土供应能力应满足 32m3/h，在主洞通过列车编组，需乘一定的储备系数取 1.5，满足设备故障和劳动生产率的影响，能够容易满足，支洞的供应能力取1.5 的系数，这样支洞供应能力应为 72m3/h。考虑大车配备 5m3的混凝土罐车进行运输，需要 4.8 min 供应一趟车，但由于采用斜井运输，中间有吊机转运和支洞运输时间，洞外存在混凝土罐车和出碴车辆的干扰、洞内考虑与锚杆、网片、拱架及其它材料的供应矛盾，即使配备大车在支洞供应混凝土，要完成搅拌、运输、转运等作业亦非常紧张，考虑冬季施工和连续高产能力，必须有非常可靠的供料能力。因此投料孔方案是较为合适的选择。

2）根据以往长距离洞内混凝土运输经验，混凝土的长距离运输受运输形式、转换、运输距离长等不利影响，混凝土塌落度损失较大、混凝土灌注经常堵管等，易出现混凝土质量等问题，因此，必须采用特殊措施尽量避免混凝土性能的损失，采用投料孔具有减少运输方式转换次数，混凝土性能易于保证等特点，为确保工程质量和软弱地段施工的安全，混凝土性能的提高至关重要。

3）采用投料孔可集中运输混凝土，而支洞可运输材料及人员通行等。因此，在 13 号、14 号支洞设置投料孔，15 号支洞断面较大直接由支洞运输。同时 13 号、14 号支洞坡度较大，运输混凝土对施工安排和车辆运行速度影响都较大。

4）汽车平板和混凝土罐的总重要接近 25t，在供料过程中属重车下坡，汽车平板又必须自行改装，13 号、14 号坡度分别为 11.3%和 16.8%，正常状况下，支洞内需同时运行 6～8 辆车，安全隐患非常大。采用投料孔可大大减少支洞行车密度。

基于以上考虑，主洞施工进料系统应该采用投料孔。

2 投料孔设计

2．1 竖直投料孔设计

竖直投料孔结构组成主要有接料仓、井身、投料管、缓冲器等部分，投料孔管子下双管。

2．2 投料孔井底附属工程设计

考虑在投料孔的使用过程中，经常有混凝土溅落在接料线上，且投料运输系统冲洗要产生大量的废水废碴，加之投料孔外壁地下水的排放，因此在井底设计完善的排水系统。主要包括截水沟、排水沟、小型水仓（兼沉淀池）等。

3 投料孔施工

3．1 工艺流程

投料孔选用 XB-325 旋转空心钻机成孔，成孔直径 0.325m。孔口采用内径 426mm、壁厚 5 mm、长 30m 的钢管进行护口。施工钻机移位起重采用塔式起重机,钻孔中所取的岩石存放指定地点。投料管的安装采用注水泥浆进行固定。

3．2 工艺方法

1）测量定位。通过已有的基准点将施工坐标点引测至施工现场内设置的临时桩点上，以方便钻孔定位和检查，孔位定位误差在施工允许范围之内。

2）孔口施工。对施工场地进行必要的硬化后,根据测量放线的点位进行钻架组装，组装完毕后进行孔口施工，护口管中心定位偏差不大于 20 mm。孔口用外径 φ426mm、壁厚 5mm，长 30m的钢管做护壁，泥浆润滑。

3）钻机安装及钻孔施工。钻机安装在定位好后立即进行全面的钻机调试和垂直度的检查，成孔开始前应充分做好准备工作，成孔施工应一次不间断地完成，不出现无故停钻，做好施工原始记录。

施工中首先在钻机上设置导向，钻机定位准确、水平、稳固，钻机回转盘中心与护筒中心的允许偏差不大于 20mm。钻机定位后用钢丝绳将护筒上口挂带在钻机底盘上，成孔过程中钻机塔架头部滑轮组，回转器与钻头应始终保持在同一铅垂线上的状态下钻进。钻孔施工过程中定期进行垂直度的检查，保证垂直度小于 2/100。

钻机钻头采用直径 325mm 的空心钻，钻进速度先轻压、慢转，进入正常工作状态后，逐渐加大转速和钻压，严格控制转速和钻压稳增或稳减。一般土层使用Ⅱ档（70 转/分），在特殊情况下使用Ⅰ档（40r/min），其钻进快与慢,根据岩层地质条件的变化而变化。成孔后采取措施保护好孔口，防止杂物掉落孔内。

4）下放投料管。在钻孔深度达到 117～118m时停钻，对孔径、孔的垂直度进行检测。经检查合格后，下放投料管。

①下管前准备工作。精确测量井身深度和每节钢管实际长度并进行编号。钢管之间采用对焊焊接，为保证对焊质量，预先在每根钢管两端割45°坡口，在距起吊端 1.2m 处沿周边，均匀焊设 3个起吊卡块，卡块厚 10mm，长宽在 30～50mm；为便于控制对接精度，保证连接强度，预先在起吊端沿周边，均匀焊设 3个对中连接块。

②下管。利用钻机井架进行起吊下放。下管工艺如下图1所示。

图1 投料管下管工艺框图

5）注浆固定投料管。投料管安装好之后对侧壁注水泥浆固定。参照类似工程经验，浆液配比采用 W/C＝0.3 的浓浆液，注浆时先抽水再注浆，并要保证投料管内的水头压力和侧壁的浆液压力平衡（按此配比，需保证投料管内水头高于侧壁浆液1.2m），防止跑浆。

注浆完成后，等强一周，再采用直径为 219 mm 的钻头进行最后 2～3m 的钻孔施工，达到投料孔的顺利贯通。

3．3 井底缓冲装置设计

缓冲器是为减缓出料口混凝土出料速度，避免因混凝土出料对接料罐车的强烈冲击而设置的一种缓冲装置，其主要部件是一节一定长度的盲管。其工作原理是管内高速下落的混凝土撞击盲管底部经加厚的底座，速度明显减慢，然后由缓冲器出料口排入混凝土罐车中。在投料管底部设置撑架，避免投料管受冲击后下移，拉坏地表井口锁定装置，造成事故。根据类似施工经验，缓冲器设计长度为 1100mm，盲管长 300mm，出料角度 30°。

另外，考虑投料孔使用过程中，混凝土的溅落和投料运输系统在冲洗中产生的大量废水废碴，在井底设计排水沟，将水引排至主洞的污水沉淀池中。