溜筒和卧泵联合输送混凝土在斜井中的应用

2015-12-18何玉

水利技术监督 2015年3期

何玉

(辽宁省东水西调工程建设局，辽宁沈阳 110003)

金窝水电站为引水式水力发电站，该电站机组是目前亚洲单机容量最大、水斗数最多的冲击式水轮机。金窝水电站主要由首部枢纽、引水系统、地面厂房系统等建筑物构成。电站于2004年8月开工，2008年底投产发电。

压力管道斜井高达550m，其中压力管道中斜井全长299.7m，开挖直径为4.8m，钢管安装直径为3.6m，钢管外部回填60cm厚的C20混凝土。因通往中斜井的唯一通道中一平段支洞位于悬崖峭壁上，开挖期间是利用8t索道作为运输通道。压力管道中斜井回填混凝土设计方量为2371m3，加上超填近3000m3混凝土，若全部混凝土均通过8T索道进行运输，受索道运行限制，无法满足压力管道中斜井混凝土回填强度需要。

如何解决中斜段回填混凝土运输通道是整个金窝水电站是否能按合同工期顺利发电的瓶颈。若从中二平段支洞运输混凝土，需要搭设高空脚手架，安全隐患比较突出;若从中一平段支洞运输，必须采用索道运输，不但存在安全隐患，而且还存在索道运输混凝土组合料的速度较慢，不能满足施工进度要求。

最后经过参加各方的多次讨论研究，决定通过蝶阀室交通洞上平段，采用卧泵将混凝土输送到压力管道上斜段上口，再利用上斜井压力钢管内部搭设的混凝土溜管，将混凝土输送至上斜井下口(即中一平段)自制的钢板料斗里(4m3左右)，然后在中一平段经过人工二次拌合混凝土，再采用布置在上中一平段的HBT60混凝土输送泵，泵送至中斜井上口，最后利用已安装在中斜井压力钢管外壁钢管上搭设的溜管，将混凝土输送到中斜井仓内。从而达到压力管道中斜井回填混凝土按进度计划顺利完成的目的。

在金窝水电站压力管道中斜井混凝土回填施工过程中，利用两次混凝土泵送、两次混凝土拌和、两次混凝土溜筒，混凝土输送垂直距离高达415m，解决了金窝水电站压力管道中斜井混凝土回填的难题。

1 混凝土溜管在上斜井内和中斜井内搭设

1.1 混凝土溜管在上斜井压力钢管内搭设

采用50×5的角钢和Φ16钢筋相结合的方式，在上斜段压力钢管内安装人工爬梯，钢筋爬梯采用角铁焊接在压力钢管内，上斜段共长223.8m，钢筋爬梯分四段，每段50m，每段钢筋爬梯单独焊接，钢筋爬梯端头制作一个挂钩，将挂钩挂在吊耳上。每段钢爬梯顶部焊制一个平台，平台约为1.5m2，供施工人员休息之用，钢爬梯每10m就和压力钢管进行焊接，焊接采用Φ25。角铁50×5作为钢爬梯加固附件，对每段钢爬梯加固3道。

溜管安装采用从下而上安装，并采用”U”型Φ25钢筋将溜管牢牢的焊接在压力钢管上，溜管采用法兰盘联接，每节溜管6m，每3m就采用U”型Φ25钢筋卡焊接一道。溜管采用φ200mm钢管。

1.1.1 钢筋爬梯安全应力计算

(1)钢筋爬梯采用 Φ16钢筋制作，梯步为30cm，梯宽为40cm，每50m钢爬梯所用钢筋的长度为:50×2+(50/0.3+1)×0.5=184m。

每段钢爬梯的质量:

G1=KG/M×L=3.85×184=708kg (1)

(2)每段爬梯同时上3个人，每人按100kg计算，行走加速度保守估计2m/s2，再加上运输的一节钢管重量合计总计:

G2=100×3+600+208=1108kg (2)

(3)合计共重:G=G1+G2=1.82(t)。

(4)根据图1所示。受力分析得:

F+μ*N=G (3)

N=mgcosθ (4)

G=mgsinθ (5)

因钢管的摩擦系数可忽略不计，所以所有焊接点的剪力为F=G=1.82*sinθ≈1.53(t)。

图1 钢筋爬梯的受力情况分析

(5)每段钢爬梯(50m)焊点设为6对(每10m一对)，采用Φ25直接焊接在压力钢管上，每个Φ25钢筋焊点焊接高度和宽度定为5mm，则每个焊点的焊接面积为8.635mm2，查《简明施工计算手册》知焊点的剪力屈服点为110N/mm2，则每个焊点的平均受力:为0.951t，12个焊点为11.4t。

取安全系数为5.0，则12 个焊点承受安全力:f安=11.4/5=2.28T，所以，f安＞F。

因此采用Φ25钢筋焊接钢爬梯，可确保钢爬梯受力。

1.1.2 混凝土溜管安全应力计算

混凝土溜管采用Φ200钢管，壁厚5mm，每节(长6m)重208kg，采用法兰盘连接，溜管与压力钢管内壁之间用钢筋Φ25焊接牢固，用“U”钢筋骨卡固定起吊起，每节焊接2对焊点。根据图1可知每节溜管的下滑力为G=mgsinθ=0.174(t)。混凝土在溜管内的最大摩擦阻力为混凝土(6m为一计算单元)在溜管内的下滑力f，从而作用溜管的摩擦阻力为f=m1a*=25.709×6=154(kg)=0.154(t)，而每对焊点安全受力为:

f安=0.951×2=1.9t(每节溜管为两对焊点，一对焊点就足以确保安全受力)。

由于焊点的安全受力远远大于溜管及混凝土作用在溜管上摩擦阻力之和，所以每节溜管焊接一对焊点就可确保溜管的受力安全。

1.2 混凝土溜管在中斜段压力钢管外壁搭设

混凝土溜管采用φ200mm钢管，沿压力钢管轨道上铺设，将溜管安装到斜段待浇筑部位，混凝土垂直运输方式采用钢管溜管进行混凝土浇筑，随着浇筑高度的增大割除混凝土溜管，为了施工安全和施工进度，将溜管浇筑回填混凝土内。确保混凝土最大下料高度为6m。

