超百米滿管在碾壓混凝土輸送中的設計與運用

王薇 黃樹鵬

萬家口子水電站擋水大壩高167.50m，在碾壓混凝土雙曲拱壩中目前屬于世界上第一高。為解決壩址區山高坡陡、峽谷險峻，入倉施工道路布置困難的問題，通過對混凝土垂直運輸方式的比較，研制并采用了超百米級的滿管系統作為碾壓混凝土輸送入倉手段，成功實現了壩體碾壓混凝土的優質、經濟、快速施工，并取得良好的技術、經濟和社會效益。該超百米級滿管的設計與運行使用注意事項值得類似工程借鑒。

水利水電工程施工;碾壓混凝土;垂直運輸;滿管

萬家口子水電站擋水建筑物為碾壓混凝土雙曲拱壩，壩高167.50 m，屬此壩型中目前已/在建中的世界第一高。因受壩址區深“V”形峽谷陡峻地勢的限制，壩體在通過填筑道路進行自卸汽車入倉澆筑至1350.0m高程后，需再尋求其他合理的入倉方式以滿足入倉強度要求，以及碾壓混凝土施工條件和施工質量要求。

結合萬家口子水電站工程現場實際，從經濟性、質量保證程度等方面綜合考量，因滿管區別真空溜管、塔帶機等其他垂直運輸手段具有：混凝土料運輸線路短（僅500.0m）;只需修筑壩頂一個卸料平臺;管身磨損小，可再回收利用;購置、安裝和運行維護成本相對較低;管身中料的運動速度低，易于控制;可有效防止骨料分離等顯著優點，最終確定采用滿管+自卸汽車方式進行壩體碾壓混凝土入倉施工。

萬家口子大壩碾壓混凝土入倉的工藝流程：右岸拌合系統集中拌制混凝土，通過自卸汽車接、卸料到右岸壩頭滿管頂部進料斗，進入滿管，經底部出口閥門控制出料，倉內自卸汽車轉運入倉。

滿管系統布置于大壩1350.0 m～1452.5 m高程之間，傾角約47°，整個系統長度超百米。布置有φ800滿管共四段，其中1#、2#滿管接右岸壩頭料斗，布置于1408.3 m～1449.0 m高程，負責1408.0 m至1452.5 m高程混凝土的入倉;3#、4#滿管通過電動平板閥門與調節料斗分別與1#、2#滿管相接，布置于1350.0m～1406.5m高程，負責1350.0 m至1406.0 m高程混凝土的入倉。

滿管結構設計包含有以下四個部分：料斗、控制閥門、管身及其支撐結構。

為了保證混凝土連續下料和達到滿管的效果，壩頭設計一容積約為20 m3的進料斗。1#與3#滿管、2#與4#滿管之間各設置一10 m3調節料斗。料斗均為鋼結構，管體鋼板材質為16Mn，板厚10 mm。料斗臨空面設置0.6 m寬的周邊平臺，安裝1.2 m高欄桿進行攔護。料斗頂部設置防雨棚。

右岸壩頭進料斗、調節料斗以及出料口處均設一平板閥門，閥門的啟閉動力均采用電力。

滿管標準圓形管節長為1.5 m，斷面尺寸為φ800 mm;與料斗相連或與閥門相接處設彎段、漸變段。滿管管身由8 mm厚16Mn鋼制成，標準管節分整圓管身和分半管身兩種，兩種管身間隔布置。

滿管底部主要的支承受力桿件為I12鋼架，其搭設參數為1.1 m×3.0 m×2.0 m（橫距×縱距×步距），其縱向利用φ48×3.5鋼管形成剪力撐進行穩固;同時，滿管底部豎向每5m設一φ273×8鋼管，橫擔使用型鋼I10，縱橫連系梁使用型鋼I12;每2 m布設一道φ20斜拉拉筋;滿管底部采用φ48×3.5鋼管滿堂搭設腳手架以輔助支承上部荷載，并兼作為整個支承結構的施工用排架;支承架兩條滿管中間位置由φ48×3.5鋼管形成約1.0m寬人行步梯，步梯護欄高1.0 m，并每間隔9 m設置一道休息平臺。

