超长隧洞设置投料竖井应注意的问题

石铁帅

(辽宁省东水西调建设工程局， 辽宁 沈阳　110003)



超长隧洞设置投料竖井应注意的问题

石铁帅

(辽宁省东水西调建设工程局， 辽宁 沈阳110003)

大伙房水库输水工程14号支洞投料竖井采取投料管末端设置井底缓冲器和及时洗刷管壁等措施有效地保证了井下混凝土性能指标符合设计要求，保证了工程实体质量。

竖井； 投料管； 混凝土性能； 还原试验

1　工程概况

大伙房水库输水工程TBM施工掘进时设置有施工辅助支洞，主要功能为开挖通风、出渣、初期支护材料运输，以及主洞衬砌混凝土运输，但因TBM掘进里程长，设置的施工辅助支洞在运输混凝土与出渣、通风、材料供应交叉作业，相互干扰，混凝土运输方式转换次数多，安全生产与保证质量、加快进度之间的矛盾日益突出。为解决第二阶段施工的混凝土供应问题，主洞施工进料系统采用了投料竖井垂直运输。其中14号支洞承担了主洞上游方向掘进8.37km、下游方向3.0km的衬砌、主洞初期支护及喷混凝土任务，混凝土总量高达7.55万m3。按一年内要完成混凝土衬砌计划，该支洞必须保证平均10～12 m3/h的供应能力才有可能实现。隧洞内混凝土衬砌采用模板台车平行施作，泵送混凝土入仓，多个浇筑面连续作业，高峰期混凝土供应量达到50m3/h。需求高强度的混凝土长距离运输与出渣、通风、材料供应交叉作业，相互干扰， 施工支洞运行将远远超出设计能力。此外，16.8%的坡度运输混凝土属于重车下坡，长距离运输致混凝土坍落度损失明显，灌注时极易堵管。因此，选择适当部位设置投料、通风兼用并同时满足喷射混凝土及衬砌混凝土骨料供应的投料竖井，减少支洞行车密度和混凝土运输方式转换次数，根除斜井轨道运输“瓶颈”，并保证混凝土性能成为工程亟需。如何最大限度地减少混凝土性能指标改变程度、方便输送、保证输送能力则是运用投料竖井必须考虑的问题。

2　投料竖井应注意的问题

投料竖井主要结构包括接料仓、井身、投料管、缓冲装置、防尘装置等。竖井内设置两套投料管分别为衬砌料管和喷混凝土料管，投放成品混凝土和喷混凝土半成品料[1]。

2.1竖井投料管布置及固定

竖井要具备较长的使用周期、方便耐用和便于维护，直径600cm(衬砌后)投料竖井成孔后，需要进行投料管的布置及固定，工程实施过程中采用的投料管材质选用无缝钢管，规格型号为φ273(壁厚δ=10mm)；投料管在高强度施工过程中避免不了混凝土输送时拌和物的冲撞振动及受冲击后发生位移，极易引发安全事故，因此设置投料竖井时应注意的首要问题是投料管与井壁的固定。

2.2投料管管壁的清洗

竖井投料管无论是投放成品混凝土，还是半成品料，投放过程中不可避免地造成了管壁粘附、磨蚀。由于投料管为细长结构，直接观测管内结垢情况根本不可能。如果不及时清除砂浆结垢，不仅投料的有效孔径日益减小，更会造成因细骨料的不断粘附，进而改变混凝土拌和物配合比及和易性，变为不合格的拌和物。因此投料管管壁的清洗问题非常重要。

2.3混凝土拌和物投放时的缓降措施

《水工混凝土施工规范》明确规定：混凝土的自由下落高度不宜大于2m，超过时应采取缓降措施，防止骨料分离。为保证投料的顺畅，在细长的投料钢管中设置缓冲是不现实的。竖井投放深度超过百米，高速自由下落产生的强力冲击将造成砂石骨料的粒径、级配及自身强度发生变化，从而影响混凝土硬化后的物理力学指标。此外，高空下落的混凝土极易产生离析。

