石鐵帥

(遼寧省東水西調(diào)建設(shè)工程局， 遼寧 沈陽(yáng)　110003)

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超長(zhǎng)隧洞設(shè)置投料豎井應(yīng)注意的問(wèn)題

石鐵帥

(遼寧省東水西調(diào)建設(shè)工程局， 遼寧 沈陽(yáng)110003)

大伙房水庫(kù)輸水工程14號(hào)支洞投料豎井采取投料管末端設(shè)置井底緩沖器和及時(shí)洗刷管壁等措施有效地保證了井下混凝土性能指標(biāo)符合設(shè)計(jì)要求，保證了工程實(shí)體質(zhì)量。

豎井； 投料管； 混凝土性能； 還原試驗(yàn)

1　工程概況

大伙房水庫(kù)輸水工程TBM施工掘進(jìn)時(shí)設(shè)置有施工輔助支洞，主要功能為開(kāi)挖通風(fēng)、出渣、初期支護(hù)材料運(yùn)輸，以及主洞襯砌混凝土運(yùn)輸，但因TBM掘進(jìn)里程長(zhǎng)，設(shè)置的施工輔助支洞在運(yùn)輸混凝土與出渣、通風(fēng)、材料供應(yīng)交叉作業(yè)，相互干擾，混凝土運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換次數(shù)多，安全生產(chǎn)與保證質(zhì)量、加快進(jìn)度之間的矛盾日益突出。為解決第二階段施工的混凝土供應(yīng)問(wèn)題，主洞施工進(jìn)料系統(tǒng)采用了投料豎井垂直運(yùn)輸。其中14號(hào)支洞承擔(dān)了主洞上游方向掘進(jìn)8.37km、下游方向3.0km的襯砌、主洞初期支護(hù)及噴混凝土任務(wù)，混凝土總量高達(dá)7.55萬(wàn)m3。按一年內(nèi)要完成混凝土襯砌計(jì)劃，該支洞必須保證平均10～12 m3/h的供應(yīng)能力才有可能實(shí)現(xiàn)。隧洞內(nèi)混凝土襯砌采用模板臺(tái)車(chē)平行施作，泵送混凝土入倉(cāng)，多個(gè)澆筑面連續(xù)作業(yè)，高峰期混凝土供應(yīng)量達(dá)到50m3/h。需求高強(qiáng)度的混凝土長(zhǎng)距離運(yùn)輸與出渣、通風(fēng)、材料供應(yīng)交叉作業(yè)，相互干擾， 施工支洞運(yùn)行將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出設(shè)計(jì)能力。此外，16.8%的坡度運(yùn)輸混凝土屬于重車(chē)下坡，長(zhǎng)距離運(yùn)輸致混凝土坍落度損失明顯，灌注時(shí)極易堵管。因此，選擇適當(dāng)部位設(shè)置投料、通風(fēng)兼用并同時(shí)滿足噴射混凝土及襯砌混凝土骨料供應(yīng)的投料豎井，減少支洞行車(chē)密度和混凝土運(yùn)輸方式轉(zhuǎn)換次數(shù)，根除斜井軌道運(yùn)輸“瓶頸”，并保證混凝土性能成為工程亟需。如何最大限度地減少混凝土性能指標(biāo)改變程度、方便輸送、保證輸送能力則是運(yùn)用投料豎井必須考慮的問(wèn)題。

2　投料豎井應(yīng)注意的問(wèn)題

投料豎井主要結(jié)構(gòu)包括接料倉(cāng)、井身、投料管、緩沖裝置、防塵裝置等。豎井內(nèi)設(shè)置兩套投料管分別為襯砌料管和噴混凝土料管，投放成品混凝土和噴混凝土半成品料[1]。

2.1豎井投料管布置及固定

豎井要具備較長(zhǎng)的使用周期、方便耐用和便于維護(hù)，直徑600cm(襯砌后)投料豎井成孔后，需要進(jìn)行投料管的布置及固定，工程實(shí)施過(guò)程中采用的投料管材質(zhì)選用無(wú)縫鋼管，規(guī)格型號(hào)為φ273(壁厚δ=10mm)；投料管在高強(qiáng)度施工過(guò)程中避免不了混凝土輸送時(shí)拌和物的沖撞振動(dòng)及受沖擊后發(fā)生位移，極易引發(fā)安全事故，因此設(shè)置投料豎井時(shí)應(yīng)注意的首要問(wèn)題是投料管與井壁的固定。

