緩坡超長斜井混凝土溜槽運輸技術研究

孫 金 龍， 楊 漢 銘， 張 永 豐

(1.廣州新珠工程監理有限公司，廣東 廣州 510610；2.中鐵五局集團有限公司，貴州 貴陽 550003)

1 混凝土溜槽運輸技術研究概述

隨著建設工程規模的快速發展，無論是水利水電、交通運輸、礦山等工程，斜井施工被廣泛應用于工程實踐中，尤其是水利水電工程的施工支洞，由于受地形條件和地理環境因素的影響，時常會設計為斜井型式。直觀上看斜井水平距離比平洞相對縮短，但作為施工交通運輸的主要通道，改變了常規的施工作業方式，相應的常規施工機械難以使用，就斜井混凝土運輸而言，由于坡度大輪式機械無法行駛，只能使用傳統的軌道式斗車運輸混凝土，而軌道式斗車運輸混凝土存在施工效率低、安全隱患大、施工成本高等不利因素。因此，在工程實踐中研究如何應用新的混凝土運輸方式，能夠替代傳統的運輸模式非常重要，根據工程實際應用統計，在短距離(≤300 m)、陡坡(≥25°)斜井中使用溜槽運輸混凝土比較容易實現，但在緩坡(<25°)、超長(>600 m)斜井中極為罕見。

夾巖水利樞紐工程，是國家172項重大水利工程，也是貴州省最大的水利投資項目，總投資約170億元人民幣。工程設計渠道總長829 km，其中輸水干渠6條長281公里，隧洞數量多，干渠設計斜井支洞共計11條，其中水打橋隧洞全長20 036 m，共設計有4條斜井支洞，斷面型式采用圓形，襯砌后內徑5.4 m，1#斜井支洞長585 m，坡度i=37.94%(20.5°)，2#斜井支洞長660 m，坡度i=32.45%(17.8°)，3#斜井支洞長680 m，坡度i=34.46%(19.1°)，4#斜井支洞已做設計修改，斜井為城門洞型，襯砌后尺寸6×5 m(寬×高)。由于施工支洞設計為緩坡、超長斜井結構，給混凝土澆筑運輸工作帶來了極大困難，混凝土采用傳統的軌道運輸方式，無法保證工程工期并且增加施工成本；施工安全隱患大；施工質量難以控制。若采用溜槽運輸方式，由于斜井長度大、坡度緩，很可能出現混凝土流動性差，產生混凝土離析現象，無法保證混凝土澆筑質量。

為解決這一關鍵性技術難題，加快施工進度、實現緩坡和超長斜井混凝土溜槽運輸的技術創新，工程技術人員針對斜井混凝土溜槽運輸特點，結合施工現場的實際情況，在干渠水打橋隧洞斜井支洞中進行混凝土溜槽運輸創新性研究試驗。

2 斜井混凝土運輸的現有技術

經過對水利水電、交通運輸、鐵路、礦山等行業現階段調查統計，斜井設計在工程中出現的長度從幾十米到幾百米甚至千米，寬和高從幾米到十幾米，坡度從十幾度到幾十度不等。工程上斜井作用大致分為兩類：一類是水利發電工程用于增加水頭壓力實現水能動力發電為目的的斜井；另一類是作為工程項目的“施工交通支洞”，承擔著各類材料、物件的運輸功能的斜井。長期以來，水利水電、交通運輸、鐵路、礦山等工程的斜井混凝土運輸基本依靠軌道式運輸方式，尤其是緩坡、超長斜井混凝土運輸一直延續這種傳統的運輸方式。

軌道運輸方式是由大功率絞車、鋼絲繩、軌道、礦山斗車等工具組成，軌道式運輸混凝土缺點是：運輸方式組織復雜，需要相應的輔助作業，施工成本高；隨著斜井隧洞的增長，運輸效率大幅度降低，延長施工工期；運輸時間長，混凝土容易產生初凝現象；施工中會發生礦車脫軌和鋼絲繩斷裂，從而導致安全事故發生，給工程建設和企業帶來較大損失。

3 斜井混凝土溜槽運輸技術

根據調查分析并結合工程的實際情況，確定在水打橋隧洞斜井支洞進行混凝土溜槽運輸技術研究。水打橋隧洞全長20 360 m，地質條件復雜多變，施工過程中出現了煤層瓦斯、硫化氫氣體、一氧化碳氣體、涌水涌泥等不良地質現象，給施工進度帶來了很大影響，導致工程進度嚴重滯后，混凝土澆筑施工如再繼續拖延工期將會影響夾巖水利樞紐工程總工期。因此，在水打橋隧洞斜井支洞進行混凝土溜槽運輸實驗研究意義重大。

