地下勘探平洞长距离混凝土输送封堵技术的应用

田一亩

1 概况

海南琼中抽水蓄能电站位于海南省琼中县境内，电站安装3台单机容量200 MW的可逆式水泵水轮发电机组，总容量600 MW，为二等大（2）型工程。枢纽建筑物主要由上水库、输水系统、发电厂房及下水库等4部分组成。

地下厂房勘探平洞全长1225 m，高程范围EL.271.08～EL.281.150，沿进洞方向呈上坡向，平均上坡坡度为0.82%。开挖断面尺寸为2.6 m×2.3 m（宽×高），城门洞形，顶拱圆心角为180°，顶拱开挖半径1.3 m。勘探平洞末段平行于引水主洞方向布置，其末端距离引水主洞下斜井距离较近，最近处约58 m。为减小引水主洞与勘探平洞间的水力梯度，确保引水主洞的运行安全，需要对厂房勘探平洞部分洞段进行封堵。计划封堵范围有两段，其一为PD1探洞0+1095～0+1225段封堵，长约130 m；其二为PD1探洞0+1150处KT0+000.000～KT0+030.000洞段，两条探洞总封堵段总长约160 m。设计要求采用C30W10F100混凝土封堵，混凝土用量840 m3。

2 混凝土配合比确定

本次施工为长距离输送混凝土，因此对混凝土有特殊的要求[1]。要求混凝土和易性好，坍落度达到18～21 cm，水泥和粉煤灰等胶凝材料用量比普通混凝土稍多，水胶比控制为0.4～0.44，以充分润滑泵送管道和传递压力。砂率一般要比普通混凝土高约4%～5%，砂率控制为40%～44%。为具备更好的可泵性，优先采用一级配混凝土。

2.1 原材料

（1）水泥：采用华润水泥(昌江）有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥。

（2）粉煤灰：采用海南省澄迈金力丰实业有限公司生产的粉煤灰。

（3）砂：采用海南阳江砂场的河砂。

（4）碎石：采用海蓄电站碎石加工系统生产的人工碎石。（5）外加剂：采用马贝建筑材料（上海）有限公司生产的SR3高性能缓凝型减水剂。

（6）水：工地生产用地表水。

2.2 配合比试验

根据多次配合比设计试验现场试拌，观察混凝土拌和物的流动性、黏聚性、保水性，并经现场模拟泵送，反复调整，并对成型试样室内养护3 d、7 d、28 d的试块试压，测定其抗压强度，最后确定混凝土配合比，详见表1。

表1 混凝土试验配合比

3 混凝土泵选型

本次混凝土施工为长距离混凝土输送，混凝土泵型号选择至关重要。因固定地点长距离泵送，本次选择拖泵施工。根据现场施工条件及施工经验，先计算满足要求的混凝土泵的最大出口压力[2]，再根据压力值选拖泵型号。

因勘探平洞沿进洞方向呈上坡向，且局部有转弯，故应先统一换算为水平长度，再按上式计算。配管水平换算长度按下式计算[3]：

式中：L为配管的水平换算长度（m）；水平配管长度（m）；垂直配管长度（m）；m 为软管根数（根）；n1为弯管个数（个）；n2为变径管个数（个）。

分别为每米垂直管及每根软管、弯管、变径管的换算长度。

水平配管长度为勘探平洞全长，即l1=1225 m。

勘探平洞进口高程和末端高程分别为EL.271.08、EL.281.150，则泵管垂直配管长度为281.150-271.08=10.07 m。而管径为125 mm的泵管其垂直管与水平管的换算系数k=4，则kh1=4×10.07=40.28(m)。

勘探平洞转弯共9个，角度9°～31°之间，具体数据详见表2：

表2 弯管与水平管换算

根据上表，弯管换算成水平管长度 b1n1+b1′n1′=3×4+1.5×5=19.5(m)。

本次施工不使用软管和变径管，故m=0，n2=0。

为满足施工要求，混凝土拖泵需达到的最大出口压力，按下式计算[3]：

式中：Lmas为混凝土拖泵的最大水平输送距离（m）；Pmax为混凝土拖泵的最大出口压力（Pa），拖泵的技术性能；△PH混凝土在水平输送管内流动每米产生的压力损失 (Pa/m)；γ0混凝土输送管半径（m）；K1粘着系数（Pa）；K2速度系数(Pa/m/s)；S 为混凝土坍落度（cm）；t2/t1为混凝土泵分配切换时间与活塞推压混凝土时间之比，一般取0.3；V0为混凝土拌合物在输送管内的平均流速（m/s）；α0径向压力与轴向压力之比，一般情况下取0.9。