碾壓混凝土屬干硬性貧水泥混凝土，需要流水化連續澆筑，對混凝土的施工強度、和易性、可碾性等要求較高。由于滿管系統輸送高差較大，線路較長，要保證碾壓混凝土質量，做到不堵塞、不分離，并提高輸送能力，對其操作工藝、材料、性能以及現場運行管理等各方面都有較高的要求。通過總結，得出以下滿管設計與運用注意事項：

（1）干硬的碾壓混凝土料下落過程中與管身接觸會發生摩擦阻力，會對管身造成一定的磨損，故滿管管身的材質應選用高強、耐磨的材料。操作時嚴格按照“滿”管運行，可以降低磨損程度。滿管運行間隙，需安排專人以目測、敲擊等方式檢查底面鋼板是否有磨損或擊穿，以便及時處理：底面增設鋼襯板、翻轉或更換管節。對滿管系統每月定期進行不少于二次的保養。

（2）滿管設計使用整圓管身和分半管身兩種。因滿管底部較易磨損、擊穿，設計分半管身目的在于：當管底面磨穿時，將頂面翻轉至底面即可繼續送料。此外，分半管身還可充當檢修門，以便及時檢查和清理出管內的廢碴、棄料，保證管路的暢通。分半管身設計加工時只需在整圓管身基礎上增加中部連接板及相應加勁板。為拆裝方便，管身每節或每半節間均采用法蘭螺栓連接，其間設置橡膠墊。

（3）滿管設置傾角應大于45°。經架設滿管1340.0 m～1350.0 m高程試驗段運行后得知，滿管設置傾角小過45°時，輸送碾壓混凝土料的流動性極差，極易發生堵管，大于45°后明顯得到改善。

（4）由于超百米滿管運輸線路較長，故需結合壩體變坡或實施通道情況在中部增設調節料斗，進行滿管“串聯”。萬家口子項目滿管系統在中部1406.0 m～1408.0 m高程間每管增設有一級10 m3料斗，用于排除管內多余氣體，調節混凝土下落速度，及起二次混合的作用。

（5）為便于滿管自下而上安裝，設計利用支承結構中的I12鋼充當滑槽，管身通過壩頭的吊車牽引鋼絲繩進行緩慢下滑而完成初始定位，而后人工進行就位后調整，管身底部連接板與I12鋼間最終經“L”型Φ32鋼筋焊接固定。

（6）滿管管身必須設置有充足的通氣孔。通氣孔若設置不足或過小，將無法順暢排出管內氣流（特別是在頭車卸料時）。管內氣壓流上竄容易將混凝土料頂死于管身內而使其無法順利下落，對物料的輸送極為不利，而且排氣不暢還會引起管身顫動及通氣孔飛料，從而影響滿管自身結構安全及周邊人員、機械安全。實踐證明，每節管身均須設置通氣孔，且通氣孔鋼管由原設置Φ48，L=10 cm調整成Φ110，L=5 cm（管頂焊接φ12鋼筋以避免飛料）后，能有效地排出管體多余氣體，使得下料順暢，減輕管身晃動。

（7）閥門需避免變速箱速比設置過大而導致開啟動力不足。實踐中，閥門變速箱速比由1240轉/min調整為800轉/min后，啟閉動力較能適應碾壓混凝土輸送時的閥門啟閉。

（8）滿管各料斗、出口及管身需根據部位的不同設置不同功率的附著式振搗器，以起到加振消堵的作用。實踐中，滿管各料斗及出口處每側設1臺0.75 kw的附著式振動器，管身每5 m設1臺0.5kw的附著式振動器，可以起到加振消堵而又不至于因動力過大而產生擠壓振實影響下落的效果。

當加振和人工敲擊也無法消堵時，需立即通知拌合系統暫停拌料，并盡快拆管進行人工鋼釬、鐵鍬消堵。滿管運行值班人員需備好拆管用的扳手、氧割等工具，配備對講機與拌合系統及倉面要料人員保持溝通。

（9）滿管在輸送碾壓混凝土料前必須潤管。下料前，關閉滿管出口閘門，引φ100鋼管往進料口內充水，直到管身全部滿水濕潤。

（10）“滿”管后方能開啟出口閥門進行卸料。來料需保持進料斗存儲混凝土量在其斗容的1/3～1/4左右，通過調整出口閥門開合度控制滿管整體出料速度，確保盡量勻速，以避免發生物料脫節。保證“滿”管輸送，是防止骨料分離，減少管身磨損的關鍵環節。混凝土在“滿”管中的運行速度控制在0.3～0.5 m/s時，運行較易掌控。

