摘要：本文结合我项目部承建的永善县营盘水库输水隧洞工程对长距离、小断面、长斜井的隧洞混凝土浇筑进行了斜井段泵送运输混凝土可能性的分析，以期能帮助施工单位提高类似工程隧洞混凝土浇筑的施工进度、减小施工干扰、确保施工质量及安全。
关键词：长距离；小断面隧洞；斜井；混凝土泵送运输
1、引言
水利水电工程主要处于高山峡谷间，一般地形比较复杂，施工条件较差。项目建设中用于输水的建筑物即输水隧洞常见断面都不大，距离也很长。对于长距离输水隧洞，为提高施工效率，设计过程中均会考虑设置施工支洞，施工支洞主要为平洞或斜井形式。对于断面较大的平洞型支洞在进行主洞段混凝土浇筑时可采取常规的输送泵运输、卧罐运输或者车辆运输，对于断面较小、坡度大的斜井型施工支洞则不能采取卧罐或者车辆运输，主要原因有：卧罐运输由于是重车下坡，加上斜井段距离长，必须配功率较大的牵引设备已保证混凝土运输的安全，而现在市场上的类似设备费用较高，从工程建设投资上考虑不经济；采用罐车运输的话由于斜井断面小，常规罐车不能进入支洞，只能采取运输方量较小的改装罐车，施工功效低，加之有些斜井坡度较陡，运输车辆根本无法正常行走；无乱是采取卧罐或者汽车罐运输，浇筑混凝土时均要占用施工支洞，主洞内各工作面的交差干扰是不可避免的，同时运输混凝土不能形成连续作业，混凝土浇筑效率较低。在进行主洞段混凝土浇筑时采取何种方法进行斜井段混凝土运输，以求达到降低施工成本、提高施工效率、避免施工干扰、确保施工安全、质量是如今水利工程建设中常遇到的为题。由云南建投第一水利水电建设有限工程第七直属项目部承建的永善县营盘水库输水隧洞工程，结合现场的实际施工条件，通过现场研究实践，对斜井段混凝土运输采取了泵送施工工艺，取得了很好的效果。
2、混凝土运输方法研究
2.1工程概况
永善县营盘水库输水隧洞工程隧洞总长5925.3m，桩号0+00m∽0+069m为有压隧洞，圆形断面，开挖直径2.9m，浇筑完成后直径2.2m。桩号0+069m∽5+952.3m为无压隧洞，开挖尺寸2.9m*3m，浇筑完后尺寸2.2*2.3m。为了提高施工效率，设计上考虑了两个施工支洞，1#施工支洞桩号3+352.294m，总长616.89m，坡度为6.80，开挖尺寸3.2m*3.4m；2#施工支洞桩号5+041.064m，总长77.18m，坡度为16.70，开挖尺寸2.9m*3m。
2.2混凝土输送方案比对及可能存在的问题
1#支洞至出口段洞挖施工于2016年6月18日全部结束。2#洞至出口段混凝土浇筑采取了卧罐运输、输送泵泵送入仓的方式，但1#∽2#支洞间的主洞混凝土浇筑遇到了很大的难题，主要表现为混凝土斜井段运输方式上。采取车辆或卧罐从1#支洞运输将影响1#洞上游的开挖工作，同时运输效率较低、成本较高；采取从2#施工支洞通过卧罐运输平洞段混凝土将占用整个主洞，不能形成混凝土浇筑、底板扎钢筋的分段作业，影响施工进度。综合考虑进度、成本、质量、安全等因素，结合现场实际条件，两个斜井施工支洞均采用泵送方式进行混凝土运输，但面临的问题是可能出现堵管问题。
2.3施工工艺流程
斜井泵送运输混凝土施工工艺流程与洞外泵送运输混凝土工艺一样，主要分为泵机安装就位、泵管安装、混凝土拌合、混凝土输送几部分。
2.4施工过程中出现的问题及原因分析
由于我项目部在类似施工项目中还没有经验，开始施工并不顺利，过程中出现了堵管、爆管等问题。
2.4.1 第一次堵管（爆管）
第一次浇筑底板混凝土时，泵送混凝土已到达1#支洞三叉口的第二台泵机处，从三岔口往支洞口方向处200m左右一根泵管突然爆裂，施工人员安排工人重新更换了泵管，接着输送混凝土时出现了堵管，堵管位置为爆裂泵管往三叉口方向处的10m∽16m范围，堵塞泵管拆开之后方向混凝土在泵管内成断断续续状态，公分石无砂浆包裹，砂浆、骨料分离严重，泵送瞬时压力达到14Mpa左右。
图1 1#洞斜井段混凝土泵管爆管后现场图片
2.4.2 第二次堵管
第一次堵管处理完毕之后开始第二次混凝土浇筑，混凝土输送不久（混凝土还未到达第二台泵机）后即出现了堵管，堵管位置为支洞口往三岔口方向250m左右，堵管后拆开泵管检查，管内情况与第一次堵管一模一样。
2.4.3 出现问题原因分析及采取措施
经过两次堵管，项目部召集管理人员、班组、泵机操作手进行了研究讨论，对前两次堵管原因进行了分析，得出如下结论：
第一次堵管直接原因为爆管。由于使用的泵管为旧管子，经过长时间的磨损部分管壁已经很薄，加之因泵送距离较长，泵机输送压力较大（最大达到15Mpa），泵管经受不住压力而出现了爆管。更换泵管时爆管以下位置管内混凝土在自重的影响下发生自流，混凝土中的公分石沉底，砂浆往前流淌出现了严重的骨料分离现象而堵管；加之泵管接好之后未进行排空气处理，管内混凝土在压力作用下出现了混凝土压缩空气的情况，由于空气排不出去，导致混凝土受阻，砂浆往前推移，公分石滞后于砂浆形成了骨料分离，此两原因造成了堵管。
