缓坡超长斜井混凝土溜槽运输技术研究

孙 金 龙， 杨 汉 铭， 张 永 丰

(1.广州新珠工程监理有限公司，广东 广州 510610；2.中铁五局集团有限公司，贵州 贵阳 550003)

1 混凝土溜槽运输技术研究概述

随着建设工程规模的快速发展，无论是水利水电、交通运输、矿山等工程，斜井施工被广泛应用于工程实践中，尤其是水利水电工程的施工支洞，由于受地形条件和地理环境因素的影响，时常会设计为斜井型式。直观上看斜井水平距离比平洞相对缩短，但作为施工交通运输的主要通道，改变了常规的施工作业方式，相应的常规施工机械难以使用，就斜井混凝土运输而言，由于坡度大轮式机械无法行驶，只能使用传统的轨道式斗车运输混凝土，而轨道式斗车运输混凝土存在施工效率低、安全隐患大、施工成本高等不利因素。因此，在工程实践中研究如何应用新的混凝土运输方式，能够替代传统的运输模式非常重要，根据工程实际应用统计，在短距离(≤300 m)、陡坡(≥25°)斜井中使用溜槽运输混凝土比较容易实现，但在缓坡(<25°)、超长(>600 m)斜井中极为罕见。

夹岩水利枢纽工程，是国家172项重大水利工程，也是贵州省最大的水利投资项目，总投资约170亿元人民币。工程设计渠道总长829 km，其中输水干渠6条长281公里，隧洞数量多，干渠设计斜井支洞共计11条，其中水打桥隧洞全长20 036 m，共设计有4条斜井支洞，断面型式采用圆形，衬砌后内径5.4 m，1#斜井支洞长585 m，坡度i=37.94%(20.5°)，2#斜井支洞长660 m，坡度i=32.45%(17.8°)，3#斜井支洞长680 m，坡度i=34.46%(19.1°)，4#斜井支洞已做设计修改，斜井为城门洞型，衬砌后尺寸6×5 m(宽×高)。由于施工支洞设计为缓坡、超长斜井结构，给混凝土浇筑运输工作带来了极大困难，混凝土采用传统的轨道运输方式，无法保证工程工期并且增加施工成本；施工安全隐患大；施工质量难以控制。若采用溜槽运输方式，由于斜井长度大、坡度缓，很可能出现混凝土流动性差，产生混凝土离析现象，无法保证混凝土浇筑质量。

为解决这一关键性技术难题，加快施工进度、实现缓坡和超长斜井混凝土溜槽运输的技术创新，工程技术人员针对斜井混凝土溜槽运输特点，结合施工现场的实际情况，在干渠水打桥隧洞斜井支洞中进行混凝土溜槽运输创新性研究试验。

2 斜井混凝土运输的现有技术

经过对水利水电、交通运输、铁路、矿山等行业现阶段调查统计，斜井设计在工程中出现的长度从几十米到几百米甚至千米，宽和高从几米到十几米，坡度从十几度到几十度不等。工程上斜井作用大致分为两类：一类是水利发电工程用于增加水头压力实现水能动力发电为目的的斜井；另一类是作为工程项目的“施工交通支洞”，承担着各类材料、物件的运输功能的斜井。长期以来，水利水电、交通运输、铁路、矿山等工程的斜井混凝土运输基本依靠轨道式运输方式，尤其是缓坡、超长斜井混凝土运输一直延续这种传统的运输方式。

轨道运输方式是由大功率绞车、钢丝绳、轨道、矿山斗车等工具组成，轨道式运输混凝土缺点是：运输方式组织复杂，需要相应的辅助作业，施工成本高；随着斜井隧洞的增长，运输效率大幅度降低，延长施工工期；运输时间长，混凝土容易产生初凝现象；施工中会发生矿车脱轨和钢丝绳断裂，从而导致安全事故发生，给工程建设和企业带来较大损失。

3 斜井混凝土溜槽运输技术

根据调查分析并结合工程的实际情况，确定在水打桥隧洞斜井支洞进行混凝土溜槽运输技术研究。水打桥隧洞全长20 360 m，地质条件复杂多变，施工过程中出现了煤层瓦斯、硫化氢气体、一氧化碳气体、涌水涌泥等不良地质现象，给施工进度带来了很大影响，导致工程进度严重滞后，混凝土浇筑施工如再继续拖延工期将会影响夹岩水利枢纽工程总工期。因此，在水打桥隧洞斜井支洞进行混凝土溜槽运输实验研究意义重大。

