深井襯砌混凝土施工技術(shù)的研究與應(yīng)用

王建國(guó) 李建彬

1. 北京北控慶都水質(zhì)凈化有限公司 北京 100102；

2. 中國(guó)葛洲壩集團(tuán)國(guó)際工程有限公司 北京 100025

1 工程概況

GD-3水電站工程位于埃塞俄比亞首都亞的斯亞貝巴南部稍偏東約400 km，靠近索馬里、肯尼亞邊境地帶。該項(xiàng)目屬EPC總承包，業(yè)主為埃塞俄比亞電力公司，工程師為美國(guó)哈扎咨詢公司，合同金額折合人民幣30.8億元，工期為83個(gè)月。

本電站多年平均流量92.6 m3/s，水庫(kù)設(shè)計(jì)總庫(kù)容為2.57×109m3，有效庫(kù)容為2.31×109m3，正常蓄水位高程1 120 m，死水位1 080 m，裝機(jī)容量254 MW，主要由壩區(qū)建筑物、輸水系統(tǒng)建筑物以及發(fā)電廠房建筑物3大部分組成。

2 研究的必要性

輸水發(fā)電系統(tǒng)包括隧洞進(jìn)水口，長(zhǎng)12.4 km的低壓隧洞，高216 m的豎井，高120 m的調(diào)壓井，長(zhǎng)285 m的高壓隧洞。豎井及調(diào)壓井混凝土襯砌已成為本項(xiàng)目施工的難點(diǎn)及重點(diǎn)。

國(guó)內(nèi)外水利水電行業(yè)中包含高大豎井或調(diào)壓井混凝土澆筑的項(xiàng)目很多，豎井混凝土澆筑手段也成為施工階段中的難點(diǎn)之一，核心技術(shù)是混凝土垂直運(yùn)輸穩(wěn)定性問(wèn)題和滑模動(dòng)態(tài)提升與溜筒下料順利對(duì)接問(wèn)題。

3 技術(shù)方案

本技術(shù)方案結(jié)合豎井混凝土襯砌施工成熟的液壓爬升滑模系統(tǒng)，優(yōu)化施工工藝，提高深豎井連續(xù)澆筑施工質(zhì)量，其工藝流程為：溜筒構(gòu)件加工→現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備→輸料系統(tǒng)安裝→澆筑混凝土、鋼筋安裝→提升滑模系統(tǒng)就位→繼續(xù)澆筑上一層混凝土，直至澆筑完成。

輸料系統(tǒng)由下料斗、溜筒構(gòu)件、滑槽布料系統(tǒng)構(gòu)成。溜筒構(gòu)件主要包括鋼管溜筒、緩沖器、轉(zhuǎn)向緩沖器，鋼管溜筒與緩沖裝置之間采用法蘭連接。

3.1 緩沖器裝置

緩沖器裝置（圖1）是采用并行的管狀結(jié)構(gòu)，并設(shè)置緩沖部，使該處能夠在混凝土下料時(shí)收集少量混凝土料作為彈性墊層緩沖消能，提高緩沖裝置的耐磨性能。

圖1 緩沖器構(gòu)造

設(shè)置的出口連接法蘭和進(jìn)口連接法蘭便于緩沖裝置與溜管進(jìn)行連接。設(shè)置的強(qiáng)化底坎增強(qiáng)了連接段底板的耐磨性能。設(shè)置的加強(qiáng)管壁板，能夠在管壁被磨穿后作為新的管壁，進(jìn)一步增強(qiáng)了緩沖裝置的耐磨性能。設(shè)置的便于拆卸的清理板，便于清理堵塞的管道，或者補(bǔ)焊磨損的強(qiáng)化底坎。

3.2 緩沖轉(zhuǎn)向裝置

本緩沖轉(zhuǎn)向裝置包括進(jìn)口段和出口段，進(jìn)口段為豎直布置，出口段與進(jìn)口段的側(cè)壁傾斜連通，出口段的出口傾斜朝下；進(jìn)口段的底部設(shè)有封閉的緩沖端板，緩沖端板的位置低于出口段進(jìn)口的位置，緩沖端板上方空間形成緩沖部；在進(jìn)口段的頂部設(shè)有進(jìn)口段法蘭，進(jìn)口段法蘭上設(shè)有多個(gè)弧形孔（圖2）。

圖2 緩沖轉(zhuǎn)向裝置

通過(guò)設(shè)置的緩沖部和設(shè)置在進(jìn)口段法蘭的弧形孔，使緩沖部能夠在混凝土下料時(shí)收集少量混凝土料作為彈性緩沖墊層緩沖消能，提高緩沖裝置的耐磨性能。當(dāng)需要更換混凝土下料點(diǎn)時(shí)，松開(kāi)進(jìn)口段法蘭處的螺桿，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置直到出口處位于指定的位置，擰緊螺桿，繼續(xù)下料。

3.3 滑槽布料系統(tǒng)

滑槽布料系統(tǒng)由主溜槽、溜槽群與架管構(gòu)成，主溜槽起始段與緩沖轉(zhuǎn)向器末端出口垂直距離一般控制在2 m以內(nèi)，滑槽布料系統(tǒng)末端通過(guò)溜槽群與筒壁澆筑倉(cāng)位銜接。當(dāng)豎井尺寸較小，不用主溜槽時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)緩沖轉(zhuǎn)向器至不同角度以實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)下料。

