地下勘探平洞長距離混凝土輸送封堵技術的應用

田一畝

1 概況

海南瓊中抽水蓄能電站位于海南省瓊中縣境內，電站安裝3臺單機容量200 MW的可逆式水泵水輪發電機組，總容量600 MW，為二等大（2）型工程。樞紐建筑物主要由上水庫、輸水系統、發電廠房及下水庫等4部分組成。

地下廠房勘探平洞全長1225 m，高程范圍EL.271.08～EL.281.150，沿進洞方向呈上坡向，平均上坡坡度為0.82%。開挖斷面尺寸為2.6 m×2.3 m（寬×高），城門洞形，頂拱圓心角為180°，頂拱開挖半徑1.3 m。勘探平洞末段平行于引水主洞方向布置，其末端距離引水主洞下斜井距離較近，最近處約58 m。為減小引水主洞與勘探平洞間的水力梯度，確保引水主洞的運行安全，需要對廠房勘探平洞部分洞段進行封堵。計劃封堵范圍有兩段，其一為PD1探洞0+1095～0+1225段封堵，長約130 m；其二為PD1探洞0+1150處KT0+000.000～KT0+030.000洞段，兩條探洞總封堵段總長約160 m。設計要求采用C30W10F100混凝土封堵，混凝土用量840 m3。

2 混凝土配合比確定

本次施工為長距離輸送混凝土，因此對混凝土有特殊的要求[1]。要求混凝土和易性好，坍落度達到18～21 cm，水泥和粉煤灰等膠凝材料用量比普通混凝土稍多，水膠比控制為0.4～0.44，以充分潤滑泵送管道和傳遞壓力。砂率一般要比普通混凝土高約4%～5%，砂率控制為40%～44%。為具備更好的可泵性，優先采用一級配混凝土。

2.1 原材料

（1）水泥：采用華潤水泥(昌江）有限公司生產的P.O42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）粉煤灰：采用海南省澄邁金力豐實業有限公司生產的粉煤灰。

（3）砂：采用海南陽江砂場的河砂。

（4）碎石：采用海蓄電站碎石加工系統生產的人工碎石。（5）外加劑：采用馬貝建筑材料（上海）有限公司生產的SR3高性能緩凝型減水劑。

（6）水：工地生產用地表水。

2.2 配合比試驗

根據多次配合比設計試驗現場試拌，觀察混凝土拌和物的流動性、黏聚性、保水性，并經現場模擬泵送，反復調整，并對成型試樣室內養護3 d、7 d、28 d的試塊試壓，測定其抗壓強度，最后確定混凝土配合比，詳見表1。

表1 混凝土試驗配合比

3 混凝土泵選型

本次混凝土施工為長距離混凝土輸送，混凝土泵型號選擇至關重要。因固定地點長距離泵送，本次選擇拖泵施工。根據現場施工條件及施工經驗，先計算滿足要求的混凝土泵的最大出口壓力[2]，再根據壓力值選拖泵型號。

因勘探平洞沿進洞方向呈上坡向，且局部有轉彎，故應先統一換算為水平長度，再按上式計算。配管水平換算長度按下式計算[3]：

式中：L為配管的水平換算長度（m）；水平配管長度（m）；垂直配管長度（m）；m 為軟管根數（根）；n1為彎管個數（個）；n2為變徑管個數（個）。

分別為每米垂直管及每根軟管、彎管、變徑管的換算長度。

水平配管長度為勘探平洞全長，即l1=1225 m。

勘探平洞進口高程和末端高程分別為EL.271.08、EL.281.150，則泵管垂直配管長度為281.150-271.08=10.07 m。而管徑為125 mm的泵管其垂直管與水平管的換算系數k=4，則kh1=4×10.07=40.28(m)。

勘探平洞轉彎共9個，角度9°～31°之間，具體數據詳見表2：

表2 彎管與水平管換算

根據上表，彎管換算成水平管長度 b1n1+b1′n1′=3×4+1.5×5=19.5(m)。

本次施工不使用軟管和變徑管，故m=0，n2=0。

為滿足施工要求，混凝土拖泵需達到的最大出口壓力，按下式計算[3]：

式中：Lmas為混凝土拖泵的最大水平輸送距離（m）；Pmax為混凝土拖泵的最大出口壓力（Pa），拖泵的技術性能；△PH混凝土在水平輸送管內流動每米產生的壓力損失 (Pa/m)；γ0混凝土輸送管半徑（m）；K1粘著系數（Pa）；K2速度系數(Pa/m/s)；S 為混凝土坍落度（cm）；t2/t1為混凝土泵分配切換時間與活塞推壓混凝土時間之比，一般取0.3；V0為混凝土拌合物在輸送管內的平均流速（m/s）；α0徑向壓力與軸向壓力之比，一般情況下取0.9。

