高落差竖井的溜管垂直输送隧洞混凝土施工工艺研究及要点控制

2022-01-10张建庭

山西水利科技 2021年4期

张建庭

（山西省水利建筑工程局有限公司太原山西 030000）

1 工程概况

山西省小浪底引黄工程位于山西省运城市，是自黄河干流上的小浪底水利枢纽工程向山西省涑水河流域调水的大型引调水工程。山西省小浪底引黄工程（引水干线部分）施工V 标为山西省小浪底引黄工程引水无压洞的一部分，全长13.84 km，施工桩号20+250～34+080。主要施工内容为：隧洞开挖及一次支护、混凝土衬砌及配套的临时工程等。

高落差竖井采用溜管输送混凝土系统是在隧洞桩号30+390 地表、隧洞轴线正上方垂直钻孔深入隧洞，孔径600 mm，孔深250 m，井壁埋设螺旋钢管作为护壁管，护壁管内下设Ф218 mm×9 mm 无缝钢管输送混凝土，每节管长6 m，采用法兰、高强螺栓连接。混凝土溜管采用2 t 单筒卷扬机悬吊，溜管内每6 m 设置一缓冲装置，地表孔口、洞内溜管末端均设置接料斗，洞内接料斗直接入混凝土罐车运至浇筑仓面，输送泵入仓。

2 高落差溜管混凝土系统建设的必要性

山西省小浪底引黄工程（引水干线部分）施工V标8#～9#支洞之间主洞段埋深250～440 m，隧洞位于地下水位以下180～200 m，受极其复杂地质条件影响，隧道开挖进度缓慢，支洞数量有限，隧洞开挖与混凝土衬砌无法穿插作业，严重影响施工进度；采用斜井绞车单轨运输系统运输环节多，混凝土拌合物质量难于保证；斜井坡度大，距离长，绞车单轨运输速度慢；斜井运输施工成本高；绞车运输系统存在脱轨、飞车等安全问题，一旦发生事故，人员、设备伤亡较大，施工安全风险大。基于上述原因、参考国内竖井成功的案例和山西省水利建筑工程有限公司在万家寨引黄南干线二级泵站输水压力竖井项目高差146 m、张峰水库导流泄洪洞竖井项目落差80 m 的溜管成功实践的经验，开始筹划建设竖井溜管混凝土系统。

3 溜管混凝土系统及配套设施的构成

竖井溜管混凝土系统由卷扬机、两级缓冲装置、竖井地面接料斗、孔口锁管装置、溜管、缓冲器、洞内接料斗及与之相配套的拌和系统组成。图1 为竖井溜管垂直运输混凝土系统。

图1 竖井溜管垂直运输混凝土系统

1）两级缓冲装置

在搅拌机与地面接料斗溜管之间设置两级缓冲装置，由一级缓冲闸门和二级接料斗及限流闸门组成。首先，在搅拌机垂直出料管末端设置一级缓冲闸门，专人负责开度，以缓解因混凝土垂直下落形成较大冲击力。其次，在垂直出料口末端焊接接45°斜管，斜管末端接缓冲料斗，缓冲料斗出料口设置限流闸门，闸门设置限流刻度，由专人根据限流刻度随时调整开度，以保证混凝土匀速、连续进入地面接料斗。

2）竖井地面接料斗

在地面井口位置设置接料斗，与竖井溜管采用法兰连接。接料斗上口设置过滤网，网眼为方孔，直径40 mm。主要过滤个别超径骨料，以防几块骨料聚集一块而堵塞溜管。

3）井口锁管装置

在竖井运行期间，溜管通过井口锁管装置悬吊于竖井中。溜管高出地面25 cm，采用锁口卡将溜管锁紧，下面铺设1.0 m×1.0 m（δ=20 mm）的双层钢板，以扩大其受力面积。

4）溜管

混凝土溜管采用直径Ф218 mm×9 mm 的无缝钢管，每节管长6 m，采用法兰、高强螺连接。

5）缓冲器

缓冲器为半圆形锰钢板制作，板厚20 mm，半圆直径100 mm，将其焊接在每节溜管下部约100 mm 的位置，缓冲板背面设置加筋板进行加固，在加紧板两侧设置直径10 mm 的椭圆形冲浆孔。

6）卷扬机

卷扬机起吊重量2 t，安装在井口正上方的7 m 高的龙门架上。卷扬机主要作用：为竖井日常检修或出现堵管时，起吊溜管。

4 工艺流程

生产准备→注水润管→水泥浆、水泥砂浆润管→拌制混凝土→投料下放→溜管溜送混凝土→搅拌机及溜管冲洗。图2 为竖井溜管垂直运输混凝土工艺流程图。

图2 竖井溜管垂直运输混凝土工艺流程图

5 高落差溜管垂直运输混凝土的注意事项

5.1 生产准备

1）开仓前检查砂子、石子、水泥等原材料储量是否充足，满足单仓混凝土浇筑量时方可开仓，避免混凝土浇筑过程中断，二次洗管、润管增加施工成本。

2）根据材料进仓批次及数量，及时检测砂子细度模数、含水率、含泥量等，根据检测数据相应调整施工配合比。

3）每次开仓前，先进行检查并排除搅拌机故障，确保拌合站正常运转生产。

5.2 润管

先注水润管，二次水泥浆、砂浆润管：

1）采用0.5：1（水灰重量比）的水泥浆润管，生产量以出管口有连续水泥浆流出为准，一般生产水泥浆量为0.3 t。

2）采用混凝土同配合比砂浆润管，一般生产砂浆两盘（1.6 m3）。

3）水泥浆、砂浆润管出现异常状况或下料异常时，重新使用清水洗管、润管后按开始工序继续生产。

5.3 拌制混凝土投料下溜

1）润管完成无异常后，拌制混凝土，单盘拌合时间约150 s。

2）首次缓慢放料不超过0.2 m3（放料时间不小于1 min），与洞下联系，确定出料正常后再继续放料；首盘放料时间应在连续、均匀的前提下控制在4 min 以上。

3）首盘混凝土放料结束后，待洞内反映出料正常后，拌合站方可连续自动配料；连续生产过程中单盘混凝土用时约150 s，出机口应通过控制阀门开关，控制单盘混凝土出料时间在150 s 左右，同时应尽量保证出料的连续性及均匀性。

5.4 非正常情况的处理

1）下料暂停

（1）暂停≧30 min：若生产过程中出现拌合站等待间隔≧30 min（补料等待、机械设备故障等）的情况时应重新使用清水洗管，需要继续生产时重复开始工序生产。

（2）暂停＜30 min：生产过程中出现拌合站等待时间间隔＜30 min 的情况时，后续继续生产首盘料应调整塌落度在22～24 之间，首次缓慢放料不超过0.2 m3（放料时间不小于1 min），与洞下联系，确定出料正常后再继续放料；首盘放料时间应在连续、均匀的前提下控制在4 min 以上。洞内出料正常后按正常工序继续自动生产配料。

2）下料异常

在生产过程中如发现混凝土温度过高（超过35℃）、过干（塌落度损失严重）或有堵管迹象时，应立即停止生产及放料；先使用少量（500 kg）清水入管，检测上下流水是否顺畅，若出管口无水流出，说明已堵管，停止生产，拆管处理堵管问题；若上下流水顺畅，则继续使用清水洗管，待冲洗干净后，重复开始生产工序生产。