混凝土溜灰管垂直运输施工技术研究

混凝土溜灰管垂直运输施工技术研究

李清明

四川二滩国际工程咨询有限责任公司， 四川 成都 610000

【摘 要】本文主要针对深竖井混凝土溜灰管垂直运输施工技术研究，结合竖井工况及现场实际情况制定切实可行的施工措施进行论述、分析和试验对比，为深大竖井通过溜灰管垂直运输混凝土提供解决方案和思路。

【关键词】混凝土；溜灰管；垂直运输

0  引言

伴随着21世纪开发地下空间时代的到来，地下隧洞工程近年来迅猛发展，大多数工程埋深大、距离长、地质条件复杂、关键技术难度大，规划布置斜支洞距离长、工期长、成本高，选择规划布置竖井替代斜支洞成为一种趋势，总结出一套深竖井混凝土溜灰管垂直运输施工关键技术方法，必将在国内外类似施工中得到广泛的应用，且前景广阔。

1  工程概况

新疆某供水工程总长540km，主要由XE隧洞(139.04 km) 、KS隧洞(283.27 km) 和SS隧洞(92.15km) 组成，隧洞占总长度的95.6%，均为深埋超特长隧洞，其中KS隧洞是目前世界上已建和在建的最长输水隧洞，主洞共采用18 台TBM掘进，中间设置多条大断面超深竖井，KS隧洞标段划分见示意图1。

图1  KS隧洞标段划分示意图

其中S3竖井及其他多条竖井均采用正井法“一掘一砌”施工，S3竖井深度275m，净直径为6.8m，竖井及控制主洞段施工混凝土均通过井筒内布置的溜灰管垂直运输混凝土，取得了较好的工程应用效果。

2混凝土溜灰管垂直运输系统的设计与运用

2.1 混凝土垂直运输方案

工程所在地冬季气温严寒，拌合系统采用半埋式保温钢结构大棚，拌合系统布置在竖井井口附近，混凝土拌制完成后，通过搅拌机出料口下放至底部设置的混凝土转接装置出料斗内，再通过斜溜槽将混凝土溜至竖井垂直运输溜灰管内，通过溜灰管垂直运输至竖井底部缓冲器内，然后通过井底卸料平台溜槽将混凝土下放至混凝土罐车或有轨运输卧罐内。具体实施方式详见示意图2。

图2  竖井混凝土垂直运输系统整体示意图

悬吊设备及溜灰管材料选型：混凝土溜灰管上部采用壁厚8mm的DN219锰钢管，由于下部承受冲击及摩擦力较大，容易磨损穿透，下部100m范围内使用壁厚12mm的DN219锰钢管，采用2根Φ32mm钢丝绳通过竖井凿井井架顶部天轮悬吊，管路采用高压法兰连接，管路与钢丝绳采用专用管卡固定，通过2JZ-16/1000型双滚筒稳车悬吊。 

2.2竖井溜灰管悬吊固定装置

通过工程实践，研发了竖井溜灰管悬吊及管道固定装置，钢板管箍弯曲加工（类似半圆形）成两头固定钢丝绳、中间部位圆弧形固定溜灰管，在钢板管箍与溜灰管内侧凹槽内镶嵌定制方木垫枕，在钢板管箍与溜灰管接触面上设置内衬材料，内衬为非金属材质，使用两个钢板管箍将溜灰管及钢丝绳分别卡在钢板管箍槽内，在加工制作钢板管箍时在钢丝绳槽两端对应位置钻孔，采用螺栓、螺母及垫片将钢板管箍与钢丝绳、溜灰管固定到一起，使其紧固牢靠。具体实施方式详见示意图3。

图3  溜灰管悬吊固定装置示意图

2.3竖井底部防护兼卸料平台布置

考虑缓冲器支撑和竖井底部掉渣防护，在竖井井筒底部加工制作缓冲器支架，支架整体采用I16工字钢，将工字钢与该段已架设完成钢拱架支撑焊接，间距与钢拱架榀距相同，支架加工完成后在顶部铺设一层6mm厚钢板，以防顶部掉渣。具体实施方式详见示意图4。

