溜筒和臥泵聯(lián)合輸送混凝土在斜井中的應(yīng)用

何 玉

(遼寧省東水西調(diào)工程建設(shè)局，遼寧 沈陽 110003)

金窩水電站為引水式水力發(fā)電站，該電站機組是目前亞洲單機容量最大、水斗數(shù)最多的沖擊式水輪機。金窩水電站主要由首部樞紐、引水系統(tǒng)、地面廠房系統(tǒng)等建筑物構(gòu)成。電站于2004年8月開工，2008年底投產(chǎn)發(fā)電。

壓力管道斜井高達(dá)550m，其中壓力管道中斜井全長299.7m，開挖直徑為4.8m，鋼管安裝直徑為3.6m，鋼管外部回填60cm厚的C20混凝土。因通往中斜井的唯一通道中一平段支洞位于懸崖峭壁上，開挖期間是利用8t索道作為運輸通道。壓力管道中斜井回填混凝土設(shè)計方量為2371m3，加上超填近3000m3混凝土，若全部混凝土均通過8T索道進(jìn)行運輸，受索道運行限制，無法滿足壓力管道中斜井混凝土回填強度需要。

如何解決中斜段回填混凝土運輸通道是整個金窩水電站是否能按合同工期順利發(fā)電的瓶頸。若從中二平段支洞運輸混凝土，需要搭設(shè)高空腳手架，安全隱患比較突出;若從中一平段支洞運輸，必須采用索道運輸，不但存在安全隱患，而且還存在索道運輸混凝土組合料的速度較慢，不能滿足施工進(jìn)度要求。

最后經(jīng)過參加各方的多次討論研究，決定通過蝶閥室交通洞上平段，采用臥泵將混凝土輸送到壓力管道上斜段上口，再利用上斜井壓力鋼管內(nèi)部搭設(shè)的混凝土溜管，將混凝土輸送至上斜井下口(即中一平段)自制的鋼板料斗里(4m3左右)，然后在中一平段經(jīng)過人工二次拌合混凝土，再采用布置在上中一平段的HBT60混凝土輸送泵，泵送至中斜井上口，最后利用已安裝在中斜井壓力鋼管外壁鋼管上搭設(shè)的溜管，將混凝土輸送到中斜井倉內(nèi)。從而達(dá)到壓力管道中斜井回填混凝土按進(jìn)度計劃順利完成的目的。

在金窩水電站壓力管道中斜井混凝土回填施工過程中，利用兩次混凝土泵送、兩次混凝土拌和、兩次混凝土溜筒，混凝土輸送垂直距離高達(dá)415m，解決了金窩水電站壓力管道中斜井混凝土回填的難題。

1 混凝土溜管在上斜井內(nèi)和中斜井內(nèi)搭設(shè)

1.1 混凝土溜管在上斜井壓力鋼管內(nèi)搭設(shè)

采用50×5的角鋼和Φ16鋼筋相結(jié)合的方式，在上斜段壓力鋼管內(nèi)安裝人工爬梯，鋼筋爬梯采用角鐵焊接在壓力鋼管內(nèi)，上斜段共長223.8m，鋼筋爬梯分四段，每段50m，每段鋼筋爬梯單獨焊接，鋼筋爬梯端頭制作一個掛鉤，將掛鉤掛在吊耳上。每段鋼爬梯頂部焊制一個平臺，平臺約為1.5m2，供施工人員休息之用，鋼爬梯每10m就和壓力鋼管進(jìn)行焊接，焊接采用Φ25。角鐵50×5作為鋼爬梯加固附件，對每段鋼爬梯加固3道。

溜管安裝采用從下而上安裝，并采用”U”型Φ25鋼筋將溜管牢牢的焊接在壓力鋼管上，溜管采用法蘭盤聯(lián)接，每節(jié)溜管6m，每3m就采用U”型Φ25鋼筋卡焊接一道。溜管采用φ200mm鋼管。

1.1.1 鋼筋爬梯安全應(yīng)力計算

(1)鋼筋爬梯采用 Φ16鋼筋制作，梯步為30cm，梯寬為40cm，每50m鋼爬梯所用鋼筋的長度為:50×2+(50/0.3+1)×0.5=184m。

每段鋼爬梯的質(zhì)量:

G1=KG/M×L=3.85×184=708kg (1)

(2)每段爬梯同時上3個人，每人按100kg計算，行走加速度保守估計2m/s2，再加上運輸?shù)囊还?jié)鋼管重量合計總計:

G2=100×3+600+208=1108kg (2)

(3)合計共重:G=G1+G2=1.82(t)。

(4)根據(jù)圖1所示。受力分析得:

F+μ*N=G (3)

N=mgcosθ (4)

G=mgsinθ (5)

因鋼管的摩擦系數(shù)可忽略不計，所以所有焊接點的剪力為F=G=1.82*sinθ≈1.53(t)。

圖1 鋼筋爬梯的受力情況分析

(5)每段鋼爬梯(50m)焊點設(shè)為6對(每10m一對)，采用Φ25直接焊接在壓力鋼管上，每個Φ25鋼筋焊點焊接高度和寬度定為5mm，則每個焊點的焊接面積為8.635mm2，查《簡明施工計算手冊》知焊點的剪力屈服點為110N/mm2，則每個焊點的平均受力:為0.951t，12個焊點為11.4t。

