溜筒和卧泵联合输送混凝土在斜井中的应用.pdf

2 0 1 5年第 3期 水利技术监督 工程 实践 DOI ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 8 1 3 0 5 2 0 1 5 0 3 0 2 8 溜筒 和卧泵联合输送混凝 土在斜 井 中的应用 何 玉 ( 辽宁省东水西调工程建设局 ，辽 宁 沈阳1 1 0 0 0 3 ) 摘要 ：斜井混凝土 回填在水利水 电工程 中较 为常见 ，但 利用 两次混凝 土 泵送、两 次混凝 土拌和 、两次 混凝 土溜 筒 ，输送混凝土垂直距 离高达 4 1 5 m，这在 国内甚至 国外均 不常见 ，文 章对金 窝水 电站 压力 管道 中斜 井 回填 混凝 土 的 施 工 成 功 经 验 进 行 了 总结 。 关键词 ：斜 井混凝土 回填 ；两次混凝土 泵送 ；两次混凝 土拌和 ；两次混凝 土溜筒 中囱分类号 ：T V 5 3 文献标识码 ：B 文 章编号 ：1 0 0 8 1 3 0 5 ( 2 0 1 5 ) 0 3 0 0 8 0 0 3 金窝水电站为引水式水力发 电站 ，该电站机组 是 目前亚洲单机容量最大 、水斗数最多 的冲击式水 轮 机 。金窝 水 电站 主要 由首部 枢纽 、引水 系 统 、地 面厂房系统等建筑物构成。电站于 2 0 0 4年 8月开 工 ，2 0 0 8年底 投产 发 电。 压力管道斜井高达 5 5 0 m，其 中压力管道 中斜 井 全长 2 9 9 7 m，开挖直 径 为 4 8 m，钢 管安 装 直 径 为 3 6 m，钢 管外 部 回填 6 0 e m厚 的 C 2 0混凝 土 。因 通往中斜井 的唯一通道中一平段支洞位于悬崖峭壁 上 ，开挖期间是利用 8 t 索道作 为运输 通道。压力 管道中斜井 回填 混凝 土设计方量为 2 3 7 1 m ，加上 超填 近 3 0 0 0 m 混凝 土 ，若 全 部混凝 土 均通 过 8 T索 道进行 运 输 ，受索 道运行 限制 ，无 法 满 足压 力 管道 中斜井混凝土回填强度需要 。 如何 解决 中斜 段 回填混 凝 土运 输通 道 是整 个 金 窝水 电站是 否能 按合 同工 期顺 利发 电 的瓶 颈 。若 从 中二 平段 支 洞运 输 混 凝 土 ，需 要搭 设 高空 脚 手架 ， 安 全隐 患 比较突 出 ；若 从 中一平 段 支 洞运 输 ，必 须 采用索道运输 ，不但存在安全隐患 ，而且还存在索 道运输混凝土组合料的速度较慢 ，不能满足施 工进 度要求 。 最 后 经过参 加各 方 的多 次讨论 研 究 ，决 定 通过 蝶阀室交通洞上平段 ，采用卧泵将混凝土输送到压 力管道上斜段上 口，再利用上斜井压力钢管 内部搭 设的混凝土溜管 ，将混凝土输送至上斜井下 口( 即 中一平段) 自制的钢板料斗里 ( 4 m 左右 ) ，然后在 中一平段经过人工二次拌合混凝土 ，再采用布置在 上中一平段 的 HB T 6 0混凝土输送泵 ，泵送 至中斜 井上 口，最后利用 已安装在 中斜井压力钢管外壁钢 8 0 管 上搭设 的溜管 ，将混 凝 土输送 到 中斜 井 仓 内 。从 而 达到 压力 管道 中斜井 回填混凝 土 按进 度 计划 顺 利 完 成 的 目的 。 