（11）碾壓混凝土料普遍粘稠度過大易粘管，應通過實驗確定適宜的混凝土外加劑配比，在混凝土外加劑中合理減少保塑劑添加量，可使碾壓混凝土黏稠現象得以改善。

（12）進料點、中轉點、出料點均需安裝信號燈。萬家口子項目滿管系統安裝有紅、綠、黃三色信號燈，紅燈亮為停料，綠燈亮供應碾壓混凝土二級配料，黃燈亮供應碾壓混凝土三級配料。每個點配一個電鈴，出料點每卸滿一車料后打鈴，運料車輛方能駛離。進料點、中轉點電鈴僅在出現故障或遇到緊急情況時方打響電鈴。

（13）滿管輸送混凝土量要按倉面需要提前算好，停料時及時通知拌合系統值班人員。當需停止供料時，應及時放空滿管內的混凝土料。為減少混凝土料的VC值損失，并防止堵管，料在滿管中的存放時間需控制在1 h之內。放空后要及時清洗滿管系統的料斗和管身，清洗的臟水要通過車運或其他方式引到倉外，以免污染混凝土倉面。

（14）高溫季節，滿管需采用橡塑復合等隔熱材料包裹嚴實，以起到溫控的作用。

（15）為避免汽車接料困難及發生混凝土離析，應使滿管出料口中心距離大壩邊坡巖體大于2.5m，碾壓混凝土自出料口卸料的自由下落高度不超過1.5m。

（16）每層混凝土澆筑完成后，隨澆筑面升高進行拆管和支承結構加固，卸料彎頭上移，按照初裝要求進行安裝加固。

（17）滿管系統用電需做到規范，絕緣良好。用電線路加設絕緣管套，夜間保證照明充足，進料點、出料點設置反光材料以避免遭受機械設備的碰撞。

萬家口子水電站大壩超百米滿管系統制作成本低，運輸路線短，輸送能力高，經其輸送后的碾壓混凝土骨料分離不明顯，碾壓泛漿效果好，技術、經濟指標均較為優越。該系統的投入使得壩體1350.0m高程以上總共約66萬m3碾壓混凝土輸送任務順利完成，單位時間產能達到3630 m3/d，經過后期壩體取芯及各項試驗結果表明，碾壓混凝土各項檢測指標均滿足規范和設計要求，順利實現大壩2017年2月下閘蓄水目標。

萬家口子水電站大壩超百米滿管系統設計與運行管理技術已獲得《超百米滿管碾壓混凝土輸送系統》（ZL 2018 2 0275741.4）、《碾壓混凝土壩的碾壓混凝土滿管輸送進料裝置》（ZL 2018 2 0271297.9）、《一種用于碾壓混凝土輸送的滿管及支撐結構》（ZL 2018 2 0271537.5）3項實用新型專利授權，對深“V”形陡峭壩基或是壩體缺口等相似類型工程碾壓混凝土澆筑極具推廣價值。

[1] 高宇，盤春軍，盧山.萬家口子水電站碾壓混凝土雙曲拱壩工程綜述[J].紅水河，2020，39（1）：1-6.

[2] 杜漢清.碾壓混凝土垂直輸送施工技術研究與應用[J].建筑工程技術與設計，2014（10）：110.

[3] DL/T 5144-2015.水工混凝土施工規范[S].

（China Energy Engineering Group Guangxi Hydroelectric Construction Bureau Co.， Ltd.， Nanning? Guangxi? 530001）

： With its height of 167.50m， the water-retaining dam of Wanjiakouzi Hydropower Station is currently the world's highest RCC double-curvature arch dam. Because high hills， steep slopes and precipitous valleys are covered around the dam site area， it is very difficult to lay out the construction road connecting to the working face. By comparison of vertical concrete transportation methods， over 100-meter full pipe transportation system have been developed and adopted as a means of transporting RCC into the working face， which has achieved good technical， economic and social benefits. Practice has proven that the method is worthy of reference for similar projects.

： construction of hydraulic engineering; RCC; vertical transportation; full pipe