2.2投料管管壁的清洗

豎井投料管無(wú)論是投放成品混凝土，還是半成品料，投放過(guò)程中不可避免地造成了管壁粘附、磨蝕。由于投料管為細(xì)長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，直接觀測(cè)管內(nèi)結(jié)垢情況根本不可能。如果不及時(shí)清除砂漿結(jié)垢，不僅投料的有效孔徑日益減小，更會(huì)造成因細(xì)骨料的不斷粘附，進(jìn)而改變混凝土拌和物配合比及和易性，變?yōu)椴缓细竦陌韬臀?。因此投料管管壁的清洗?wèn)題非常重要。

2.3混凝土拌和物投放時(shí)的緩降措施

《水工混凝土施工規(guī)范》明確規(guī)定：混凝土的自由下落高度不宜大于2m，超過(guò)時(shí)應(yīng)采取緩降措施，防止骨料分離。為保證投料的順暢，在細(xì)長(zhǎng)的投料鋼管中設(shè)置緩沖是不現(xiàn)實(shí)的。豎井投放深度超過(guò)百米，高速自由下落產(chǎn)生的強(qiáng)力沖擊將造成砂石骨料的粒徑、級(jí)配及自身強(qiáng)度發(fā)生變化，從而影響混凝土硬化后的物理力學(xué)指標(biāo)。此外，高空下落的混凝土極易產(chǎn)生離析。

離析是指混凝土拌和物組成材料之間的黏聚力不足以抵抗集料下沉的一種現(xiàn)象。主要表現(xiàn)形式有兩種：一是粗集料顆粒從拌和物中分離出來(lái)；二是水泥漿(水泥加水)從拌和物中分離出來(lái)。其危害包括：

a.影響施工性能，泵送時(shí)造成粘罐、堵管、爆管、導(dǎo)管上浮等現(xiàn)象，延長(zhǎng)作業(yè)時(shí)間，降低經(jīng)濟(jì)效益。

b.導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)砂紋、蜂窩、骨料外露等現(xiàn)象，增大洞身糙率，影響結(jié)構(gòu)表觀形象。

c.混凝土勻質(zhì)性差，各部分收縮不一，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生收縮裂縫概率增大。

d.混凝土強(qiáng)度大幅下降的同時(shí)，極大降低了抗?jié)B、抗凍的性能。

因此在豎井投料時(shí)為保證混凝土拌和物在輸送過(guò)程中不發(fā)生離析，必須采取合理可行的緩降措施。

3　解決方法

3.1投料管的布置及固定

投料豎井中布置兩根φ273(壁厚δ=10mm)無(wú)縫鋼管。每套鋼管節(jié)間以法蘭盤(pán)、高強(qiáng)螺栓連結(jié)牢固，并用錨桿錨固于巖壁上。對(duì)鋼管外壁與井壁之間的間隙滿灌水灰比0.3的P.O42.5純水泥漿固結(jié)投料管，既防止投料時(shí)混凝土拌和物沖撞振動(dòng)，又阻止井壁滲水流入洞內(nèi)。此外，從安全角度出發(fā)，在投料管底部專(zhuān)設(shè)支撐架，避免投料管受沖擊后下移，拉壞地表井口鎖定裝置，造成事故。為避免豎井墜落物危及洞內(nèi)行人安全，并利于通風(fēng)，豎井中心距主洞中心水平距離3.0m?？紤]投料孔使用過(guò)程中混凝土的濺落和投料運(yùn)輸系統(tǒng)在沖洗中產(chǎn)生的大量廢水廢渣，在井底設(shè)計(jì)排水溝，將水引排至主洞的污水沉淀池中。