在金窝水电站压力管道中斜井混凝土 回填施工 过程 中 ，利 用 两 次 混 凝 土 泵送 、两 次 混 凝 土 拌 和 、 两次混凝土溜筒 ，混凝土输送垂直距离高达 4 1 5 m， 解 决 了金 窝 水 电 站 压 力 管 道 中 斜 井 混 凝 土 回填 的 难 题 。 1 混凝土溜管在上斜 井内和 中斜 井 内搭设 1 1 混凝 土溜 管在 上斜 井压 力钢 管 内搭设 采用 5 0 X5的 角钢 和 1 6钢 筋 相 结 合 的方 式 ， 在上斜段压力钢管 内安装人工爬梯 ，钢筋爬梯采用 角铁焊接在压力钢管 内，上斜段共 长 2 2 3 8 m，钢 筋爬梯 分 四段 ，每段 5 0 m，每段 钢筋爬 梯单 独焊 接，钢筋爬梯端头制作一个挂钩，将 挂钩挂在吊耳 上 。每段 钢 爬梯 顶 部 焊 制 一 个 平 台 ，平 台约 为 1 5 m ，供施工人员休息之用 ，钢爬梯每 1 0 m就 和 压力钢管进行焊接 ，焊接采用 q b 2 5 。角铁 5 05作 为钢爬梯加固附件 ，对每段钢爬梯加固 3道 。 溜管安装 采用从下 而上安装 ，并 采用 ” u” 型 q b 2 5钢筋将溜管牢 牢的焊接在压 力钢管上 ，溜管 采用 法 兰盘 联 接 ，每节 溜 管 6 m，每 3 m 就 采 用 u” 型 2 5钢 筋 卡 焊 接 一 道 。 溜 管 采 用 b 2 0 0 m m 钢 管 。 1 1 1 钢 筋爬梯 安全 应 力计 算 ( i ) 钢 筋 爬 梯 采 用 1 6钢 筋 制 作 ，梯 步 为 作者简介 ：何玉 ( 1 9 7 4年一 ) ，男 ，高级工程师。 工 程实践 水利技术监督 2 0 1 5年第 3 期 3 0 c m，梯宽为 4 0 c m，每 5 0 m钢爬梯所用钢筋的长 度 为 ：5 0 2+( 5 0 0 3+1 ) 0 5= 1 8 4 m。 每段钢爬梯的质量 ： G 1= K G M L=3 8 5 1 8 4= 7 0 8 k g ( 1 ) ( 2 ) 每段爬梯 同时上 3个人 ，每人按 1 0 0 k g计 算 ，行 走加 速度 保 守估 计 2 m s ，再 加 上 运 输 的 一 节钢管重量合计总计 ： G 2=1 0 03+6 0 0+2 0 8=1 1 0 8 k g ( 2) ( 3 ) 合计共重 ：G=G 1+G 2=1 8 2 ( t ) 。 ( 4 ) 根据图 1所示 。受力分析得 ： F+ N=G ( 3 ) N=mg c o s O ( 4) G=mg s i n O ( 5 ) 因钢 管 的摩擦 系数 可忽 略不 计 ，所 以所 有焊 接 点 的剪 力为 F=G=1 8 2s i n 0 1 5 3 ( t ) 。 图 1 钢 筋 爬 梯 的 受力 情 况 分 析 ( 5 ) 每段钢爬梯 ( 5 0 m) 焊 点设为 6对 ( 每 1 0 m 一 对 ) ，采 用 02 5直接 焊接在 压力 钢管上 ，每个 02 5钢筋焊点 焊接高度和宽度定 为 5 m m，则每个 焊点 的焊 接面 积为 8 6 3 5 m m ，查 简 明施 工计算 手 册 知 焊 点 的 剪 力 屈 服 点 为 1 1 0 N m m ，则 每 个 焊 点 的平均 受力 ：为 0 9 5 1 t ，1 2个 焊 点为 1 1 4 t 。 