第二次堵管原因相对来说简单，主要问题在于泵送时出现中断，斜井内混凝土自流分离，管内进入空气后加压加剧了混凝土分离现象导致了堵管。
图2 1#洞堵管部分管内混凝土照片
2.4.4采取措施
综合分析前两次泵送失败的原因，主要问题在于泵送混凝土在斜井段受自重影响产生自流形成骨料分离而发生堵管。针对该问题施工过程中采取了如下措施：
A更换所有旧泵管，避免混凝土浇筑过程中爆管问题的出现。
B调整施工配合比，在保证水灰比不变的情况下适当调整公分石与瓜子石的比例，确保拌制混凝土塌落度即能控制在20cm∽22cm之间，同时又能保证混凝土具有较高的和易性及粘结性，降低混凝土在泵送过程中出现分离的可能性。为此，项目部在第三次混凝土浇筑之前拌制了10组不同施工配合比的混凝土进行观察，最终确定了施工配合比。肉眼观察混凝土拌好之后放进容器不易出现石头沉底的混凝土比较利于斜井段泵送施工。
C为防止混凝土刚开始输送时粗骨料往滚前管形成堵管，在水泥浆进入泵管之前采取水泥口袋或纸板板扎成团塞入泵管，阻挡混凝土或水泥浆自流，确保斜坡段泵管混凝土满管进入第二台泵机，同时有利于排除管内空气。
D为防止施工过程中不可预料原因造成停工而造成堵管，在泵管靠近斜井底部第二台泵机料斗位置设置阀门，遇特殊问题停工时关闭阀门阻止斜井段混凝土自流。
2.4.5效果评价
通过总结前两次施工失败的经验，针对性的采取了措施，第三次施工时混凝土顺利送入仓面。采取同样的办法在2#支洞实施，虽然2#支洞坡度比1#支洞大，但均未出现堵管现象，截止目前为止，总计浇筑混凝土89仓，很好的解决了斜井段混凝土运输的问题。
2.5其他施工中应注意的问题
（1）做好拌合系统、输送泵的维修，保证混凝土浇筑均匀、连续进行，从设备方面杜绝管内混凝土产生自流的可能性。
在进行混凝土浇筑时主要考虑设备为混凝土拌合设备、混凝土输送设备，同时考虑到混凝土输送管路较长（总长约1400m），如施工过程中遇到停电造成堵管，将给项目部造成巨大的损失，根据总用电功率，项目部配置了两台大功率发电机作为备用电源。
为了避免堵管，混凝土输送之前需先采用水泥浆及砂浆润管，输送顺序为水泥浆→砂浆→混凝土，采用的水泥浆、砂浆必须保证与泵送的混凝土同标号。混凝土输送过程中需确保混凝土和易性均匀一致，泵送过程均匀、连续，如遇特殊问题中断，每个10分钟需拉一次反泵。泵送完毕之后洗管与泵送时相反，泵送顺序为混凝土→砂浆→水。
（2）因为斜井段阻力较大，所以负责斜井段混凝土输送的设备尽量选取电机功率大、泵送压力大的设备。从现场操作看，浇筑2#洞上游混凝土时将110kw的泵机放在2#支洞口，泵送效果明显好于90kw的泵机（附工程实际投入设备以供参考）。
表1 主要设备配置表
图3 2#施工支洞斜井部分泵管安装完成后照片
（5）严格控制好混凝土拌合物质量，其质量好坏是直接关系到混凝土是否能够泵送成功。
混凝土拌合必须按照试验部门签发，并经监理工程师批准的混凝土配料单进行配料拌合，严禁擅自改动。
砂石骨料运至拌合站料仓堆放，自检合格并经监理工程师审核后，方可使用。水泥、外加剂严格按照配合比选定的生产厂家的产品，使用前由质检员对生产日期、合格证、标号、是否结块等项目进行检查，再由监理工程师审核。在砂石料等发生变化时，事前由现场试验员取料送实验室进行试配，并提供配合比配料单。
在拌合系统挂配合比标识牌，每盘称量质量，由专人进行监督计量检查，水、水泥、骨料的偏差控制在允许范围内，每盘都必须过磅，专人操作，随时保持干净、灵敏、准确。每隔1定时间必须进行校对。混凝土拌合时间达到要求后才能出筒，出筒后严格按照试验规程进行取样试验，并现场检测坍落度、和易性的，同时做好试压取样工作。
（6）如施工过程中遇到堵管，需将赌塞泵管分节拆除，分节泵送混凝土排除空气再安装起来，如若空气排除不干净，泵送时混凝土在推动空气时候可能造成骨料分离，产生二次堵管。
（7）斜井段采用管壁厚、钢质好、磨损小的泵管，避免爆管问题出现。
3、结束语
永善县营盘水库输水隧洞自混凝土浇筑以来，经过不断的摸索研究，成功解决了斜井段混凝土浇筑过程中的运输问题。采用泵送方式，减小了施工交叉干扰、提高了施工效率，既能保证施工质量又能确保施工安全。该施工工艺应用在1#、2#施工支洞，取得了很好的效果。
论文作者:钟浩
论文发表刊物:《防护工程》2018年第32期
论文发表时间:2019/2/27
标签：混凝土论文; 斜井论文; 泵管论文; 隧洞论文; 骨料论文; 砂浆论文; 断面论文; 《防护工程》2018年第32期论文;