图4  竖井底部防护平台示意图

2.4溜灰管缓冲器设计

混凝土通过竖井自由落体至井底后，需提供一种抗冲击、耐磨损溜灰管缓冲器。在缓冲器顶板预留人员检修进人孔（采用双侧门活动顶盖），侧板采用14mm厚钢板加工，焊缝部位采用[12槽钢36作为背肋加固，在进料管正下部底板斜面上设置高强耐磨锰钢板，呈斜坡状光滑面起缓冲耐磨作用，同时在溜灰管缓冲器底部出料管处设置手推式控制，以便人工控制下料速度。溜灰管支架采用HW150短型钢支撑结合现场平台空间设置斜撑加固，同时由于溜灰管自重较大，考虑平台安全，采用在缓冲器外壁对侧焊接钢丝绳吊耳，在竖井井壁上设置四组φ22砂浆锚杆（L=3m，入岩2.8m），外露20cm加工为弯钩，锚杆外露弯钩与缓冲器吊耳33采用钢丝绳连接固定，钢丝绳直径18mm，将缓冲器整体拉紧。具体实施方式详见示意图5。

图5  溜灰管缓冲器设计示意图

2.5溜灰管局部磨损快速修补方法及装置研发

混凝土溜灰管上部采用壁厚8mm的DN219锰钢管，由于下部承受冲击及摩擦力较大，容易磨损穿透，下部一定长度使用壁厚12mm的DN219锰钢管，外衬补强钢板使用Q235B，壁厚10mm钢板，在加工厂提前卷制加工成近似半圆弧形（或利用废旧管材中间切割），长度60cm，并在距上下沿分别10cm位置两侧焊接耳板，耳板规格为10cm×10cm，耳板中间位置对称开M20螺栓孔，另一侧钢板管箍弯曲加工成宽10cm圆环形，中间部位圆弧形可与溜灰管紧密结合，管箍两侧耳板对应位置钻螺栓孔，内衬柔性材料提前加工成与外衬补强钢板结构尺寸一致，当溜灰管局部磨损穿透时，首先将外衬补强钢板中间位置紧贴溜灰管破损部位，同时在外衬补强钢板与溜灰管接触面上设置内衬柔性皮带，其次分别连接4套M20×80mm高强螺栓，通过两个圆形钢板管箍端部螺栓孔将外衬补强钢板及内衬耐磨皮带与溜灰管破损部位紧固牢靠，通过内衬柔性材料与溜灰管柔性接触及钢板外衬刚性支撑保证溜灰管穿孔部位封堵修补严实，结构安全牢靠。

3  混凝土溜灰管垂直运输试验成果

3.1现场生产性试验及成果分析

1、人员、机械、试验设备就位，各项准备工作完毕后，开始进行混凝土垂直运输试验。

2、为防止混凝土离析，拌制混凝土前，搅拌机操作手按照砂浆配合比拌制0.5m3的混凝土砂浆下放至储料仓、溜灰管和缓冲器内，对下料溜管内壁进行润滑。

3、下完砂浆后，搅拌机操作手按照试验室出具的混凝土配合比，启动搅拌机自动上料装置，将原材料加入搅拌仓后进行搅拌，每种标号的混凝土搅拌时间分30s、60s、90s三组进行试验，混凝土搅拌均匀后通过移动式溜槽下放至中转储料仓后通过溜灰管上端受料斗进入溜灰管。

4、混凝土下放至井口中转储料仓内后，打开溜槽闸门，混凝土顺着溜槽进入溜灰管内。井口试验人员待溜槽内的混凝土流速均匀后使用铁锹进行取样。

5、混凝土在井筒内顺着溜灰管经缓冲器到达井底储料仓内，待本盘下料结束，井口储料仓闸门关闭后通知井底试验人员在井底储料仓内进行取样检测。

6、取样后，需现场进行试验的混凝土坍落度、含气量、温度、表观密度、骨料含量、砂浆表观密度等，由专职试验人员进行操作，确保样品保护完好后搬运带回试验室，按照规定养护，龄期到达后进行室内试验。

