高埋深垂直溜管运输混凝土施工工艺分析

魏立鸿

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

山西省小浪底引黄工程，位于山西省运城市，年引水量2.47亿m3。引水工程起于垣曲县境内，板涧河河口右岸的小浪底水库库区，终于闻喜县境内的吕庄水库，总长度59.6km。

小浪底引黄工程（引水干线部分）施工Ⅴ标7号支洞长834.92m、倾角8.7°（平洞），采用汽车无轨运输；8号支洞长689.7m、倾角20.08°（斜井），采用绞车有轨运输；9号支洞长1197.18m、倾角17.3°（斜井）,采用绞车有轨运输。支洞为城门洞形断面，成型断面尺寸宽3.65m，高3.2m。

7号支洞控制主洞下游遇不良地质条件，隧洞横穿中条山东部山前深大断裂带，断裂带影响带宽度约1.2km，施工困难，贯通时间无法预计，为尽快实现贯通目标，由8号支洞上游作业面继续掘进接应7号支洞；8～9号支洞间控制主洞，隧洞衬砌混凝土运输，原计划采用7号支洞洞外拌和、洞内罐车运输方案，因7号支洞控制主洞下游至今未贯通无法实现。为加快8～9号支洞间控制主洞的隧洞衬砌施工进度，只能变更混凝土运输方案。

2 混凝土运输方案

2.1 运输方案选择

8～9号斜井支洞控制主洞，隧洞衬砌采用绞车牵引平板车、洞内罐车运输方案，效率低，风险大；8号、9号支洞施工期间，隧洞排水量远大于合同排水量，支洞水泵、管路等排水设施已占用较大空间，加之支洞断面较小难以布置其它运输设施。

根据本工程隧洞埋深大、工期紧的特点，并借鉴国内外多个竖井施工运行经验，本工程对传统竖井进行了优化，采用了孔径小，施工快、成本低的垂直溜管运输混凝土方案，解决8～9号斜井支洞控制主洞的隧洞衬砌难题。

2.2 溜管设计

洞外拌和好的混凝土熟料，通过溜管运输至洞内储料斗，洞内罐车从储料斗接料，运输至浇筑仓面，通过输送泵入仓，通过溜管解决8号、9号支洞间控制主洞4170m衬砌混凝土的运输问题。

根据8～9号支洞之间主洞的地质条件、地形地貌，考虑地层特性和后期混凝土施工成本，溜管位置选在8号、9号支洞间，桩号30+390处，溜管深260m，8号支洞控制范围1870m，9号支洞控制范围2300m。溜管布置平面示意见图1。

图1 溜管布置平面示意图

溜管井，溜管井孔径600mm，垂直度不大于0.5°/200m，安装直径529mm、壁厚6mm螺旋钢管作护壁管，护壁管每节长12m，护壁管采用对焊连接。

溜管选择直径219mm、壁厚8mm无缝钢管，每节长6m，溜管连接为法兰连接。溜管缓冲器选择经济、简便、易操作的半圆形挡板缓冲器，缓冲器与溜管轴线呈45°～50°夹角，每节钢管上加工缓冲器，防止长距离垂直向下运输混凝土骨料分离和混凝土堵管现象。缓冲器布置示意见图2。

图2 缓冲器布置示意图

洞外吊装设备采用20t电动葫芦安拆溜管，每次6m，人工配合电动葫芦卸管至附近场地。在溜管下方布置容积2m3储料斗，出口为弧形开关板，并配备两个小功率附着振捣器。

3 溜管施工工艺

溜管施工主要包含：溜管井施工、溜管安装、洞外吊装设备安装和洞内储料斗安装等，施工前测量放线，在地表放出准确的溜管中心位置。

3.1 溜管井施工

主要采用WTD-L800钻机施工，溜管井施工完成后，安装护壁管。溜管井施工步骤为：地表覆盖层施工、先导孔施工、扩孔成井。

3.1.1 钻井

（1）地表覆盖层施工。采用直径650mm空气潜孔锤，钻穿覆盖层并钻进完整基岩0.5m，覆盖层每5m进行测斜纠偏，土层下入直径630mm壁厚6mm井口管。

（2）先导孔施工。采用直径250mm空气潜孔锤，钻孔至设计深度，完整基岩层每25m进行测斜纠偏。

（3）扩孔成井。采用直径350mm空气潜孔锤，扩孔至设计深度；采用直径600mm空气潜孔锤，扩孔至距设计深度2m位置、扩孔至设计孔径。

如钻井时，局部孔段地质条件差，采用水泥浆（水灰比1.0∶1.0～0.5∶1.0）注浆加固地层，防止钻井期间频繁塌孔、运行期间井壁掉块、垮塌、涌水、涌沙事故发生。

3.1.2 排渣

先导孔和扩孔施工产生的石渣，分洞外和洞内两部分处理，先导孔施工石渣，在洞外钻井场地布置储渣池，人工配合装载机定期清理，运至附近弃渣场；洞内扩孔施工石渣，采用洞内装载机装，自卸汽车运至主支交叉口，二次倒运至洞外后，运至弃渣场。

