高埋深垂直溜管運輸混凝土施工工藝分析

魏立鴻

（山西省水利建筑工程局有限公司，山西 太原 030006）

1 概述

山西省小浪底引黃工程，位于山西省運城市，年引水量2.47億m3。引水工程起于垣曲縣境內，板澗河河口右岸的小浪底水庫庫區，終于聞喜縣境內的呂莊水庫，總長度59.6km。

小浪底引黃工程（引水干線部分）施工Ⅴ標7號支洞長834.92m、傾角8.7°（平洞），采用汽車無軌運輸；8號支洞長689.7m、傾角20.08°（斜井），采用絞車有軌運輸；9號支洞長1197.18m、傾角17.3°（斜井）,采用絞車有軌運輸。支洞為城門洞形斷面，成型斷面尺寸寬3.65m，高3.2m。

7號支洞控制主洞下游遇不良地質條件，隧洞橫穿中條山東部山前深大斷裂帶，斷裂帶影響帶寬度約1.2km，施工困難，貫通時間無法預計，為盡快實現貫通目標，由8號支洞上游作業面繼續掘進接應7號支洞；8～9號支洞間控制主洞，隧洞襯砌混凝土運輸，原計劃采用7號支洞洞外拌和、洞內罐車運輸方案，因7號支洞控制主洞下游至今未貫通無法實現。為加快8～9號支洞間控制主洞的隧洞襯砌施工進度，只能變更混凝土運輸方案。

2 混凝土運輸方案

2.1 運輸方案選擇

8～9號斜井支洞控制主洞，隧洞襯砌采用絞車牽引平板車、洞內罐車運輸方案，效率低，風險大；8號、9號支洞施工期間，隧洞排水量遠大于合同排水量，支洞水泵、管路等排水設施已占用較大空間，加之支洞斷面較小難以布置其它運輸設施。

根據本工程隧洞埋深大、工期緊的特點，并借鑒國內外多個豎井施工運行經驗，本工程對傳統豎井進行了優化，采用了孔徑小，施工快、成本低的垂直溜管運輸混凝土方案，解決8～9號斜井支洞控制主洞的隧洞襯砌難題。

2.2 溜管設計

洞外拌和好的混凝土熟料，通過溜管運輸至洞內儲料斗，洞內罐車從儲料斗接料，運輸至澆筑倉面，通過輸送泵入倉，通過溜管解決8號、9號支洞間控制主洞4170m襯砌混凝土的運輸問題。

根據8～9號支洞之間主洞的地質條件、地形地貌，考慮地層特性和后期混凝土施工成本，溜管位置選在8號、9號支洞間，樁號30+390處，溜管深260m，8號支洞控制范圍1870m，9號支洞控制范圍2300m。溜管布置平面示意見圖1。

圖1 溜管布置平面示意圖

溜管井，溜管井孔徑600mm，垂直度不大于0.5°/200m，安裝直徑529mm、壁厚6mm螺旋鋼管作護壁管，護壁管每節長12m，護壁管采用對焊連接。

溜管選擇直徑219mm、壁厚8mm無縫鋼管，每節長6m，溜管連接為法蘭連接。溜管緩沖器選擇經濟、簡便、易操作的半圓形擋板緩沖器，緩沖器與溜管軸線呈45°～50°夾角，每節鋼管上加工緩沖器，防止長距離垂直向下運輸混凝土骨料分離和混凝土堵管現象。緩沖器布置示意見圖2。