取安全系数 为 5 0 ，则 1 2 个 焊点承受 安全 力 ： 安 =1 1 4 5= 2 2 8 T，所 以 ， 厂安 F 。 因此采用 02 5钢 筋焊接钢爬梯 ，可确保钢爬 梯受 力 。 1 1 2 混凝土溜管安全应力计算 混 凝土 溜管 采用 02 0 0钢 管 ，壁厚 5 m m，每节 ( 长 6 m) 重 2 0 8 k g ，采用法兰盘连接 ，溜管 与压力 钢管内壁之间用钢筋 02 5焊接牢固，用“ u” 钢筋骨 卡 固定 起 吊起 ，每节 焊接 2对焊 点 。根 据 图 1可 知 每节溜管的下滑力为 G=m g s i n O=0 1 7 4 ( t ) 。混凝 土在溜管内的最大摩擦阻力为混凝土( 6 m为一计算 单元 ) 在溜管内的下滑力-厂 ，从而作用溜管的摩擦阻 力 为f=ml a =2 5 7 0 96=1 5 4 ( k g )=0 1 5 4 ( t ) ， 而每对焊点安全受力为： 安 = 0 9 5 1 2=1 9 t ( 每节溜管为两对焊点 ， 一 对焊点 就 足 以确 保安 全受 力 ) 。 由于焊 点 的安全 受力远 远 大于 溜管 及 混凝 土作 用在溜管上摩擦阻力之和 ，所以每节溜管焊接一对 焊 点就 可确 保溜 管 的受力 安全 。 1 2 混凝土 溜管在 中斜 段压力 钢 管外壁 搭设 混凝土 留 管采用 + 2 0 0 ra m钢管 ，沿压力钢管轨 道上铺设 ，将溜管安装到斜段待浇筑部位 ，混凝土 垂直运输方式采用钢管溜管进行混凝土浇筑 ，随着 浇筑高度的增大割除混凝土溜管 ，为了施工安全和 施 工 进度 ，将 溜管浇 筑 回填 昆 凝 土 内 。确 保混 凝 土 最大下料高度为 6 m。 因溜 管沿 压力钢 管 底部安 装 ，钢 管溜 管 长度 为 6 m，采 用焊 接 方 式 将 溜 管 焊 接 在 压 力 钢 管 轨 道 及 加 固锚杆 上 ，为 防止骨 料分离 ，每在 距离 混 凝 土浇 筑面 3 m处设置一个弯头 ，弯头对着岩壁 ，以减缓 混凝土的冲击力 ，最大程度地减 小混凝 土骨料分 离 。见 溜管弯 头示 意 图 2 。 图 2溜管弯头 示意 图 2混 凝 土 级 配 因中斜段混凝土垂直运输需要经过上斜段 ，为 防止混凝土的分离 ，加大混凝土的和易性 ，增大混 凝土的坍落度 ，是 十分必要 。混凝 土采用 一级配 C 3 0混 凝土 ，并 在 混凝 土 中加 入 N F高 效 减 水 剂 可 以增 强混 凝土 的粘 聚性 与和 易性 ，减 小 用水 量 ，确 保回填混凝土浇筑饱满。 8 】 2 0 1 5年第 3期 水利技术监督 工 程 实践 3基础岩面处理 经监 理 工程 师验 收后 的基础 岩 面 ，需 先撬 挖 松 动石 块 ，清 除浮碴 、泥沙 和污 物 ，因压 力 管道 钢 管 安装后 ，高度太大 ，人员 向上背运清理后的杂物、 浮 碴时 ，会 造成极 大 疲劳 ，为 减缓施 工 人 员过 度 疲 劳 ，采 用 人 工 接 力 的 办 法 ，多 增 加 施 工 人 员 ，每 1 0 m高安排一个接力人员。从 而加快基础岩面杂物 及 石碴 的处 理 。 