深井襯砌混凝土施工技術的研究與應用

王建國 李建彬

1. 北京北控慶都水質凈化有限公司 北京 100102；

2. 中國葛洲壩集團國際工程有限公司 北京 100025

1 工程概況

GD-3水電站工程位于埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴南部稍偏東約400 km，靠近索馬里、肯尼亞邊境地帶。該項目屬EPC總承包，業主為埃塞俄比亞電力公司，工程師為美國哈扎咨詢公司，合同金額折合人民幣30.8億元，工期為83個月。

本電站多年平均流量92.6 m3/s，水庫設計總庫容為2.57×109m3，有效庫容為2.31×109m3，正常蓄水位高程1 120 m，死水位1 080 m，裝機容量254 MW，主要由壩區建筑物、輸水系統建筑物以及發電廠房建筑物3大部分組成。

2 研究的必要性

輸水發電系統包括隧洞進水口，長12.4 km的低壓隧洞，高216 m的豎井，高120 m的調壓井，長285 m的高壓隧洞。豎井及調壓井混凝土襯砌已成為本項目施工的難點及重點。

國內外水利水電行業中包含高大豎井或調壓井混凝土澆筑的項目很多，豎井混凝土澆筑手段也成為施工階段中的難點之一，核心技術是混凝土垂直運輸穩定性問題和滑模動態提升與溜筒下料順利對接問題。

3 技術方案

本技術方案結合豎井混凝土襯砌施工成熟的液壓爬升滑模系統，優化施工工藝，提高深豎井連續澆筑施工質量，其工藝流程為：溜筒構件加工→現場準備→輸料系統安裝→澆筑混凝土、鋼筋安裝→提升滑模系統就位→繼續澆筑上一層混凝土，直至澆筑完成。

輸料系統由下料斗、溜筒構件、滑槽布料系統構成。溜筒構件主要包括鋼管溜筒、緩沖器、轉向緩沖器，鋼管溜筒與緩沖裝置之間采用法蘭連接。

3.1 緩沖器裝置

緩沖器裝置（圖1）是采用并行的管狀結構，并設置緩沖部，使該處能夠在混凝土下料時收集少量混凝土料作為彈性墊層緩沖消能，提高緩沖裝置的耐磨性能。

圖1 緩沖器構造

設置的出口連接法蘭和進口連接法蘭便于緩沖裝置與溜管進行連接。設置的強化底坎增強了連接段底板的耐磨性能。設置的加強管壁板，能夠在管壁被磨穿后作為新的管壁，進一步增強了緩沖裝置的耐磨性能。設置的便于拆卸的清理板，便于清理堵塞的管道，或者補焊磨損的強化底坎。

3.2 緩沖轉向裝置

本緩沖轉向裝置包括進口段和出口段，進口段為豎直布置，出口段與進口段的側壁傾斜連通，出口段的出口傾斜朝下；進口段的底部設有封閉的緩沖端板，緩沖端板的位置低于出口段進口的位置，緩沖端板上方空間形成緩沖部；在進口段的頂部設有進口段法蘭，進口段法蘭上設有多個弧形孔（圖2）。

圖2 緩沖轉向裝置

通過設置的緩沖部和設置在進口段法蘭的弧形孔，使緩沖部能夠在混凝土下料時收集少量混凝土料作為彈性緩沖墊層緩沖消能，提高緩沖裝置的耐磨性能。當需要更換混凝土下料點時，松開進口段法蘭處的螺桿，轉動裝置直到出口處位于指定的位置，擰緊螺桿，繼續下料。

3.3 滑槽布料系統

滑槽布料系統由主溜槽、溜槽群與架管構成，主溜槽起始段與緩沖轉向器末端出口垂直距離一般控制在2 m以內，滑槽布料系統末端通過溜槽群與筒壁澆筑倉位銜接。當豎井尺寸較小，不用主溜槽時，轉動緩沖轉向器至不同角度以實現定點下料。

混凝土通過溜筒末端緩沖轉向器出口出料，經過滑槽布料系統，進入澆筑倉位。

3.4 施工工藝要求

3.4.1 現場準備

完成豎井巖壁一側結構鋼筋，按照生產廠家要求安裝滑模系統，組織技術、質量、安全管理人員進行聯合驗收，保證豎井襯砌混凝土倉位合格。

3.4.2 輸料系統布置

在豎井上口搭建受料平臺，下料斗與溜筒要連接牢固，下料斗與緩沖器、緩沖器與緩沖器之間的布置距離按不大于12 m控制，溜管和緩沖器應利用加長錨桿焊接固定，按小于4 m的間距布置在溜筒兩側。

溜管與溜筒之間通過緩沖轉向裝置連接，緩沖混凝土下落動能，調整出料方向，擴大混凝土入倉范圍。

在下料平臺及進口和滑模的布料層、養護層布置水管供水，以保證管道濕潤。

3.4.3 豎井混凝土澆筑

混凝土攪拌車從拌和系統取料，在豎井受料平臺受料斗下料，通過輸料系統，依靠混凝土自重輸料，溜筒隨著滑模的不斷爬升、緩沖轉向器的循環更換而逐根拆除。

每車混凝土下料完畢，應用麻袋堵塞漏斗進料口，防止溜筒內壁失水。當往溜筒中下料間斷時間超過15 min時，應檢查溜筒壁水分損失及失水情況，再視情況輸送一車較高坍落度混凝土或向溜筒補水濕潤，補水時應把流出的水和砂漿混合物用水桶盛出倉外。若發生堵管時，可以打開緩沖器檢修蓋板、清理集料，完成堵管處理。

澆筑靠近地面下料點附近一定高度處時，滑模上受料斗將高于井口，滑模系統不便布料，可采用吊罐轉料入倉，或皮帶機掛溜筒入倉等措施。

3.4.4 交叉作業

澆筑混凝土過程中，可以安裝豎井襯砌混凝土內外側鋼筋網，同步提升滑模系統，完成深豎井襯砌混凝土連續作業。

澆筑混凝土的過程中同時安裝內層鋼筋及遠離巖壁側的一層鋼筋網，每次安裝的水平鋼筋高度應當與滑模爬升機構匹配，防止出現鋼筋阻礙爬升的現象。

4 應用與評價

埃塞俄比亞GD-3水電站，輸水管道中調壓豎井高度130 m，開挖直徑26 m，襯砌直徑25 m，采用雙層鋼筋混凝土襯砌。豎井混凝土襯砌施工時采用連續輸送深井混凝土施工技術，襯砌混凝土外觀平整光滑，未見錯臺、砂線、氣泡，節約直接工程費用大于80萬元，間接費用節約超過160萬元。

5 結語

1）在連續輸送深井混凝土施工技術研究與應用的過程中，混凝土緩沖裝置、緩沖轉向裝置申報并獲得了國家知識產權局授權的實用新型專利，“向下送料連續澆筑豎井混凝土工法”亦成為了中國電力建設企業協會行業工法，具有很高的創新性及市場應用前景。

2）本技術采用溜筒和緩沖器、緩沖轉向器配合，使用安全、便捷、經濟，混凝土連續下料期間緩沖段堆積少量骨料起著彈性緩沖消能作用。

3）溜筒、緩沖器、緩沖轉向器和成熟的液壓滑模技術配合使用，外側鋼筋在澆筑期間逐步安裝到位，實現了超深豎井連續澆筑混凝土一次成型，優化了施工工藝，降低了勞動強度，加快了施工進度。

4）該技術的應用，保證了豎井襯砌混凝土澆筑的整體性，提高了豎井襯砌混凝土的防滲能力。