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        緩坡超長(zhǎng)斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究

        2019-08-27 11:26:30龍,銘,
        四川水力發(fā)電 2019年3期
        關(guān)鍵詞:支洞斜井隧洞

        孫 金 龍, 楊 漢 銘, 張 永 豐

        (1.廣州新珠工程監(jiān)理有限公司,廣東 廣州 510610;2.中鐵五局集團(tuán)有限公司,貴州 貴陽(yáng) 550003)

        1 混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究概述

        隨著建設(shè)工程規(guī)模的快速發(fā)展,無(wú)論是水利水電、交通運(yùn)輸、礦山等工程,斜井施工被廣泛應(yīng)用于工程實(shí)踐中,尤其是水利水電工程的施工支洞,由于受地形條件和地理環(huán)境因素的影響,時(shí)常會(huì)設(shè)計(jì)為斜井型式。直觀上看斜井水平距離比平洞相對(duì)縮短,但作為施工交通運(yùn)輸?shù)闹饕ǖ?,改變了常?guī)的施工作業(yè)方式,相應(yīng)的常規(guī)施工機(jī)械難以使用,就斜井混凝土運(yùn)輸而言,由于坡度大輪式機(jī)械無(wú)法行駛,只能使用傳統(tǒng)的軌道式斗車(chē)運(yùn)輸混凝土,而軌道式斗車(chē)運(yùn)輸混凝土存在施工效率低、安全隱患大、施工成本高等不利因素。因此,在工程實(shí)踐中研究如何應(yīng)用新的混凝土運(yùn)輸方式,能夠替代傳統(tǒng)的運(yùn)輸模式非常重要,根據(jù)工程實(shí)際應(yīng)用統(tǒng)計(jì),在短距離(≤300 m)、陡坡(≥25°)斜井中使用溜槽運(yùn)輸混凝土比較容易實(shí)現(xiàn),但在緩坡(<25°)、超長(zhǎng)(>600 m)斜井中極為罕見(jiàn)。

        夾巖水利樞紐工程,是國(guó)家172項(xiàng)重大水利工程,也是貴州省最大的水利投資項(xiàng)目,總投資約170億元人民幣。工程設(shè)計(jì)渠道總長(zhǎng)829 km,其中輸水干渠6條長(zhǎng)281公里,隧洞數(shù)量多,干渠設(shè)計(jì)斜井支洞共計(jì)11條,其中水打橋隧洞全長(zhǎng)20 036 m,共設(shè)計(jì)有4條斜井支洞,斷面型式采用圓形,襯砌后內(nèi)徑5.4 m,1#斜井支洞長(zhǎng)585 m,坡度i=37.94%(20.5°),2#斜井支洞長(zhǎng)660 m,坡度i=32.45%(17.8°),3#斜井支洞長(zhǎng)680 m,坡度i=34.46%(19.1°),4#斜井支洞已做設(shè)計(jì)修改,斜井為城門(mén)洞型,襯砌后尺寸6×5 m(寬×高)。由于施工支洞設(shè)計(jì)為緩坡、超長(zhǎng)斜井結(jié)構(gòu),給混凝土澆筑運(yùn)輸工作帶來(lái)了極大困難,混凝土采用傳統(tǒng)的軌道運(yùn)輸方式,無(wú)法保證工程工期并且增加施工成本;施工安全隱患大;施工質(zhì)量難以控制。若采用溜槽運(yùn)輸方式,由于斜井長(zhǎng)度大、坡度緩,很可能出現(xiàn)混凝土流動(dòng)性差,產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象,無(wú)法保證混凝土澆筑質(zhì)量。

        為解決這一關(guān)鍵性技術(shù)難題,加快施工進(jìn)度、實(shí)現(xiàn)緩坡和超長(zhǎng)斜井混凝土溜槽運(yùn)輸?shù)募夹g(shù)創(chuàng)新,工程技術(shù)人員針對(duì)斜井混凝土溜槽運(yùn)輸特點(diǎn),結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況,在干渠水打橋隧洞斜井支洞中進(jìn)行混凝土溜槽運(yùn)輸創(chuàng)新性研究試驗(yàn)。

        2 斜井混凝土運(yùn)輸?shù)默F(xiàn)有技術(shù)