4混 凝 土 浇 筑 4 1混凝 土运 输 、入 仓 中斜段 混凝 土 由布 置在蝶 阀 室交 通洞 洞 口的拌 和站拌制 ，拌制后卸入到混凝土输送泵 内，由混凝 土输 送泵 卸入 上斜段 钢 管溜 管 内。混 凝 土经 过 上斜 段直 接溜 到布 置 在 中一平 段 的 自制 的钢 板 料 斗 内 ， 在料斗旁边布置一 台 HB T 6 0混凝土输送泵 ，自制 钢板 混凝 土料 斗布 置在 混凝 土输 送 泵上 方 ，采 用人 工的方式直接将一级配混凝土泻在卧泵料斗里 ，然 后采 用 混 凝 土 卧 泵 再 次 泵 至 中斜 段 钢 管 外 壁 溜 筒 内 ，最 后混凝 土 沿管卸 入仓 内。 平仓 主要 采 用人工 手持 铁锨 配 合插 入 软轴 式 振 捣棒 进 行平仓 。 振 捣采 用 5 0 m m 电动软轴 插入 式振 捣器 振 捣 ， 振 捣 由有经 验 的混凝 土工 按规 范操 作 ，防止 过振 和 漏 振 。每 一 位 置 的振 捣 时 间 以混 凝 土 不 再 显 著 下 沉 ，不 冒气 泡 ，并开 始泛 浆 时为 准 。 4 2上下联 系 安装一部电话 ，上下各 派一个专 门联络通讯 ， 另外配 用 一 对 讲 机 ，铺 助 通 讯 ，确 保 信 息 畅通 无 阻。 5安全 防护措施 ( 1 ) 金窝 水 电站 压力 钢 管 内钢 爬 梯 安装 ，尾 于 高危 地 下斜 井 施 工 ，施 工 难 度 大 ，为 确 保 施 工 安 全 ，在施工期间要严格按照 安全生产法 、局 安 全生产 、文明施工管理规定 和项 目部 的各项规章 制度执行 ，确保安全生产能持续有效。 ( 2 ) 为确 保上 斜井 溜 管 的安装 ，在安 装 溜管 时 ，实 行从 上 向下 吊运材 料 ，每次 吊运 的溜 管 只能 为一根 ，施 工人 员 和施工 材料 一 块上 下 ，利 用 布置 在上平段的卷扬机和专用卷扬机起 吊平台 ，采用卡 环 、铁 丝 、钢 丝绳将 溜 管 固定好后 与施 工人 员 一起 8 2 下溜 至施 工位 置 ，然后 ，施 工人 员 确认 将 溜管 焊 接 牢 固后 ，再将 绑缚 溜管 的钢 丝绳 解 除 。 ( 3 ) 项 目部在 钢 爬 梯及 溜 管 安 装 前 ，首 先 由工 程技术部和安全部等部 门抽出相关人员组成评价小 组 针对 施工 现场 环境 和特 点 ，进 行 危 险源 和 环境 因 素的辨识、风险评价 、风险控制、并编写 出合理有 效 的 “ 应急 预案 与响 应控 制 程 序 危 险源 辨 识 、评 价” “ 环境因素识别、评价” 对所确定 的重大危险源 和重大环境 因素制定合理的控制措施及方案。 ( 4 ) 在 上斜井 施 工 的操 作 人 员 ，为 确 保人 员 的 坠落伤害 ，需挂安全绳 ，特别是在上斜井施工的人 员 ，需将 安全 绳牵 引至 上平段 ，派专 人 负责 安 全绳 的牵 挂工 作 。 ( 5 ) 钢爬梯及溜管安装前 ，经现场安全技术交 底清 楚 ，并经 施工 人员 进行 书面 安全 交 底 工作 方 可 组织 实施 。交 底有 接受 人签 字 。 ( 6 ) 钢爬梯及溜管安装工作面 ，专业 电工牵引 专用 照 明线路 。并 由专 业 电工现 场 进行 照 明 线路 管 理。确保钢管内的用电安全 ( 7 ) 在进 行钢 爬 梯 或 溜管 安 装 时 ，传 送 材 料 时 下 面不 得有 人 ，防止 坠物 砸伤 。 ( 8 ) 施工休息时不准坐在爬梯上或不安全 的地 方 ，应该坐在休息平台上休息 ，在休息时要将安全 带 挂在 平 台上 面 的爬 梯上 。 ( 9 ) 施 工人员 不 准 穿 胶 底 易 滑鞋 作 业 ，衣 服要 轻便 。 ( 1 0 ) 当 日完 工 后 ，应 仔 细 检 查 岗位 四周 情 况 ， 如发现有隐患的部位应及 时进行修 复并交代下班施 工人 员 ，凡 患 有 高 血 压 ，心 脏 病 者 不 得 上 斜 井 操作 。 ( 1 1 ) 工 人 的 工 具 及 零 配 件 要 放 在 工 具 袋 内 ， 穿 防滑 鞋 ，袖 口、裤 口要 扎紧 。 ( 1 2 ) 凡 在 斜 井 施 工 的 人 员 ，不 准 连 续 作 业 ， 不准加班作业 ，更不准疲劳作业 。 ( 1 3 ) 钢爬 梯 和 溜 管 在 拆 除 时 ，边 拆 除 边 进 行 压力钢管焊点处理 ，处理采用打磨机进行打磨 ，打 磨面符合设计要求。 ( 1 4 ) 拆除采 用从上 到下 的方 式进行 ，拆 除的 材料防止坠落 ，拆除过程 中，下面严禁存人 。 ( 1 5 ) 必 须 派专 业 焊 工 对 钢 爬 梯 及 溜 管 进 行 施 焊 ，施焊 的质 量符 合规 范及 设计 要求 。 ( 1 6 ) 溜管采用新 购置 的新钢管 ，壁厚为 5 m m， 在混 凝 土浇筑 过程 中 ，不需 要 更换 ( 下转 第 9 5页 ) 工 程实 践 水利技术监督 2 0 1 5年第 3期 在拌合水泥时可以使用机械拌合与人工拌合两 种方法。施工的过程中必须分层填筑，每一层的厚 度要 1 5 0 m m，然后用 机 械或 者人 工 进 行夯 实 ，其 中上层 、下 层 分 段 接 缝 的距 离 不 能 5 0 e m。如 果 水泥 土 的干缩 性较 大 ，在伴 制之 后 需 随之铺 筑 ，压 实 ，并 且还要 注 重养 护 。 回填水 泥土 的允许 偏 差如下 表 3所示 。 表 3 回填水 泥土的允许偏 差 检测频 率 序号 检测项 目 允许偏差 检测方法 区域 点数 最低 在 每 层2 3 l 压实干密度 约 1 0 0 m 1 深 度 位 置 环 0 5k Nm 刀 法 2 每层铺土厚度 3 0 mm 约 1 0 0 m l 插扦测 量 3 顶 面标高 l 5 mm 约 2 0 0 m l 水准仪测量 4 表面平整程度 2 0 mm 约 2 0 0 m 1 3 m 直尺检查 注 ：允许偏差 ：其平均值等同于设计值 ，且最低数值 不可低 于 设计值 ；每一土层厚度需依据压 实法 的试 验而定 ；用钢筋 贯人法检测压实干密度 ，其贯入度需依照试验而定 。 5 结 语 总之 ，水 利工 程堤 防 的土方 填筑 施 工很 难 进行 质量 控制 ，在 具体 管理 过程 中 ，还要 注 意加 强 对重 点环 节 的技术 管控 。 由于其 对整 个水 利 工程 的 施工 质量 具有 十分 重要 的影 响 ，必须按 照规 范 的技 术要 求进行相关试验 ，待试验合格后再根据相关施工工 艺要求规范施工。 