V0根據經驗取0.5 m/s。

根據泵送施工經驗，混凝土泵的最大出口壓力應比實際所需壓力高10%，多出的壓力儲備用來應付混凝土變化引起的異常現象，避免堵管。因此，

根據調研的市場行情信息，某重工公司生產的HBT90CH-2122D超高壓混凝土輸送泵技術參數（詳見表3）滿足要求：

表3 混凝土泵主要技術參數

因此本次施工采用HBT90CH-2122D混凝土拖泵。

4 隧道通風及加強支護

地下廠房勘探平洞為海蓄電站前期項目，開挖完成后沒有再使用過，且考慮到隧道較長，穿越的巖層較多，隧洞內有積聚一氧化碳、氮氣、氨氣等有害氣體的可能；后續隧洞內澆筑混凝土期間水化熱的散發會導致洞內悶熱潮濕，容易缺氧。考慮以上因素，為保證施工安全，必須先在整個施工期對隧洞進行強制通風。方式為在洞口設置一臺2×22 kW軸流風機，沿隧洞安裝80 cm風管，正壓供風至工作面。

供風管路架設過程中，注意對周邊圍巖情況進行觀察，對因圍巖應力釋放的局部洞段補充做加強支護。

5 泵送管路安裝

（1）考慮到隧洞通行要求及高壓泵管的安裝固定，本次施工盡量將泵管安裝在靠進洞側右邊的底板上。管路布置盡量減少彎頭連接，對于小角度轉角盡量用直管連通。

（2）管卡使用前全部經過檢查，剔除有缺陷或變形的管卡，保接頭連接牢固、密封、不漏漿。

（3）對轉彎處進行加固，防止混凝土輸送過程中管路的沖擊震動導致泵管脫落。具體做法為沿泵管彎頭兩側各打2個直徑20 mm、深度150 mm的插筋孔，注入植筋膠，插入Φ18螺紋鋼插筋，待48個小時后，在每兩根插筋的垂直方向加一根橫向Φ18鋼筋，輔以幫條進行焊接以固定泵管。再以泵管為中心，向四周以放射狀焊接支撐鋼筋，支撐在隧洞巖壁上。

（4）垂直向上配管時，應保證地面水平管長度不小于垂直長度的1/4，且不小于15 m，并在混凝土泵出料口3 m～6 m處的輸送管根部設置止回閥，防止混凝土拌合物倒流。

6 質量保證措施

在混凝土質量控制的過程中，準確計量極為重要，特別是水的用量，必須扣除砂、石的含水量，使水膠比的誤差值低于10%。

運至現場的混凝土拌和物，若發現和易性不達標，不得強行泵送，緊急送回拌和站進行處理，并降低泵送速度，利用料斗剩余料，間隔推動管道內混凝土，防止堵管。

混凝土泵送過程中，安排2名手持對講機的巡視工對泵管線路進行不間斷巡視，發現泵管脫落或嚴重漏漿時及時通知現場管理員，由管理員下達命令逐步停止泵送作業并安排人員搶修。

泵送混凝土過程中，應使混凝土泵的活塞盡可能保持在最大行程運轉，以利于機械的保護；同時混凝土泵的水箱或活塞清洗室應經常保持充滿水。泵送過程應保持連續進行，盡量避免泵送中斷。

泵送系統受壓時，不得打開任何輸送管道；堵管時應先使管內的混凝土余壓降為零再進行拆管，以防止壓力過高混凝土飛濺傷。

7 結語

海南瓊中抽水蓄能電站地下廠房勘探平洞長距離混凝土輸送封堵施工中，所采用的混凝土配合比、泵送設備選型、泵管架設、質量控制等方面的施工技術，經事實證明技術可行。且整個施工過程連續緊湊，耗費時間少，節省人員、設備投入，經濟效益明顯。

[1]DL/T5144-2015，水工混凝土施工規范[S].北京：中國電力出版社，2015.

[2]鄭謙文.混凝土超遠距離輸送施工的技術運用[J].建筑施工，2014年6期；第766-767頁.

[3]汪正榮.建筑施工計算手冊[M].北京：中國建筑工業出版社，2001：626-628.