离析是指混凝土拌和物组成材料之间的黏聚力不足以抵抗集料下沉的一种现象。主要表现形式有两种：一是粗集料颗粒从拌和物中分离出来；二是水泥浆(水泥加水)从拌和物中分离出来。其危害包括：

a.影响施工性能，泵送时造成粘罐、堵管、爆管、导管上浮等现象，延长作业时间，降低经济效益。

b.导致混凝土结构出现砂纹、蜂窝、骨料外露等现象，增大洞身糙率，影响结构表观形象。

c.混凝土匀质性差，各部分收缩不一，结构产生收缩裂缝概率增大。

d.混凝土强度大幅下降的同时，极大降低了抗渗、抗冻的性能。

因此在竖井投料时为保证混凝土拌和物在输送过程中不发生离析，必须采取合理可行的缓降措施。

3　解决方法

3.1投料管的布置及固定

投料竖井中布置两根φ273(壁厚δ=10mm)无缝钢管。每套钢管节间以法兰盘、高强螺栓连结牢固，并用锚杆锚固于岩壁上。对钢管外壁与井壁之间的间隙满灌水灰比0.3的P.O42.5纯水泥浆固结投料管，既防止投料时混凝土拌和物冲撞振动，又阻止井壁渗水流入洞内。此外，从安全角度出发，在投料管底部专设支撑架，避免投料管受冲击后下移，拉坏地表井口锁定装置，造成事故。为避免竖井坠落物危及洞内行人安全，并利于通风，竖井中心距主洞中心水平距离3.0m。考虑投料孔使用过程中混凝土的溅落和投料运输系统在冲洗中产生的大量废水废渣，在井底设计排水沟，将水引排至主洞的污水沉淀池中。

3.2投料管管壁的清洗

为避免钢管堵塞和保证投放料组分不变，工程采用了吊车钢丝绳悬吊下落的重力式井管壁刷，井壁刷采用直径φ13cm、长100cm的铁芯外粘贴8cm厚的软质护膜，护膜外栽钢丝，外露5cm。每批投放结束，即用清水配此装置反复冲洗、清洁，直至钢刷顺畅下落为止。

3.3混凝土拌和物投放时的缓降措施

为促进下落拌和物之间的二次融合，弥补骨料与水泥浆的包裹程度，减缓混凝土高速出料对接料罐车的强烈冲击，在井底110cm部位将钢管弯折30°，安装了由型钢和钢板焊制而成的缓冲漏斗作为竖井井底缓冲器[2]。漏斗上口3.4m×2.0m，下口0.4m×0.4m，高1.5m，出口设出料控制弧门。倾斜的接料缓冲面钢板厚20mm，经久耐磨。当管内高速下落的混凝土变向30°减速落入弧门关闭的漏斗内后，粗、细骨料及水泥浆再次融合裹护，避免了离析现象的发生。最后，人工打开弧门，经缓冲器出料口进入混凝土罐车[4]。

4　结　语

为验证竖井投料方式对混凝土性能的影响，质量检测中心对14号支洞竖井投料前后的混凝土拌和物进行了还原试验，项目包括粒级变化、压碎指标、混凝土硬化后性能。试验结果显示：投放前后，混凝土原材料与拌和物各项物理力学性能指标变化不明显；井下硬化后的混凝土抗压强度、抗冻、抗渗指标均满足设计要求[3]。

由此而知：使用竖井投放成品混凝土和喷混凝土半成品料时，采取及时洗刷管壁、投料管末端设置井底缓冲器等措施，在一定的条件下，对混凝土拌和物混合料性能及硬化后力学性能产生的影响很小。辅以施工配合比粗细骨料调整，硬化后的混凝土抗压强度、抗渗性、抗冻性完全满足设计要求的指标。超长隧洞施工采用深细竖井投料管垂直运输混凝土的工艺能够保证井下混凝土性能指标改变在可控范围内，有效保证了工程实体质量。

[1]郭凤萍，杜士斌，杨胜.投料竖井在超长隧洞工程施工中的应用[J].水利建设与管理，2008(5)：58-61.

[2]黄兵，陈远扬.超长隧洞混凝土物料的垂直运输[J].东北水利水电，2014(2),17-18.

[3]那力.大伙房水库输水工程隧洞施工竖井还原试验分析[J].东北水利水电，2007(2):19-20.

[4]杨全文，胡廷正，张虹.粗骨料级配对泵送混凝土性能的影响[J].水利建设与管理，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