关键词:极寒；拌和系统；布置；优化设计
1引言
在国内外地下隧洞工程施工过程中，大多数拌合系统布置在洞外，采用保温棚及供暖设备进行保温工作，保温设备材料及后续运行费用较高；或者拌合系统布置在洞内时，均按照洞外拌合系统的布置场地进行扩挖布置规划区，扩挖及后续回填混凝土量较大，费用较高、且施工干扰较大。随着严寒地区工程规模的不断发展及开发，原常规的拌合系统布置在洞外或洞内重新扩挖布置场地的工艺方法、成本等已不能满足现实工程建设的需要；必须在常规布置上进行优化设计，以达到工程建设的要求。
2工程简介
2.1工程概况
新疆某输水工程主洞总长为18.2km，其中TBM施工段长15.632km、钻爆法施工段长2.568km；设计混凝土方量为20万m3，其中C30W10喷混凝土5万m3，C30W6F50铺底混凝土约3万m3，C35W10F50衬砌混凝土约12万m3。
根据工程施工总规划布置，主洞（包括TBM段及钻爆段）均为地下隧洞，埋深215～700m；且仅规划了一条支洞作为本工程施工通道，支洞总长2200m，综合坡比11.84%，该支洞同时担负主洞上游TBM施工段和主洞下游钻爆洞段的所有风、水、电管路布置及交通运输任务。
2.2气象条件
本工程位于新疆某地区，该地区冬季漫长而寒冷，多年平均气温2.8℃，极端最低气温-37.5℃，最大积雪厚度0.56m，最大冻土深度2.5m。根据气象资料显示，从每年10月份进入冬季，至次年4月份冬季施工结束，冬季施工时间长达6个月。冬季施工对本工程的影响较大，尤其是混凝土的施工要求较高。
3常规拌和系统规划布置
根据以往工程施工经验，对于类似工程进行拌和系统布置规划时，主要采用洞外布置和洞内布置两种形式。
3.1洞外拌和系统规划布置及优缺点
施工项目上采用最常规的的布置形式就是将拌和系统布置在洞外，结合工程所在地的气候条件，修建一个较大的钢结构保温棚，以确保冬季混凝土施工质量；在混凝土在拌和系统拌制完成后，采用混凝土搅拌车通过斜支洞将混凝土运输至洞内工作面。采用该布置形式主要由以下优、缺点：
1、优点
该种布置形式较常见，相关施工技术较成熟，运行较简单，混凝土材料运输较方便。
2、缺点
⑴需要修建的保温棚大、费用高，且需要配置相关保温供暖设施，运行成本较高；
⑵一般洞室埋深比较大，进行主洞施工时施工一条斜支洞（坡度一般在10%～14%），支洞较长，为了保证满足混凝土浇筑强度需要配置较多的混凝土搅拌车，运输成本较大；
⑶施工支洞内布置为了主洞施工的供风、供水、排水、通风、供电及出渣皮带机系统（TBM施工）等，辅助设施布置完成后有效空间较小，施工过程中大量的材料运输车辆、出渣设备、交通车辆等通行，车流量较大，交通安全隐患较大；
⑷若主洞采用TBM施工时，TBM施工段必须采用有轨运输，采用混凝土搅拌车将混凝土运输至洞内后必须再次进行倒罐，将混凝土倒入内燃机车牵引的混凝土卧罐内，浪费时间较长，混凝土质量无法保证，且投入人员、设备成本较大。
3.2洞内拌和系统规划布置及优缺点
根据施工项目所在地的气候条件，考虑冬季温度较低，保证混凝土连续施工，避免洞外二次倒运影响，且TBM施工段混凝土考虑采用有轨运输，将混凝土拌和系统布置在洞内。混凝土生产系统布置场地沿主洞一侧扩挖，以不影响TBM段施工、交通为原则规划，满足TBM施工段混凝土采用有轨运输和钻爆段混凝土搅拌车运输需要。
采用该布置形式主要由以下优、缺点：
1、优点
该种布置形式可以减少混凝土的二次倒运，同时满足TBM施工段混凝土采用有轨运输及钻爆段混凝土采用混凝土搅拌车运输的需求；且拌和系统布置在洞内，不需要修建保温大棚及保温供暖设施，减少保温费用。
2、缺点
⑴采用该布置形式，需要在洞内钻爆段进行扩挖，根据拌和系统的规划布置，需要扩挖的方量较大，且后续必须进行回填，费用比较高；
⑵结合目前地下工程，一般洞室埋深比较大，进行主洞施工时施工一条斜支洞（坡度一般在10%～14%），支洞长度较长，将拌和系统布置在洞内，需要将混凝土所需的所有原材料通过斜支洞运输至洞内，混凝土原材料二次倒运量较大，费用较高；
⑶由于施工支洞内需要布置为了主洞施工的供风、供水、排水、通风、供电及出渣皮带机系统（TBM施工）等，辅助设施布置完成后有效空间较小，施工过程中，大量的材料运输车辆、出渣设备、交通车辆等通行，车流量较大，交通安全隐患较大；
⑷洞内拌和系统的布置及规划需重新进行设计，无法采用常规拌和系统相关设备，如水泥、粉煤灰罐需要重新设计无法采用常规的灰罐，骨料仓需要重新设计、上料皮带需要重新设计等，一般均需根据现场实际情况进行定做，设备成本较高。
4拌和系统优化设计
4.1拌和系统整体优化
根据本工程施工总规划布置，结合传统的洞外拌和系统规划布置及洞内拌和系统规划布置，对其进行优化调整。