取安全系數(shù)為5.0，則12 個焊點承受安全力:f安=11.4/5=2.28T，所以，f安＞F。

因此采用Φ25鋼筋焊接鋼爬梯，可確保鋼爬梯受力。

1.1.2 混凝土溜管安全應(yīng)力計算

混凝土溜管采用Φ200鋼管，壁厚5mm，每節(jié)(長6m)重208kg，采用法蘭盤連接，溜管與壓力鋼管內(nèi)壁之間用鋼筋Φ25焊接牢固，用“U”鋼筋骨卡固定起吊起，每節(jié)焊接2對焊點。根據(jù)圖1可知每節(jié)溜管的下滑力為G=mgsinθ=0.174(t)。混凝土在溜管內(nèi)的最大摩擦阻力為混凝土(6m為一計算單元)在溜管內(nèi)的下滑力f，從而作用溜管的摩擦阻力為f=m1a*=25.709×6=154(kg)=0.154(t)，而每對焊點安全受力為:

f安=0.951×2=1.9t(每節(jié)溜管為兩對焊點，一對焊點就足以確保安全受力)。

由于焊點的安全受力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于溜管及混凝土作用在溜管上摩擦阻力之和，所以每節(jié)溜管焊接一對焊點就可確保溜管的受力安全。

1.2 混凝土溜管在中斜段壓力鋼管外壁搭設(shè)

混凝土溜管采用φ200mm鋼管，沿壓力鋼管軌道上鋪設(shè)，將溜管安裝到斜段待澆筑部位，混凝土垂直運輸方式采用鋼管溜管進(jìn)行混凝土澆筑，隨著澆筑高度的增大割除混凝土溜管，為了施工安全和施工進(jìn)度，將溜管澆筑回填混凝土內(nèi)。確保混凝土最大下料高度為6m。

因溜管沿壓力鋼管底部安裝，鋼管溜管長度為6m，采用焊接方式將溜管焊接在壓力鋼管軌道及加固錨桿上，為防止骨料分離，每在距離混凝土澆筑面3m處設(shè)置一個彎頭，彎頭對著巖壁，以減緩混凝土的沖擊力，最大程度地減小混凝土骨料分離。見溜管彎頭示意圖2。

圖2 溜管彎頭示意圖

2 混凝土級配

因中斜段混凝土垂直運輸需要經(jīng)過上斜段，為防止混凝土的分離，加大混凝土的和易性，增大混凝土的坍落度，是十分必要。混凝土采用一級配C30混凝土，并在混凝土中加入NF高效減水劑可以增強混凝土的粘聚性與和易性，減小用水量，確保回填混凝土澆筑飽滿。

3 基礎(chǔ)巖面處理

經(jīng)監(jiān)理工程師驗收后的基礎(chǔ)巖面，需先撬挖松動石塊，清除浮碴、泥沙和污物，因壓力管道鋼管安裝后，高度太大，人員向上背運清理后的雜物、浮碴時，會造成極大疲勞，為減緩施工人員過度疲勞，采用人工接力的辦法，多增加施工人員，每10m高安排一個接力人員。從而加快基礎(chǔ)巖面雜物及石碴的處理。

4 混凝土澆筑

4.1 混凝土運輸、入倉

中斜段混凝土由布置在蝶閥室交通洞洞口的拌和站拌制，拌制后卸入到混凝土輸送泵內(nèi)，由混凝土輸送泵卸入上斜段鋼管溜管內(nèi)。混凝土經(jīng)過上斜段直接溜到布置在中一平段的自制的鋼板料斗內(nèi)，在料斗旁邊布置一臺HBT60混凝土輸送泵，自制鋼板混凝土料斗布置在混凝土輸送泵上方，采用人工的方式直接將一級配混凝土瀉在臥泵料斗里，然后采用混凝土臥泵再次泵至中斜段鋼管外壁溜筒內(nèi)，最后混凝土沿管卸入倉內(nèi)。

平倉主要采用人工手持鐵锨配合插入軟軸式振搗棒進(jìn)行平倉。

振搗采用φ50mm電動軟軸插入式振搗器振搗，振搗由有經(jīng)驗的混凝土工按規(guī)范操作，防止過振和漏振。每一位置的振搗時間以混凝土不再顯著下沉，不冒氣泡，并開始泛漿時為準(zhǔn)。

4.2 上下聯(lián)系

安裝一部電話，上下各派一個專門聯(lián)絡(luò)通訊，另外配用一對講機，鋪助通訊，確保信息暢通無阻。

5 安全防護措施

(1)金窩水電站壓力鋼管內(nèi)鋼爬梯安裝，尾于高危地下斜井施工，施工難度大，為確保施工安全，在施工期間要嚴(yán)格按照《安全生產(chǎn)法》、局《安全生產(chǎn)、文明施工管理規(guī)定》和項目部的各項規(guī)章制度執(zhí)行，確保安全生產(chǎn)能持續(xù)有效。

