深井衬砌混凝土施工技术的研究与应用

王建国 李建彬

1. 北京北控庆都水质净化有限公司 北京 100102；

2. 中国葛洲坝集团国际工程有限公司 北京 100025

1 工程概况

GD-3水电站工程位于埃塞俄比亚首都亚的斯亚贝巴南部稍偏东约400 km，靠近索马里、肯尼亚边境地带。该项目属EPC总承包，业主为埃塞俄比亚电力公司，工程师为美国哈扎咨询公司，合同金额折合人民币30.8亿元，工期为83个月。

本电站多年平均流量92.6 m3/s，水库设计总库容为2.57×109m3，有效库容为2.31×109m3，正常蓄水位高程1 120 m，死水位1 080 m，装机容量254 MW，主要由坝区建筑物、输水系统建筑物以及发电厂房建筑物3大部分组成。

2 研究的必要性

输水发电系统包括隧洞进水口，长12.4 km的低压隧洞，高216 m的竖井，高120 m的调压井，长285 m的高压隧洞。竖井及调压井混凝土衬砌已成为本项目施工的难点及重点。

国内外水利水电行业中包含高大竖井或调压井混凝土浇筑的项目很多，竖井混凝土浇筑手段也成为施工阶段中的难点之一，核心技术是混凝土垂直运输稳定性问题和滑模动态提升与溜筒下料顺利对接问题。

3 技术方案

本技术方案结合竖井混凝土衬砌施工成熟的液压爬升滑模系统，优化施工工艺，提高深竖井连续浇筑施工质量，其工艺流程为：溜筒构件加工→现场准备→输料系统安装→浇筑混凝土、钢筋安装→提升滑模系统就位→继续浇筑上一层混凝土，直至浇筑完成。

输料系统由下料斗、溜筒构件、滑槽布料系统构成。溜筒构件主要包括钢管溜筒、缓冲器、转向缓冲器，钢管溜筒与缓冲装置之间采用法兰连接。

3.1 缓冲器装置

缓冲器装置（图1）是采用并行的管状结构，并设置缓冲部，使该处能够在混凝土下料时收集少量混凝土料作为弹性垫层缓冲消能，提高缓冲装置的耐磨性能。

图1 缓冲器构造

设置的出口连接法兰和进口连接法兰便于缓冲装置与溜管进行连接。设置的强化底坎增强了连接段底板的耐磨性能。设置的加强管壁板，能够在管壁被磨穿后作为新的管壁，进一步增强了缓冲装置的耐磨性能。设置的便于拆卸的清理板，便于清理堵塞的管道，或者补焊磨损的强化底坎。

3.2 缓冲转向装置

本缓冲转向装置包括进口段和出口段，进口段为竖直布置，出口段与进口段的侧壁倾斜连通，出口段的出口倾斜朝下；进口段的底部设有封闭的缓冲端板，缓冲端板的位置低于出口段进口的位置，缓冲端板上方空间形成缓冲部；在进口段的顶部设有进口段法兰，进口段法兰上设有多个弧形孔（图2）。

图2 缓冲转向装置

通过设置的缓冲部和设置在进口段法兰的弧形孔，使缓冲部能够在混凝土下料时收集少量混凝土料作为弹性缓冲垫层缓冲消能，提高缓冲装置的耐磨性能。当需要更换混凝土下料点时，松开进口段法兰处的螺杆，转动装置直到出口处位于指定的位置，拧紧螺杆，继续下料。

3.3 滑槽布料系统

滑槽布料系统由主溜槽、溜槽群与架管构成，主溜槽起始段与缓冲转向器末端出口垂直距离一般控制在2 m以内，滑槽布料系统末端通过溜槽群与筒壁浇筑仓位衔接。当竖井尺寸较小，不用主溜槽时，转动缓冲转向器至不同角度以实现定点下料。

混凝土通过溜筒末端缓冲转向器出口出料，经过滑槽布料系统，进入浇筑仓位。

3.4 施工工艺要求

3.4.1 现场准备

完成竖井岩壁一侧结构钢筋，按照生产厂家要求安装滑模系统，组织技术、质量、安全管理人员进行联合验收，保证竖井衬砌混凝土仓位合格。

3.4.2 输料系统布置

在竖井上口搭建受料平台，下料斗与溜筒要连接牢固，下料斗与缓冲器、缓冲器与缓冲器之间的布置距离按不大于12 m控制，溜管和缓冲器应利用加长锚杆焊接固定，按小于4 m的间距布置在溜筒两侧。

溜管与溜筒之间通过缓冲转向装置连接，缓冲混凝土下落动能，调整出料方向，扩大混凝土入仓范围。

在下料平台及进口和滑模的布料层、养护层布置水管供水，以保证管道湿润。

3.4.3 竖井混凝土浇筑

混凝土搅拌车从拌和系统取料，在竖井受料平台受料斗下料，通过输料系统，依靠混凝土自重输料，溜筒随着滑模的不断爬升、缓冲转向器的循环更换而逐根拆除。

每车混凝土下料完毕，应用麻袋堵塞漏斗进料口，防止溜筒内壁失水。当往溜筒中下料间断时间超过15 min时，应检查溜筒壁水分损失及失水情况，再视情况输送一车较高坍落度混凝土或向溜筒补水湿润，补水时应把流出的水和砂浆混合物用水桶盛出仓外。若发生堵管时，可以打开缓冲器检修盖板、清理集料，完成堵管处理。

浇筑靠近地面下料点附近一定高度处时，滑模上受料斗将高于井口，滑模系统不便布料，可采用吊罐转料入仓，或皮带机挂溜筒入仓等措施。

3.4.4 交叉作业

浇筑混凝土过程中，可以安装竖井衬砌混凝土内外侧钢筋网，同步提升滑模系统，完成深竖井衬砌混凝土连续作业。

浇筑混凝土的过程中同时安装内层钢筋及远离岩壁侧的一层钢筋网，每次安装的水平钢筋高度应当与滑模爬升机构匹配，防止出现钢筋阻碍爬升的现象。

4 应用与评价

埃塞俄比亚GD-3水电站，输水管道中调压竖井高度130 m，开挖直径26 m，衬砌直径25 m，采用双层钢筋混凝土衬砌。竖井混凝土衬砌施工时采用连续输送深井混凝土施工技术，衬砌混凝土外观平整光滑，未见错台、砂线、气泡，节约直接工程费用大于80万元，间接费用节约超过160万元。

5 结语

1）在连续输送深井混凝土施工技术研究与应用的过程中，混凝土缓冲装置、缓冲转向装置申报并获得了国家知识产权局授权的实用新型专利，“向下送料连续浇筑竖井混凝土工法”亦成为了中国电力建设企业协会行业工法，具有很高的创新性及市场应用前景。

2）本技术采用溜筒和缓冲器、缓冲转向器配合，使用安全、便捷、经济，混凝土连续下料期间缓冲段堆积少量骨料起着弹性缓冲消能作用。

3）溜筒、缓冲器、缓冲转向器和成熟的液压滑模技术配合使用，外侧钢筋在浇筑期间逐步安装到位，实现了超深竖井连续浇筑混凝土一次成型，优化了施工工艺，降低了劳动强度，加快了施工进度。

4）该技术的应用，保证了竖井衬砌混凝土浇筑的整体性，提高了竖井衬砌混凝土的防渗能力。