采取半埋式保温棚和采用竖井加垂直溜管运输混凝土的方案。在洞外拌和系统常规布置规划的基础上，考虑冬季保温的问题，将拌和系统整体下降1.5m，以充分利用地温以提高混凝土冬季拌和的质量保证率；同时充分利用本工程已实施的竖井，在竖井内安装布置溜灰管用于混凝土垂直运输，减少混凝土从洞外向洞内的运输，降低运输成本。
4.2配料仓皮带
常规洞外拌和系统配料仓一般安装位置较高，使其骨料通过配料皮带下落至上料皮带机料斗内，同时四个配料斗的配料仓系统长度一般在12～15m，占用的空间较大。为了在满足使用条件下，尽量减少配料仓的布置长度及安装高度，以减小保温棚的空间及高度，降低施工成本，将配料仓安装位置调低，通过一种皮带压转装置使其有一定的上坡（一般角度在20°～30°），以缩短配料仓的长度，减小保温棚的空间及高度，使其保温效果更好。
4.3溜灰管固定管卡
溜灰管固定装置主要由钢板管箍、内衬材料、溜灰管、方木垫枕、双螺母、垫片、螺栓及钢丝绳，其中所述的类似半圆形钢板管箍弯曲加工成两头固定钢丝绳、中间部位圆弧形固定溜灰管，在管箍与溜灰管内侧凹槽内镶嵌定制方木垫枕，在管箍与溜灰管接触面上设置内衬材料，内衬为非金属材质，使用两个类似半圆形管箍将溜灰管及钢丝绳分别卡在管箍槽内，在加工制作管箍时在钢丝绳槽两端对应位置钻孔，采用螺栓、螺母及垫片将管箍与钢丝绳、溜灰管固定到一起，使其紧固牢靠。
有效解决了溜灰管与钢丝绳的固定问题，同时解决了悬吊溜灰管易坠落等安全问题，提供了一种结构简单、安全可靠、施工效率高、经久耐用、经济环保、可重复利用率高、经济实用的竖井管道固定装置，提高了工作效率、降低了施工成本，具有较好的社会和经济效益。
4.4溜灰管缓冲器
在水利水电、公路、铁路、等工程建设中，衬砌混凝土大多采用吊罐或溜灰管，采用底卸式吊罐运料强度不能满足施工的浇筑强度，而且占用了提升系统；采用溜灰管时间隔一定的距离要安装一个背管式缓冲器，采用背管式缓冲器需要安装的数量较多，且过程中缓冲器磨损快、固定在竖井或斜井井壁上更换难度大且危险系数高、施工效率低，不利于目前水利水电、公路、铁路等工程建设施工对质量和经济效益的需求。因此进行优化设计，在溜灰管底部安装1套缓冲器装置。
主结构缓冲器板面采用10mm钢板弯制焊接而成，自重约0.5t；缓冲器直径1.0m，高1.0m，上、下分别安装Φ250进出料管、缓冲器内底部对应下料位置浇筑C35混凝土。
采用竖井溜灰管输送混凝土的方法已在本工程运用，且在现场监理、建设单位的见证下，完成混凝土溜灰管输送工艺性试验，通过井口及井底混凝土试验检测、试验，混凝土各项性能指标均符合设计规范要求。
4.5溜灰管底部卸料平台
通过溜灰管垂直运输至洞内后，为了满足TBM段内燃机车牵引卧罐有轨运输及钻爆段混凝土搅拌车运输，在溜灰管底部设置一个可转换的下料平台装置，通过该下料平台装置，可以自动转换有轨运输和无轨运输，以满足工程施工需要。
5技术优越性及经济效益
⑴结合工程现场施工总规划布置以及常规拌和系统的布置方式，引进并创新混凝土垂直运输施工技术，形成一套安全可靠、技术先进、施工成本低、效率高的半埋式加溜灰管垂直运输混凝土施工技术。
⑵采用半埋式保温棚及竖井加垂直溜管运输混凝土的方式，通过将拌和系统整体埋入地下1.5m较小保温棚高度、提高保温效果、降低保温费用；同时通过垂直溜灰管运输混凝土技术，解决混凝土或原材料的长距离运输，降低运输施工成本；初步计算，采用该布置形式可以节约施工成本约150万元。
⑶ 采用半埋式保温棚及竖井加垂直溜管运输混凝土的方式，即不需要将混凝土从洞外运输至洞内及二次倒运，也不需要将大量的混凝土原材料运输进洞，减少了斜支洞的交通运输量，减小交通安全风险；同时拌和系统布置在洞外，减少布置在洞内相互间的施工干扰，尤其是降低拌和系统水泥、粉煤灰等造成的粉尘。
⑷通过采用半埋式保温棚及竖井加垂直溜管运输混凝土的方式，在保证质量安全的前提下，施工效率高，施工成本降低，且赢得建设、设计及监理单位的一直好评。
6结束语
在极寒地区地下工程施工中，采用水利工程常规的洞外拌和系统及洞内拌和系统无法满足目前工程建设的安全性、可靠性及经济性等要求，通过采用半埋式保温棚加溜灰管垂直运输混凝土技术，在保证质量安全的前提下，施工效率高、安全保证性高、施工成本低。
参考文献：
[1]张桢雄.浅谈混凝土搅拌站的设计与选型[J].人民长江.2009（03）.
[2]焦宏彬.水利水电工程施工组织设计手册.4.北京：中国水利水电出版社，1991.
论文作者:安一, 李久源,
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年5卷20期
论文发表时间:2019/12/2
标签：混凝土论文; 系统论文; 洞内论文; 竖井论文; 洞外论文; 缓冲器论文; 常规论文; 《工程管理前沿》2019年5卷20期论文;