4 斜井混凝土溜槽运输方案设计

为解决溜槽运输混凝土技术难题，专题小组与工程技术人员集思广益，从工程实际出发，经过长时间的分析、研究，采用斜井混凝土运输新型装置和工艺，把混凝土从斜井井口直接运送到斜井底部，然后再由混凝土罐车运送到各需要部位。首先在水打桥隧洞斜井1#支洞(长585 m，坡度20.5°)、斜井2#支洞(长660 m，坡度17.8°)现场工作面进行探索性试验，试验过程严格按照技术要求和方案执行。为提高斜井混凝土运输试验研究的成功率，减少混凝土的二次转运环节，在1#支洞斜井试验中将混凝土拌合站移到井口位置，节省了从拌合站到斜井口的二次运输工作，提高了混凝土运输效率和质量保证。

斜井混凝土运输装置试验系统由混凝土拌合站、上集料斗、敞开式溜槽、下集料斗及相关支架组成,斜井混凝土溜槽运输装置结构见图1、细部结构见图2。具体包括：(1)为水泥、粉煤灰罐；(2)为拌合站操作室；(3)为斜井外部溜槽；(4)为外部溜槽支架；(5)为上集料斗；(6)为斜井内溜槽；(7)为内溜槽支架；(8)为下集料斗；(9)为下集料斗支架；(10)为混凝土罐车等。

图1 斜井混凝土溜槽运输装置结构

图2 斜井溜槽运输装置细部结构

5 斜井混凝土溜槽运输现场试验

溜槽运输技术方案确定后现场试验是一项关键性工作，如果试验失败不仅经济上受到损失，更重要的是难以保证工期和施工质量与安全。因此，在试验开始前，专题组连续3次组织监理、施工、设计、业主等单位相关人员召开溜槽技术方案实施研论会将问题解决在试验实施前，避免带着问题进行试验工作。

6 混凝土溜槽运输装置制作、安装

混凝土溜槽运输试验有两项关键工作，一是溜槽制作和安装的精度，二是混凝土试验配合比设计。针对混凝土溜槽制作，专题组要求施工单位从材料进场到结构加工、制作必须由监理工程师检查、监督，重要的结构部位要经过专题组联合验收，溜槽运输装置安装全过程均有监理工程师实施旁站，对每道工序验收合格后方可进行下道工序。

7 溜槽运输配合比设计与调整

首先按照设计强度、抗冻和抗渗指标进行室内混凝土配合比设计，合格后用于现场试验调整阶段。为保证试验过程的顺利进行，在室内进行了三组混凝土配合比设计，设计原则是在混凝土水胶比不变、设计参数不变的前提下调整用水量，以基准用水量上、下浮动5 kg，得出三组配合比参数(见表1)并经过中心试验室复核合格。在试验过程中发现第一组配合比混凝土塌落度损失过大，混凝土流动不畅通。专题组决定使用第二组混凝土配合比试验，从试验现场观察，溜槽中的混凝土流动性稳定，流动速度均匀，混凝土和易性良好，没有产生混凝土离析现象。随即又进行了第三组混凝土配合比试验，也发现有类似于第一组试验出现的问题，不同的就是虽然坍落度增大了但混凝土的流动行并不理想，反映了混凝土的和易性较差(见表2)。

表1 三组不同用水量的混凝土配合比

表2 三组不同用水量试验结果

8 斜井混凝土溜槽运输技术研究成果

通过专题小组和工程技术人员的努力，经过大量的现场混凝土溜槽运输试验，技术人员对第二组配合比试验现场观察，溜槽中的混凝土流动性稳定，流动速度均匀，混凝土和易性良好，没有产生混凝土离析现象，最后对混凝土试件的试验检测，各项参数指标均达到设计要求，标志着斜井混凝土溜槽运输技术获得成功。见图3。

9 结 语

缓坡、超长斜井混凝土溜槽运输技术的试验成功，为施工生产起到了积极而富有实质性作用。

图3 斜井混凝土溜槽运输试验成功

从而加快了斜井混凝土运输速度和浇筑进度，使用溜槽运输混凝土新工艺，每仓混凝土浇筑循环时间需46 h左右，比传统的轨道式运输节省9 h，提高施工效率约19.6%；由于缩短了混凝土运输时间，避免了混凝土出现初凝现象，从而保证混凝土浇筑质量；使用溜槽运输混凝土替代了轨道式运输方式，减少了运输中的安全隐患，保证施工作业安全。此项技术研究成果充分体系了工程技术人员的创新观念，实现了斜井21°以下缓坡溜槽运输混凝土新目标，尤其是在17.8°缓坡斜井中混凝土溜槽运输试验成功，为提高施工生产效率，降低施工成本，保证混凝土浇筑质量和施工安全做出了贡献。