参 考文 献 1 刘振书水利水 电工程设 计与施工新 技术全 书 M 北京 ：海 潮出版社 ， 2 0 0 1 2 缪丹降雨及地震对九黄 机场高填方 边坡稳定 性影 响 D 成 都理工大学 ， 2 0 0 8 3 吴英姿机 场跑道软土地基处理方案 的可靠度分析 与风险决策 D 浙江大学， 2 0 0 8 4 姚凯黄河 冲淤积平原 区强夯加 固地 基技术研究 D 山东大 学 ， 2 0 1 3 5 孙志强建筑业企 业工程 项 目管理 实用手册 M 北 京 ：中国 建筑工业出版社 ， 2 0 0 3 ( 上接第 8 2页) 溜管等设施 ， 如需更换 ， 需上报特殊 施工安全措施后才准予施工。 ( 1 7 ) 在中斜井浇筑过程中， 不准作业人员在斜 井 内上 、 下 。同时 为 了保 证 中一 平 段 施 工 人 员 的安 全 ， 需 要 在 中一 平段 上游 设置 一个 防 护 围栏 ， 防 护 围 拦采用架管扣件和 5 e m厚木板 进行封堵防护 ， 避免 混凝土及坠物伤害。 ( 1 8 ) 为 了 防 止 下 溜 的 混 凝 土 溅 出伤 害 卧 泵 混 凝 土工及 相关 人 员 ， 需 要 在 中 一平 段 设 置 一 个 缓 冲 平段 ， 缓冲平段采用钢模板扣制 ， 并在混凝土出 口处 设置 安全 防护板 。 ( 1 9 ) 为 了确 保 溜管 的安 全受 力 ， 采用 钢 线 绳 、 卡环将溜管从下到上依次绑定 ， 具体方法是在每节 溜 管 u型 固定 卡 处 ， 钢 丝 绳 打 结 采 用 卡 环 进 行 连 接 ， 并 将 钢 丝 绳 牢 牢 的 挂 上 平 段 吊 运 钢 管 的 天 锚 上 。 6 结语 金 窝 水 电 站压 力 管 道 中斜 井 混凝 土 回填 施 工 ， 改变 了传 统施 工 方 法 ， 采 用 了溜 筒 和 卧泵 联 合 输 送 混凝 土 的 方法 ， 通 过 两 次 混 凝 土 泵 送 、 两 次 混 凝 土 拌和、 两次混凝土溜筒 ， 在 确保 施工安全 和质量 的 情 况 下 ， 为 金 窝 水 电 站 顺 利 按 期 发 电 做 出 了 巨 大 贡献 。 ( 上接第 8 4页 ) 达到 设 计 密度 的要求 ， 则应 增 加 碾压 次 数 直 到 达 到 设 计 密 度 为 止 。 相 邻 两 边 碾 压 之 间应 确 保 有 足 够 的 搭 接 宽 度 ， 通 常 应 控 制 在 20 3 0e m 。 6 结语 通 过 总 结 以 往 碾 压 混 凝 土 大 坝 的 成 功 施 工 经 验 ， 将 碾 压混 凝 土 施工 技 术应 用 于 某 大型 水 库 大 坝 施工 中 。工 程 实施 效 果表 明 ， 碾 压 混 凝 土具 有 体 积小 、 强度高 以及 防渗性能好 的特 点 ， 同时施 工简 单 ， 经 济效 益 好 ， 因此 在 水利 工 程 中得 到 广 泛应 用 。 参考 文献 1 张军碾压 混凝 土快 速筑 坝技术 在乐 昌峡水 利工 程 中的应 用 J 广东水利水电 ， 2 0 1 3 ( 0 4 ) ： 3 0 3 1 2 王彦虎 ， 党永平 ，柴景波亭子 口水利枢纽 表孔坝段 碾压混凝 土快速施工技术浅析 J 福建建材 ， 2 0 1 0 ( 0 7 )： 2 8 3 4 3 朱传平乐 昌峡水利枢纽工程碾压混凝土大坝 的施 工程序 J 西北水 电， 2 0 1 1 ( 0 3 ) ： 2 8 3 4 95