3.1.3 安装护壁管

护壁管采用50t汽车吊安装，吊车吊第一节护壁管，下管高出井口50cm，采用垫叉固定第一节护壁管；吊车吊第二节护壁管在井口位置，对焊、加筋帮条焊连接护壁管，焊接完成后，吊车顺序下管，根据上述步骤依次下放所有护壁管。垫叉示意图见图3。

图3 垫叉示意图

3.2 溜管安装

溜管采用50t汽车吊安装，溜管连接采用法兰连接，法兰与管道焊接，再与管道周边加筋焊接；参考安装护壁管方法安装溜管，溜管高出地表50cm；安装溜管的同时安装通讯电缆，通讯电缆穿过法兰螺丝孔，用胶带牢固粘贴在管壁。法兰与管道焊接示意图见图4。

图4 法兰与管道焊接示意图

3.3 洞外吊装设备安装

井口位置安装高9m的简易龙门架（I20A制作），采用20t电动葫芦装拆溜管；用一端带法兰的无缝钢管（直径219mm壁厚8mm，直径同溜管）做吊装接头；安拆溜管时采用垫叉在井口固定溜管，每次安拆6m，人工配合电动葫芦卸管至附近场地。

3.4 洞内储料斗安装

3.4.1 扩挖安装间

扩挖桩号30+386—30+394洞段侧顶拱，安装间采用钢拱架挂网喷护，成型断面尺寸8.0m×5.2m×7.0m（长×宽×高）。

3.4.2 固结灌浆

对安装间及其上下游15m洞段进行固结灌浆，防止施工过程渗水、掉块，灌浆采用水泥浆，灌浆孔呈梅花型布置，间距1.5m、排距2m，孔深5m。

3.4.3 储料斗安装

采用钢拱架支架支撑储料斗，先人工配合装载机安装好支撑，在洞外下料，洞内焊接成型。

3.5 生产废水处理

洞内溜管附近布置长3m，宽2m，深1m的沉淀池，输送混凝土后的洗管废水，通过管路排至沉淀池，水澄清后通过水泵排出洞外；沉淀池淤积物人工定期清理，运至洞外。

3.6 主要资源配置

主要设备：WTD-L800钻机一台，50t汽车吊一台，30t装载机一台，30.3m3/min空压机一台，电焊机2台。

主要作业人员：工长1人，钻工3人，安装工3人，装载机司机1人。

3.7 施工注意事项

（1）覆盖层地下水位较高时，必须进行灌浆处理，保证覆盖层干孔施工；井口管安装完成后，采用水泥浆固结井口管和孔壁间隙。

（2）钻井过程中，必须控制孔斜，按照频次采用精度0.1°的电子测斜仪纠偏，保证溜管井垂直度不大于0.5°/200m；钻井时局部孔段地质条件差，必须对地层进行预加固处理。

（3）井内局部孔段有渗水时，必须让渗水流入洞内排走，不能封堵井底，避免水压过大挤压护壁管。

（4）溜管质量、缓冲器数量必须保证，避免运行期间溜管过早磨损，混凝土漏进孔内堵孔。

（5）通讯系统必须畅通，井内通讯电缆必须安装牢靠，防止损坏；井底、井外无线网络覆盖，作为备用通讯系统。

4 结语

小浪底引黄工程利用溜管解决斜井混凝土运输难题，保证了施工安全；溜管施工简单方便、投入少，溜管全封闭式运输过程无需动力设备，无污染，环保节能；溜管及配套设施安装、拌和系统及配套设施安装，耗时5个月，投入少、时间短；溜管运输混凝土，运输强度高，施工进度快。260m深溜管运输混凝土的顺利实施，突破了以前溜管运输混凝土深度150m的界限，成功解决了高埋深、长距离隧洞衬砌混凝土运输问题。