混凝土通過(guò)溜筒末端緩沖轉(zhuǎn)向器出口出料，經(jīng)過(guò)滑槽布料系統(tǒng)，進(jìn)入澆筑倉(cāng)位。

3.4 施工工藝要求

3.4.1 現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備

完成豎井巖壁一側(cè)結(jié)構(gòu)鋼筋，按照生產(chǎn)廠家要求安裝滑模系統(tǒng)，組織技術(shù)、質(zhì)量、安全管理人員進(jìn)行聯(lián)合驗(yàn)收，保證豎井襯砌混凝土倉(cāng)位合格。

3.4.2 輸料系統(tǒng)布置

在豎井上口搭建受料平臺(tái)，下料斗與溜筒要連接牢固，下料斗與緩沖器、緩沖器與緩沖器之間的布置距離按不大于12 m控制，溜管和緩沖器應(yīng)利用加長(zhǎng)錨桿焊接固定，按小于4 m的間距布置在溜筒兩側(cè)。

溜管與溜筒之間通過(guò)緩沖轉(zhuǎn)向裝置連接，緩沖混凝土下落動(dòng)能，調(diào)整出料方向，擴(kuò)大混凝土入倉(cāng)范圍。

在下料平臺(tái)及進(jìn)口和滑模的布料層、養(yǎng)護(hù)層布置水管供水，以保證管道濕潤(rùn)。

3.4.3 豎井混凝土澆筑

混凝土攪拌車從拌和系統(tǒng)取料，在豎井受料平臺(tái)受料斗下料，通過(guò)輸料系統(tǒng)，依靠混凝土自重輸料，溜筒隨著滑模的不斷爬升、緩沖轉(zhuǎn)向器的循環(huán)更換而逐根拆除。

每車混凝土下料完畢，應(yīng)用麻袋堵塞漏斗進(jìn)料口，防止溜筒內(nèi)壁失水。當(dāng)往溜筒中下料間斷時(shí)間超過(guò)15 min時(shí)，應(yīng)檢查溜筒壁水分損失及失水情況，再視情況輸送一車較高坍落度混凝土或向溜筒補(bǔ)水濕潤(rùn)，補(bǔ)水時(shí)應(yīng)把流出的水和砂漿混合物用水桶盛出倉(cāng)外。若發(fā)生堵管時(shí)，可以打開(kāi)緩沖器檢修蓋板、清理集料，完成堵管處理。

澆筑靠近地面下料點(diǎn)附近一定高度處時(shí)，滑模上受料斗將高于井口，滑模系統(tǒng)不便布料，可采用吊罐轉(zhuǎn)料入倉(cāng)，或皮帶機(jī)掛溜筒入倉(cāng)等措施。

3.4.4 交叉作業(yè)

澆筑混凝土過(guò)程中，可以安裝豎井襯砌混凝土內(nèi)外側(cè)鋼筋網(wǎng)，同步提升滑模系統(tǒng)，完成深豎井襯砌混凝土連續(xù)作業(yè)。

澆筑混凝土的過(guò)程中同時(shí)安裝內(nèi)層鋼筋及遠(yuǎn)離巖壁側(cè)的一層鋼筋網(wǎng)，每次安裝的水平鋼筋高度應(yīng)當(dāng)與滑模爬升機(jī)構(gòu)匹配，防止出現(xiàn)鋼筋阻礙爬升的現(xiàn)象。

4 應(yīng)用與評(píng)價(jià)

埃塞俄比亞GD-3水電站，輸水管道中調(diào)壓豎井高度130 m，開(kāi)挖直徑26 m，襯砌直徑25 m，采用雙層鋼筋混凝土襯砌。豎井混凝土襯砌施工時(shí)采用連續(xù)輸送深井混凝土施工技術(shù)，襯砌混凝土外觀平整光滑，未見(jiàn)錯(cuò)臺(tái)、砂線、氣泡，節(jié)約直接工程費(fèi)用大于80萬(wàn)元，間接費(fèi)用節(jié)約超過(guò)160萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

1）在連續(xù)輸送深井混凝土施工技術(shù)研究與應(yīng)用的過(guò)程中，混凝土緩沖裝置、緩沖轉(zhuǎn)向裝置申報(bào)并獲得了國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局授權(quán)的實(shí)用新型專利，“向下送料連續(xù)澆筑豎井混凝土工法”亦成為了中國(guó)電力建設(shè)企業(yè)協(xié)會(huì)行業(yè)工法，具有很高的創(chuàng)新性及市場(chǎng)應(yīng)用前景。

2）本技術(shù)采用溜筒和緩沖器、緩沖轉(zhuǎn)向器配合，使用安全、便捷、經(jīng)濟(jì)，混凝土連續(xù)下料期間緩沖段堆積少量骨料起著彈性緩沖消能作用。

3）溜筒、緩沖器、緩沖轉(zhuǎn)向器和成熟的液壓滑模技術(shù)配合使用，外側(cè)鋼筋在澆筑期間逐步安裝到位，實(shí)現(xiàn)了超深豎井連續(xù)澆筑混凝土一次成型，優(yōu)化了施工工藝，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，加快了施工進(jìn)度。

4）該技術(shù)的應(yīng)用，保證了豎井襯砌混凝土澆筑的整體性，提高了豎井襯砌混凝土的防滲能力。