4 斜井混凝土溜槽運輸方案設計

為解決溜槽運輸混凝土技術難題，專題小組與工程技術人員集思廣益，從工程實際出發，經過長時間的分析、研究，采用斜井混凝土運輸新型裝置和工藝，把混凝土從斜井井口直接運送到斜井底部，然后再由混凝土罐車運送到各需要部位。首先在水打橋隧洞斜井1#支洞(長585 m，坡度20.5°)、斜井2#支洞(長660 m，坡度17.8°)現場工作面進行探索性試驗，試驗過程嚴格按照技術要求和方案執行。為提高斜井混凝土運輸試驗研究的成功率，減少混凝土的二次轉運環節，在1#支洞斜井試驗中將混凝土拌合站移到井口位置，節省了從拌合站到斜井口的二次運輸工作，提高了混凝土運輸效率和質量保證。

斜井混凝土運輸裝置試驗系統由混凝土拌合站、上集料斗、敞開式溜槽、下集料斗及相關支架組成,斜井混凝土溜槽運輸裝置結構見圖1、細部結構見圖2。具體包括：(1)為水泥、粉煤灰罐；(2)為拌合站操作室；(3)為斜井外部溜槽；(4)為外部溜槽支架；(5)為上集料斗；(6)為斜井內溜槽；(7)為內溜槽支架；(8)為下集料斗；(9)為下集料斗支架；(10)為混凝土罐車等。

圖1 斜井混凝土溜槽運輸裝置結構

圖2 斜井溜槽運輸裝置細部結構

5 斜井混凝土溜槽運輸現場試驗

溜槽運輸技術方案確定后現場試驗是一項關鍵性工作，如果試驗失敗不僅經濟上受到損失，更重要的是難以保證工期和施工質量與安全。因此，在試驗開始前，專題組連續3次組織監理、施工、設計、業主等單位相關人員召開溜槽技術方案實施研論會將問題解決在試驗實施前，避免帶著問題進行試驗工作。

6 混凝土溜槽運輸裝置制作、安裝

混凝土溜槽運輸試驗有兩項關鍵工作，一是溜槽制作和安裝的精度，二是混凝土試驗配合比設計。針對混凝土溜槽制作，專題組要求施工單位從材料進場到結構加工、制作必須由監理工程師檢查、監督，重要的結構部位要經過專題組聯合驗收，溜槽運輸裝置安裝全過程均有監理工程師實施旁站，對每道工序驗收合格后方可進行下道工序。

7 溜槽運輸配合比設計與調整

首先按照設計強度、抗凍和抗滲指標進行室內混凝土配合比設計，合格后用于現場試驗調整階段。為保證試驗過程的順利進行，在室內進行了三組混凝土配合比設計，設計原則是在混凝土水膠比不變、設計參數不變的前提下調整用水量，以基準用水量上、下浮動5 kg，得出三組配合比參數(見表1)并經過中心試驗室復核合格。在試驗過程中發現第一組配合比混凝土塌落度損失過大，混凝土流動不暢通。專題組決定使用第二組混凝土配合比試驗，從試驗現場觀察，溜槽中的混凝土流動性穩定，流動速度均勻，混凝土和易性良好，沒有產生混凝土離析現象。隨即又進行了第三組混凝土配合比試驗，也發現有類似于第一組試驗出現的問題，不同的就是雖然坍落度增大了但混凝土的流動行并不理想，反映了混凝土的和易性較差(見表2)。

表1 三組不同用水量的混凝土配合比

表2 三組不同用水量試驗結果

8 斜井混凝土溜槽運輸技術研究成果

通過專題小組和工程技術人員的努力，經過大量的現場混凝土溜槽運輸試驗，技術人員對第二組配合比試驗現場觀察，溜槽中的混凝土流動性穩定，流動速度均勻，混凝土和易性良好，沒有產生混凝土離析現象，最后對混凝土試件的試驗檢測，各項參數指標均達到設計要求，標志著斜井混凝土溜槽運輸技術獲得成功。見圖3。

9 結 語

緩坡、超長斜井混凝土溜槽運輸技術的試驗成功，為施工生產起到了積極而富有實質性作用。

圖3 斜井混凝土溜槽運輸試驗成功

從而加快了斜井混凝土運輸速度和澆筑進度，使用溜槽運輸混凝土新工藝，每倉混凝土澆筑循環時間需46 h左右，比傳統的軌道式運輸節省9 h，提高施工效率約19.6%；由于縮短了混凝土運輸時間，避免了混凝土出現初凝現象，從而保證混凝土澆筑質量；使用溜槽運輸混凝土替代了軌道式運輸方式，減少了運輸中的安全隱患，保證施工作業安全。此項技術研究成果充分體系了工程技術人員的創新觀念，實現了斜井21°以下緩坡溜槽運輸混凝土新目標，尤其是在17.8°緩坡斜井中混凝土溜槽運輸試驗成功，為提高施工生產效率，降低施工成本，保證混凝土澆筑質量和施工安全做出了貢獻。