        經(jīng)過(guò)對(duì)水利水電、交通運(yùn)輸、鐵路、礦山等行業(yè)現(xiàn)階段調(diào)查統(tǒng)計(jì),斜井設(shè)計(jì)在工程中出現(xiàn)的長(zhǎng)度從幾十米到幾百米甚至千米,寬和高從幾米到十幾米,坡度從十幾度到幾十度不等。工程上斜井作用大致分為兩類(lèi):一類(lèi)是水利發(fā)電工程用于增加水頭壓力實(shí)現(xiàn)水能動(dòng)力發(fā)電為目的的斜井;另一類(lèi)是作為工程項(xiàng)目的“施工交通支洞”,承擔(dān)著各類(lèi)材料、物件的運(yùn)輸功能的斜井。長(zhǎng)期以來(lái),水利水電、交通運(yùn)輸、鐵路、礦山等工程的斜井混凝土運(yùn)輸基本依靠軌道式運(yùn)輸方式,尤其是緩坡、超長(zhǎng)斜井混凝土運(yùn)輸一直延續(xù)這種傳統(tǒng)的運(yùn)輸方式。

        軌道運(yùn)輸方式是由大功率絞車(chē)、鋼絲繩、軌道、礦山斗車(chē)等工具組成,軌道式運(yùn)輸混凝土缺點(diǎn)是:運(yùn)輸方式組織復(fù)雜,需要相應(yīng)的輔助作業(yè),施工成本高;隨著斜井隧洞的增長(zhǎng),運(yùn)輸效率大幅度降低,延長(zhǎng)施工工期;運(yùn)輸時(shí)間長(zhǎng),混凝土容易產(chǎn)生初凝現(xiàn)象;施工中會(huì)發(fā)生礦車(chē)脫軌和鋼絲繩斷裂,從而導(dǎo)致安全事故發(fā)生,給工程建設(shè)和企業(yè)帶來(lái)較大損失。

        3 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)

        根據(jù)調(diào)查分析并結(jié)合工程的實(shí)際情況,確定在水打橋隧洞斜井支洞進(jìn)行混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究。水打橋隧洞全長(zhǎng)20 360 m,地質(zhì)條件復(fù)雜多變,施工過(guò)程中出現(xiàn)了煤層瓦斯、硫化氫氣體、一氧化碳?xì)怏w、涌水涌泥等不良地質(zhì)現(xiàn)象,給施工進(jìn)度帶來(lái)了很大影響,導(dǎo)致工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后,混凝土澆筑施工如再繼續(xù)拖延工期將會(huì)影響夾巖水利樞紐工程總工期。因此,在水打橋隧洞斜井支洞進(jìn)行混凝土溜槽運(yùn)輸實(shí)驗(yàn)研究意義重大。

        4 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸方案設(shè)計(jì)

        為解決溜槽運(yùn)輸混凝土技術(shù)難題,專(zhuān)題小組與工程技術(shù)人員集思廣益,從工程實(shí)際出發(fā),經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的分析、研究,采用斜井混凝土運(yùn)輸新型裝置和工藝,把混凝土從斜井井口直接運(yùn)送到斜井底部,然后再由混凝土罐車(chē)運(yùn)送到各需要部位。首先在水打橋隧洞斜井1#支洞(長(zhǎng)585 m,坡度20.5°)、斜井2#支洞(長(zhǎng)660 m,坡度17.8°)現(xiàn)場(chǎng)工作面進(jìn)行探索性試驗(yàn),試驗(yàn)過(guò)程嚴(yán)格按照技術(shù)要求和方案執(zhí)行。為提高斜井混凝土運(yùn)輸試驗(yàn)研究的成功率,減少混凝土的二次轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)節(jié),在1#支洞斜井試驗(yàn)中將混凝土拌合站移到井口位置,節(jié)省了從拌合站到斜井口的二次運(yùn)輸工作,提高了混凝土運(yùn)輸效率和質(zhì)量保證。

        斜井混凝土運(yùn)輸裝置試驗(yàn)系統(tǒng)由混凝土拌合站、上集料斗、敞開(kāi)式溜槽、下集料斗及相關(guān)支架組成,斜井混凝土溜槽運(yùn)輸裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1、細(xì)部結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。具體包括:(1)為水泥、粉煤灰罐;(2)為拌合站操作室;(3)為斜井外部溜槽;(4)為外部溜槽支架;(5)為上集料斗;(6)為斜井內(nèi)溜槽;(7)為內(nèi)溜槽支架;(8)為下集料斗;(9)為下集料斗支架;(10)為混凝土罐車(chē)等。

        圖1 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸裝置結(jié)構(gòu)

        圖2 斜井溜槽運(yùn)輸裝置細(xì)部結(jié)構(gòu)

        5 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

        溜槽運(yùn)輸技術(shù)方案確定后現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)是一項(xiàng)關(guān)鍵性工作,如果試驗(yàn)失敗不僅經(jīng)濟(jì)上受到損失,更重要的是難以保證工期和施工質(zhì)量與安全。因此,在試驗(yàn)開(kāi)始前,專(zhuān)題組連續(xù)3次組織監(jiān)理、施工、設(shè)計(jì)、業(yè)主等單位相關(guān)人員召開(kāi)溜槽技術(shù)方案實(shí)施研論會(huì)將問(wèn)題解決在試驗(yàn)實(shí)施前,避免帶著問(wèn)題進(jìn)行試驗(yàn)工作。