V0根据经验取0.5 m/s。

根据泵送施工经验，混凝土泵的最大出口压力应比实际所需压力高10%，多出的压力储备用来应付混凝土变化引起的异常现象，避免堵管。因此，

根据调研的市场行情信息，某重工公司生产的HBT90CH-2122D超高压混凝土输送泵技术参数（详见表3）满足要求：

表3 混凝土泵主要技术参数

因此本次施工采用HBT90CH-2122D混凝土拖泵。

4 隧道通风及加强支护

地下厂房勘探平洞为海蓄电站前期项目，开挖完成后没有再使用过，且考虑到隧道较长，穿越的岩层较多，隧洞内有积聚一氧化碳、氮气、氨气等有害气体的可能；后续隧洞内浇筑混凝土期间水化热的散发会导致洞内闷热潮湿，容易缺氧。考虑以上因素，为保证施工安全，必须先在整个施工期对隧洞进行强制通风。方式为在洞口设置一台2×22 kW轴流风机，沿隧洞安装80 cm风管，正压供风至工作面。

供风管路架设过程中，注意对周边围岩情况进行观察，对因围岩应力释放的局部洞段补充做加强支护。

5 泵送管路安装

（1）考虑到隧洞通行要求及高压泵管的安装固定，本次施工尽量将泵管安装在靠进洞侧右边的底板上。管路布置尽量减少弯头连接，对于小角度转角尽量用直管连通。

（2）管卡使用前全部经过检查，剔除有缺陷或变形的管卡，保接头连接牢固、密封、不漏浆。

（3）对转弯处进行加固，防止混凝土输送过程中管路的冲击震动导致泵管脱落。具体做法为沿泵管弯头两侧各打2个直径20 mm、深度150 mm的插筋孔，注入植筋胶，插入Φ18螺纹钢插筋，待48个小时后，在每两根插筋的垂直方向加一根横向Φ18钢筋，辅以帮条进行焊接以固定泵管。再以泵管为中心，向四周以放射状焊接支撑钢筋，支撑在隧洞岩壁上。

（4）垂直向上配管时，应保证地面水平管长度不小于垂直长度的1/4，且不小于15 m，并在混凝土泵出料口3 m～6 m处的输送管根部设置止回阀，防止混凝土拌合物倒流。

6 质量保证措施

在混凝土质量控制的过程中，准确计量极为重要，特别是水的用量，必须扣除砂、石的含水量，使水胶比的误差值低于10%。

运至现场的混凝土拌和物，若发现和易性不达标，不得强行泵送，紧急送回拌和站进行处理，并降低泵送速度，利用料斗剩余料，间隔推动管道内混凝土，防止堵管。

混凝土泵送过程中，安排2名手持对讲机的巡视工对泵管线路进行不间断巡视，发现泵管脱落或严重漏浆时及时通知现场管理员，由管理员下达命令逐步停止泵送作业并安排人员抢修。

泵送混凝土过程中，应使混凝土泵的活塞尽可能保持在最大行程运转，以利于机械的保护；同时混凝土泵的水箱或活塞清洗室应经常保持充满水。泵送过程应保持连续进行，尽量避免泵送中断。

泵送系统受压时，不得打开任何输送管道；堵管时应先使管内的混凝土余压降为零再进行拆管，以防止压力过高混凝土飞溅伤。

7 结语

海南琼中抽水蓄能电站地下厂房勘探平洞长距离混凝土输送封堵施工中，所采用的混凝土配合比、泵送设备选型、泵管架设、质量控制等方面的施工技术，经事实证明技术可行。且整个施工过程连续紧凑，耗费时间少，节省人员、设备投入，经济效益明显。

[1]DL/T5144-2015，水工混凝土施工规范[S].北京：中国电力出版社，2015.

[2]郑谦文.混凝土超远距离输送施工的技术运用[J].建筑施工，2014年6期；第766-767页.

[3]汪正荣.建筑施工计算手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2001：626-628.