3.2投料管管壁的清洗

為避免鋼管堵塞和保證投放料組分不變，工程采用了吊車(chē)鋼絲繩懸吊下落的重力式井管壁刷，井壁刷采用直徑φ13cm、長(zhǎng)100cm的鐵芯外粘貼8cm厚的軟質(zhì)護(hù)膜，護(hù)膜外栽鋼絲，外露5cm。每批投放結(jié)束，即用清水配此裝置反復(fù)沖洗、清潔，直至鋼刷順暢下落為止。

3.3混凝土拌和物投放時(shí)的緩降措施

為促進(jìn)下落拌和物之間的二次融合，彌補(bǔ)骨料與水泥漿的包裹程度，減緩混凝土高速出料對(duì)接料罐車(chē)的強(qiáng)烈沖擊，在井底110cm部位將鋼管彎折30°，安裝了由型鋼和鋼板焊制而成的緩沖漏斗作為豎井井底緩沖器[2]。漏斗上口3.4m×2.0m，下口0.4m×0.4m，高1.5m，出口設(shè)出料控制弧門(mén)。傾斜的接料緩沖面鋼板厚20mm，經(jīng)久耐磨。當(dāng)管內(nèi)高速下落的混凝土變向30°減速落入弧門(mén)關(guān)閉的漏斗內(nèi)后，粗、細(xì)骨料及水泥漿再次融合裹護(hù)，避免了離析現(xiàn)象的發(fā)生。最后，人工打開(kāi)弧門(mén)，經(jīng)緩沖器出料口進(jìn)入混凝土罐車(chē)[4]。

4　結(jié)　語(yǔ)

為驗(yàn)證豎井投料方式對(duì)混凝土性能的影響，質(zhì)量檢測(cè)中心對(duì)14號(hào)支洞豎井投料前后的混凝土拌和物進(jìn)行了還原試驗(yàn)，項(xiàng)目包括粒級(jí)變化、壓碎指標(biāo)、混凝土硬化后性能。試驗(yàn)結(jié)果顯示：投放前后，混凝土原材料與拌和物各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)變化不明顯；井下硬化后的混凝土抗壓強(qiáng)度、抗凍、抗?jié)B指標(biāo)均滿足設(shè)計(jì)要求[3]。

由此而知：使用豎井投放成品混凝土和噴混凝土半成品料時(shí)，采取及時(shí)洗刷管壁、投料管末端設(shè)置井底緩沖器等措施，在一定的條件下，對(duì)混凝土拌和物混合料性能及硬化后力學(xué)性能產(chǎn)生的影響很小。輔以施工配合比粗細(xì)骨料調(diào)整，硬化后的混凝土抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性完全滿足設(shè)計(jì)要求的指標(biāo)。超長(zhǎng)隧洞施工采用深細(xì)豎井投料管垂直運(yùn)輸混凝土的工藝能夠保證井下混凝土性能指標(biāo)改變?cè)诳煽胤秶鷥?nèi)，有效保證了工程實(shí)體質(zhì)量。

[1]郭鳳萍，杜士斌，楊勝.投料豎井在超長(zhǎng)隧洞工程施工中的應(yīng)用[J].水利建設(shè)與管理，2008(5)：58-61.

[2]黃兵，陳遠(yuǎn)揚(yáng).超長(zhǎng)隧洞混凝土物料的垂直運(yùn)輸[J].東北水利水電，2014(2),17-18.

[3]那力.大伙房水庫(kù)輸水工程隧洞施工豎井還原試驗(yàn)分析[J].東北水利水電，2007(2):19-20.

[4]楊全文，胡廷正，張虹.粗骨料級(jí)配對(duì)泵送混凝土性能的影響[J].水利建設(shè)與管理，2010(9)：72-73.

Problems requiring attention in feeding shaft setup in super-long tunnel

SHI Tieshuai

(LiaoningEast-to-WestWaterDiversionConstructionEngineeringBureau,Shenyang110003,China)

In Dahuofang Reservoir water resources project No. 14 sub-tunnel feeding shaft, well bottom buffer is set at the end of feeding pipe, and pipe wall is timely brushed, etc. These methods efficiently ensure the consistence of well bottom concrete performance indicators with design requirements, and guarantee the project entity quality.

shaft, feeding pipe; concrete performance; reducing test

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2016.10.015

TV554

B

1005-4774(2016)10- 0052- 03