        6 混凝土溜槽運(yùn)輸裝置制作、安裝

        混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn)有兩項(xiàng)關(guān)鍵工作,一是溜槽制作和安裝的精度,二是混凝土試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)。針對(duì)混凝土溜槽制作,專(zhuān)題組要求施工單位從材料進(jìn)場(chǎng)到結(jié)構(gòu)加工、制作必須由監(jiān)理工程師檢查、監(jiān)督,重要的結(jié)構(gòu)部位要經(jīng)過(guò)專(zhuān)題組聯(lián)合驗(yàn)收,溜槽運(yùn)輸裝置安裝全過(guò)程均有監(jiān)理工程師實(shí)施旁站,對(duì)每道工序驗(yàn)收合格后方可進(jìn)行下道工序。

        7 溜槽運(yùn)輸配合比設(shè)計(jì)與調(diào)整

        首先按照設(shè)計(jì)強(qiáng)度、抗凍和抗?jié)B指標(biāo)進(jìn)行室內(nèi)混凝土配合比設(shè)計(jì),合格后用于現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)調(diào)整階段。為保證試驗(yàn)過(guò)程的順利進(jìn)行,在室內(nèi)進(jìn)行了三組混凝土配合比設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)原則是在混凝土水膠比不變、設(shè)計(jì)參數(shù)不變的前提下調(diào)整用水量,以基準(zhǔn)用水量上、下浮動(dòng)5 kg,得出三組配合比參數(shù)(見(jiàn)表1)并經(jīng)過(guò)中心試驗(yàn)室復(fù)核合格。在試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)第一組配合比混凝土塌落度損失過(guò)大,混凝土流動(dòng)不暢通。專(zhuān)題組決定使用第二組混凝土配合比試驗(yàn),從試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀察,溜槽中的混凝土流動(dòng)性穩(wěn)定,流動(dòng)速度均勻,混凝土和易性良好,沒(méi)有產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象。隨即又進(jìn)行了第三組混凝土配合比試驗(yàn),也發(fā)現(xiàn)有類(lèi)似于第一組試驗(yàn)出現(xiàn)的問(wèn)題,不同的就是雖然坍落度增大了但混凝土的流動(dòng)行并不理想,反映了混凝土的和易性較差(見(jiàn)表2)。

        表1 三組不同用水量的混凝土配合比

        表2 三組不同用水量試驗(yàn)結(jié)果

        8 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)研究成果

        通過(guò)專(zhuān)題小組和工程技術(shù)人員的努力,經(jīng)過(guò)大量的現(xiàn)場(chǎng)混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn),技術(shù)人員對(duì)第二組配合比試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)觀察,溜槽中的混凝土流動(dòng)性穩(wěn)定,流動(dòng)速度均勻,混凝土和易性良好,沒(méi)有產(chǎn)生混凝土離析現(xiàn)象,最后對(duì)混凝土試件的試驗(yàn)檢測(cè),各項(xiàng)參數(shù)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求,標(biāo)志著斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)獲得成功。見(jiàn)圖3。

        9 結(jié) 語(yǔ)

        緩坡、超長(zhǎng)斜井混凝土溜槽運(yùn)輸技術(shù)的試驗(yàn)成功,為施工生產(chǎn)起到了積極而富有實(shí)質(zhì)性作用。

        圖3 斜井混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn)成功

        從而加快了斜井混凝土運(yùn)輸速度和澆筑進(jìn)度,使用溜槽運(yùn)輸混凝土新工藝,每倉(cāng)混凝土澆筑循環(huán)時(shí)間需46 h左右,比傳統(tǒng)的軌道式運(yùn)輸節(jié)省9 h,提高施工效率約19.6%;由于縮短了混凝土運(yùn)輸時(shí)間,避免了混凝土出現(xiàn)初凝現(xiàn)象,從而保證混凝土澆筑質(zhì)量;使用溜槽運(yùn)輸混凝土替代了軌道式運(yùn)輸方式,減少了運(yùn)輸中的安全隱患,保證施工作業(yè)安全。此項(xiàng)技術(shù)研究成果充分體系了工程技術(shù)人員的創(chuàng)新觀念,實(shí)現(xiàn)了斜井21°以下緩坡溜槽運(yùn)輸混凝土新目標(biāo),尤其是在17.8°緩坡斜井中混凝土溜槽運(yùn)輸試驗(yàn)成功,為提高施工生產(chǎn)效率,降低施工成本,保證混凝土澆筑質(zhì)量和施工安全做出了貢獻(xiàn)。

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