表1  混凝土生产性试验成果统计

中国水利水电第十四工程局有限公司新疆KS隧洞项目经理部

3.2混凝土强度检测

混凝土现场取样抗压强度检测结果见表2。

               表2    混凝土现场取样抗压强度检测数据（龄期28d）

3.3试验结论

1、根据生产性试验过程记录，从井口至井底输送时间为19s。按照自由落体重力加速度计算时间为7.5s，自由落体计算公式H=gt2/2(其中H为井深275m，g为重力加速度9.8m/s)；由此可见混凝土在溜灰管内下放不是自由落体。

2、通过试验成果数据统计分析，混凝土通过溜灰管垂直运输后混凝土温度平均上升2.5℃，坍落度平均减少20mm，表观密度平均增加22kg/m3，含气量平均减少1.5%，骨料含量平均减少1.4%，28d抗压强度平均减少0.89MPa,砂浆表观密度平均增加25.5kg/m3，经过垂直运输后混凝土指标略有变化，但变化后指标均在规范允许偏差范围之内。

3、现场试验分拌制时间为30s、60s、90s三组进行试验，结果均满足要求，现场施工实际混凝土拌制时间为90s。

4、经过现有混凝土拌合系统、垂直运输系统后混凝土指标满足规范要求，垂直运输系统满足施工要求。

综上所述，混凝土经过275m竖井垂直运输之后均匀性、和易性良好，各项指标变化不大，满足混凝土施工性能及质量要求。

4  混凝土溜灰管垂直运输系统运行与维护

1、混凝土溜灰系统在运行过程中，监控及通信系统是关键，通常采取电铃、电话、视频监控、备用对讲机等多重保险, 确保通井上与井下联系畅通，出现紧急情况时及时采取措施。

2、混凝土下料结束后，应及时对溜管进行冲洗。拌合站操作人员通过监控视屏观察混凝土状态，通过单盘分批开启仓门控制下料速度，  应控制在1m2/min内，速度过快易造成混凝土堵管。

3、在竖井马头门位置安排专人在接料结束后及时清理缓冲器内混凝土积料，防止缓冲器出料口堵塞及不合格料入仓。在溜灰系统正常运行过程中，管理人员定期通过竖井内梯子间对溜灰管道及缓冲器进行巡查，若发现溜灰管道局部磨穿时立即停止运行溜灰系统，安排人员使用溜灰管快速修补装置对磨穿部位进行修补，磨损严重时，须对管路进行更换。

4、结合本工程施工经验及实际应用情况，混凝土溜灰管在投料一级配混凝土约8000m3、二级配混凝土约5000m3 时溜灰管下部管道会出现磨穿及严重漏料现象，须将溜灰管提升至井口对破损管段进行更换后再下放安装就位，每更换一次需要约1天时间。

5  结语

混凝土溜灰管垂直运输施工技术已在本工程取得成功应用，并得到了较好的推广，该技术有效缓解了长斜井运输混凝土的交通安全问题，加快了混凝土运输效率，降低了混凝土运输成本，，为今后类似工程的高效、保质、安全施工提供了可靠的技术指导、工法流程及经济指标。

参考文献：

［1］李银桥，甄新华，武书礼，等 . 深立井溜灰管输送混凝土技术［J］. 焦作工学院学报：自然科学版，2000,（4）: 266-269.

［2］吴松华，黄旭兵，丁一蓉 . 带简易缓冲器的溜管在竖井混凝土浇 筑中的应用［J］. 水利科技与经济，2010，16（7）: 818-819.

［3］李俊良 . 立井溜灰管下料离析问题的研究［J］. 煤炭学报， 1997，22（5）: 499-503.

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作者简介：李清明 （1979-），男，四川成都人，工程师，主要从事水利水电工程等施工技术管理。

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