因溜管沿压力钢管底部安装，钢管溜管长度为6m，采用焊接方式将溜管焊接在压力钢管轨道及加固锚杆上，为防止骨料分离，每在距离混凝土浇筑面3m处设置一个弯头，弯头对着岩壁，以减缓混凝土的冲击力，最大程度地减小混凝土骨料分离。见溜管弯头示意图2。

图2 溜管弯头示意图

2 混凝土级配

因中斜段混凝土垂直运输需要经过上斜段，为防止混凝土的分离，加大混凝土的和易性，增大混凝土的坍落度，是十分必要。混凝土采用一级配C30混凝土，并在混凝土中加入NF高效减水剂可以增强混凝土的粘聚性与和易性，减小用水量，确保回填混凝土浇筑饱满。

3 基础岩面处理

经监理工程师验收后的基础岩面，需先撬挖松动石块，清除浮碴、泥沙和污物，因压力管道钢管安装后，高度太大，人员向上背运清理后的杂物、浮碴时，会造成极大疲劳，为减缓施工人员过度疲劳，采用人工接力的办法，多增加施工人员，每10m高安排一个接力人员。从而加快基础岩面杂物及石碴的处理。

4 混凝土浇筑

4.1 混凝土运输、入仓

中斜段混凝土由布置在蝶阀室交通洞洞口的拌和站拌制，拌制后卸入到混凝土输送泵内，由混凝土输送泵卸入上斜段钢管溜管内。混凝土经过上斜段直接溜到布置在中一平段的自制的钢板料斗内，在料斗旁边布置一台HBT60混凝土输送泵，自制钢板混凝土料斗布置在混凝土输送泵上方，采用人工的方式直接将一级配混凝土泻在卧泵料斗里，然后采用混凝土卧泵再次泵至中斜段钢管外壁溜筒内，最后混凝土沿管卸入仓内。

平仓主要采用人工手持铁锨配合插入软轴式振捣棒进行平仓。

振捣采用φ50mm电动软轴插入式振捣器振捣，振捣由有经验的混凝土工按规范操作，防止过振和漏振。每一位置的振捣时间以混凝土不再显著下沉，不冒气泡，并开始泛浆时为准。

4.2 上下联系

安装一部电话，上下各派一个专门联络通讯，另外配用一对讲机，铺助通讯，确保信息畅通无阻。

5 安全防护措施

(1)金窝水电站压力钢管内钢爬梯安装，尾于高危地下斜井施工，施工难度大，为确保施工安全，在施工期间要严格按照《安全生产法》、局《安全生产、文明施工管理规定》和项目部的各项规章制度执行，确保安全生产能持续有效。

(2)为确保上斜井溜管的安装，在安装溜管时，实行从上向下吊运材料，每次吊运的溜管只能为一根，施工人员和施工材料一块上下，利用布置在上平段的卷扬机和专用卷扬机起吊平台，采用卡环、铁丝、钢丝绳将溜管固定好后与施工人员一起下溜至施工位置，然后，施工人员确认将溜管焊接牢固后，再将绑缚溜管的钢丝绳解除。

(3)项目部在钢爬梯及溜管安装前，首先由工程技术部和安全部等部门抽出相关人员组成评价小组针对施工现场环境和特点，进行危险源和环境因素的辨识、风险评价、风险控制、并编写出合理有效的“应急预案与响应控制程序”“危险源辨识、评价”“环境因素识别、评价”对所确定的重大危险源和重大环境因素制定合理的控制措施及方案。

(4)在上斜井施工的操作人员，为确保人员的坠落伤害，需挂安全绳，特别是在上斜井施工的人员，需将安全绳牵引至上平段，派专人负责安全绳的牵挂工作。

(5)钢爬梯及溜管安装前，经现场安全技术交底清楚，并经施工人员进行书面安全交底工作方可组织实施。交底有接受人签字。

(6)钢爬梯及溜管安装工作面，专业电工牵引专用照明线路。并由专业电工现场进行照明线路管理。确保钢管内的用电安全

(7)在进行钢爬梯或溜管安装时，传送材料时下面不得有人，防止坠物砸伤。

(8)施工休息时不准坐在爬梯上或不安全的地方，应该坐在休息平台上休息，在休息时要将安全带挂在平台上面的爬梯上。

(9)施工人员不准穿胶底易滑鞋作业，衣服要轻便。

(10)当日完工后，应仔细检查岗位四周情况，如发现有隐患的部位应及时进行修复并交代下班施工人员，凡患有高血压，心脏病者不得上斜井操作。

(11)工人的工具及零配件要放在工具袋内，穿防滑鞋，袖口、裤口要扎紧。

(12)凡在斜井施工的人员，不准连续作业，不准加班作业，更不准疲劳作业。

(13)钢爬梯和溜管在拆除时，边拆除边进行压力钢管焊点处理，处理采用打磨机进行打磨，打磨面符合设计要求。

(14)拆除采用从上到下的方式进行，拆除的材料防止坠落，拆除过程中，下面严禁存人。

(15)必须派专业焊工对钢爬梯及溜管进行施焊，施焊的质量符合规范及设计要求。