(2)為確保上斜井溜管的安裝，在安裝溜管時，實行從上向下吊運材料，每次吊運的溜管只能為一根，施工人員和施工材料一塊上下，利用布置在上平段的卷揚機和專用卷揚機起吊平臺，采用卡環(huán)、鐵絲、鋼絲繩將溜管固定好后與施工人員一起下溜至施工位置，然后，施工人員確認(rèn)將溜管焊接牢固后，再將綁縛溜管的鋼絲繩解除。

(3)項目部在鋼爬梯及溜管安裝前，首先由工程技術(shù)部和安全部等部門抽出相關(guān)人員組成評價小組針對施工現(xiàn)場環(huán)境和特點，進(jìn)行危險源和環(huán)境因素的辨識、風(fēng)險評價、風(fēng)險控制、并編寫出合理有效的“應(yīng)急預(yù)案與響應(yīng)控制程序”“危險源辨識、評價”“環(huán)境因素識別、評價”對所確定的重大危險源和重大環(huán)境因素制定合理的控制措施及方案。

(4)在上斜井施工的操作人員，為確保人員的墜落傷害，需掛安全繩，特別是在上斜井施工的人員，需將安全繩牽引至上平段，派專人負(fù)責(zé)安全繩的牽掛工作。

(5)鋼爬梯及溜管安裝前，經(jīng)現(xiàn)場安全技術(shù)交底清楚，并經(jīng)施工人員進(jìn)行書面安全交底工作方可組織實施。交底有接受人簽字。

(6)鋼爬梯及溜管安裝工作面，專業(yè)電工牽引專用照明線路。并由專業(yè)電工現(xiàn)場進(jìn)行照明線路管理。確保鋼管內(nèi)的用電安全

(7)在進(jìn)行鋼爬梯或溜管安裝時，傳送材料時下面不得有人，防止墜物砸傷。

(8)施工休息時不準(zhǔn)坐在爬梯上或不安全的地方，應(yīng)該坐在休息平臺上休息，在休息時要將安全帶掛在平臺上面的爬梯上。

(9)施工人員不準(zhǔn)穿膠底易滑鞋作業(yè)，衣服要輕便。

(10)當(dāng)日完工后，應(yīng)仔細(xì)檢查崗位四周情況，如發(fā)現(xiàn)有隱患的部位應(yīng)及時進(jìn)行修復(fù)并交代下班施工人員，凡患有高血壓，心臟病者不得上斜井操作。

(11)工人的工具及零配件要放在工具袋內(nèi)，穿防滑鞋，袖口、褲口要扎緊。

(12)凡在斜井施工的人員，不準(zhǔn)連續(xù)作業(yè)，不準(zhǔn)加班作業(yè)，更不準(zhǔn)疲勞作業(yè)。

(13)鋼爬梯和溜管在拆除時，邊拆除邊進(jìn)行壓力鋼管焊點處理，處理采用打磨機進(jìn)行打磨，打磨面符合設(shè)計要求。

(14)拆除采用從上到下的方式進(jìn)行，拆除的材料防止墜落，拆除過程中，下面嚴(yán)禁存人。

(15)必須派專業(yè)焊工對鋼爬梯及溜管進(jìn)行施焊，施焊的質(zhì)量符合規(guī)范及設(shè)計要求。

(16)溜管采用新購置的新鋼管，壁厚為5mm，在混凝土澆筑過程中，不需要更換 溜管等設(shè)施，如需更換，需上報特殊施工安全措施后才準(zhǔn)予施工。

(17)在中斜井澆筑過程中，不準(zhǔn)作業(yè)人員在斜井內(nèi)上、下。同時為了保證中一平段施工人員的安全，需要在中一平段上游設(shè)置一個防護圍欄，防護圍攔采用架管扣件和5cm厚木板進(jìn)行封堵防護，避免混凝土及墜物傷害。

(18)為了防止下溜的混凝土濺出傷害臥泵混凝土工及相關(guān)人員，需要在中一平段設(shè)置一個緩沖平段，緩沖平段采用鋼模板扣制，并在混凝土出口處設(shè)置安全防護板。

(19)為了確保溜管的安全受力，采用鋼線繩、卡環(huán)將溜管從下到上依次綁定，具體方法是在每節(jié)溜管U型固定卡處，鋼絲繩打結(jié)采用卡環(huán)進(jìn)行連接，并將鋼絲繩牢牢的掛上平段吊運鋼管的天錨上。

6 結(jié)語

金窩水電站壓力管道中斜井混凝土回填施工，改變了傳統(tǒng)施工方法，采用了溜筒和臥泵聯(lián)合輸送混凝土的方法，通過兩次混凝土泵送、兩次混凝土拌和、兩次混凝土溜筒，在確保施工安全和質(zhì)量的情況下，為金窩水電站順利按期發(fā)電做出了巨大貢獻(xiàn)。