圖2 緩沖器布置示意圖

洞外吊裝設備采用20t電動葫蘆安拆溜管，每次6m，人工配合電動葫蘆卸管至附近場地。在溜管下方布置容積2m3儲料斗，出口為弧形開關板，并配備兩個小功率附著振搗器。

3 溜管施工工藝

溜管施工主要包含：溜管井施工、溜管安裝、洞外吊裝設備安裝和洞內儲料斗安裝等，施工前測量放線，在地表放出準確的溜管中心位置。

3.1 溜管井施工

主要采用WTD-L800鉆機施工，溜管井施工完成后，安裝護壁管。溜管井施工步驟為：地表覆蓋層施工、先導孔施工、擴孔成井。

3.1.1 鉆井

（1）地表覆蓋層施工。采用直徑650mm空氣潛孔錘，鉆穿覆蓋層并鉆進完整基巖0.5m，覆蓋層每5m進行測斜糾偏，土層下入直徑630mm壁厚6mm井口管。

（2）先導孔施工。采用直徑250mm空氣潛孔錘，鉆孔至設計深度，完整基巖層每25m進行測斜糾偏。

（3）擴孔成井。采用直徑350mm空氣潛孔錘，擴孔至設計深度；采用直徑600mm空氣潛孔錘，擴孔至距設計深度2m位置、擴孔至設計孔徑。

如鉆井時，局部孔段地質條件差，采用水泥漿（水灰比1.0∶1.0～0.5∶1.0）注漿加固地層，防止鉆井期間頻繁塌孔、運行期間井壁掉塊、垮塌、涌水、涌沙事故發生。

3.1.2 排渣

先導孔和擴孔施工產生的石渣，分洞外和洞內兩部分處理，先導孔施工石渣，在洞外鉆井場地布置儲渣池，人工配合裝載機定期清理，運至附近棄渣場；洞內擴孔施工石渣，采用洞內裝載機裝，自卸汽車運至主支交叉口，二次倒運至洞外后，運至棄渣場。

3.1.3 安裝護壁管

護壁管采用50t汽車吊安裝，吊車吊第一節護壁管，下管高出井口50cm，采用墊叉固定第一節護壁管；吊車吊第二節護壁管在井口位置，對焊、加筋幫條焊連接護壁管，焊接完成后，吊車順序下管，根據上述步驟依次下放所有護壁管。墊叉示意圖見圖3。

圖3 墊叉示意圖

3.2 溜管安裝

溜管采用50t汽車吊安裝，溜管連接采用法蘭連接，法蘭與管道焊接，再與管道周邊加筋焊接；參考安裝護壁管方法安裝溜管，溜管高出地表50cm；安裝溜管的同時安裝通訊電纜，通訊電纜穿過法蘭螺絲孔，用膠帶牢固粘貼在管壁。法蘭與管道焊接示意圖見圖4。

圖4 法蘭與管道焊接示意圖

3.3 洞外吊裝設備安裝

井口位置安裝高9m的簡易龍門架（I20A制作），采用20t電動葫蘆裝拆溜管；用一端帶法蘭的無縫鋼管（直徑219mm壁厚8mm，直徑同溜管）做吊裝接頭；安拆溜管時采用墊叉在井口固定溜管，每次安拆6m，人工配合電動葫蘆卸管至附近場地。

3.4 洞內儲料斗安裝

3.4.1 擴挖安裝間

擴挖樁號30+386—30+394洞段側頂拱，安裝間采用鋼拱架掛網噴護，成型斷面尺寸8.0m×5.2m×7.0m（長×寬×高）。

3.4.2 固結灌漿

對安裝間及其上下游15m洞段進行固結灌漿，防止施工過程滲水、掉塊，灌漿采用水泥漿，灌漿孔呈梅花型布置，間距1.5m、排距2m，孔深5m。

3.4.3 儲料斗安裝

采用鋼拱架支架支撐儲料斗，先人工配合裝載機安裝好支撐，在洞外下料，洞內焊接成型。

3.5 生產廢水處理

洞內溜管附近布置長3m，寬2m，深1m的沉淀池，輸送混凝土后的洗管廢水，通過管路排至沉淀池，水澄清后通過水泵排出洞外；沉淀池淤積物人工定期清理，運至洞外。

3.6 主要資源配置

主要設備：WTD-L800鉆機一臺，50t汽車吊一臺，30t裝載機一臺，30.3m3/min空壓機一臺，電焊機2臺。

主要作業人員：工長1人，鉆工3人，安裝工3人，裝載機司機1人。

3.7 施工注意事項

（1）覆蓋層地下水位較高時，必須進行灌漿處理，保證覆蓋層干孔施工；井口管安裝完成后，采用水泥漿固結井口管和孔壁間隙。

（2）鉆井過程中，必須控制孔斜，按照頻次采用精度0.1°的電子測斜儀糾偏，保證溜管井垂直度不大于0.5°/200m；鉆井時局部孔段地質條件差，必須對地層進行預加固處理。

（3）井內局部孔段有滲水時，必須讓滲水流入洞內排走，不能封堵井底，避免水壓過大擠壓護壁管。

（4）溜管質量、緩沖器數量必須保證，避免運行期間溜管過早磨損，混凝土漏進孔內堵孔。

（5）通訊系統必須暢通，井內通訊電纜必須安裝牢靠，防止損壞；井底、井外無線網絡覆蓋，作為備用通訊系統。

4 結語

小浪底引黃工程利用溜管解決斜井混凝土運輸難題，保證了施工安全；溜管施工簡單方便、投入少，溜管全封閉式運輸過程無需動力設備，無污染，環保節能；溜管及配套設施安裝、拌和系統及配套設施安裝，耗時5個月，投入少、時間短；溜管運輸混凝土，運輸強度高，施工進度快。260m深溜管運輸混凝土的順利實施，突破了以前溜管運輸混凝土深度150m的界限，成功解決了高埋深、長距離隧洞襯砌混凝土運輸問題。