隧洞混凝土襯砌入倉(cāng)分料裝置的研發(fā)

趙 文 升， 張 彬

(中國(guó)水利水電第五工程局有限公司，四川 成都 610066)

1 概 述

向家壩水電站南總干渠首部取水隧洞工程全長(zhǎng)4.8 km，洞身開挖形式為馬蹄形斷面，縱比降為3/1 000～1/3 000，隧洞襯砌混凝土設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土全斷面圓形襯砌，襯砌后凈空直徑為6 m，采用全圓針梁臺(tái)車全斷面混凝土襯砌施工。襯砌厚度隨圍巖類別的不同而變化，Ⅳ類圍巖襯砌厚度為40 cm，Ⅴ類圍巖襯砌厚度為50 cm。混凝土襯砌分倉(cāng)原則上不大于12 m，30～50 m段設(shè)置結(jié)構(gòu)縫，圍巖類別發(fā)生變化的位置亦應(yīng)設(shè)置結(jié)構(gòu)縫。

該隧洞工程混凝土襯砌倉(cāng)位長(zhǎng)12 m，傳統(tǒng)的混凝土入倉(cāng)方法是通過HBT60輸送泵接泵管推送混凝土至下料口入倉(cāng)。為使混凝土下料均勻、左右倉(cāng)面對(duì)稱上升，往往需布置多處下料口，且需多名澆筑人員手動(dòng)重復(fù)多次對(duì)泵管進(jìn)行接長(zhǎng)、拆卸或轉(zhuǎn)移[1]，才能保證每一倉(cāng)混凝土的順利澆筑。

采用傳統(tǒng)方法進(jìn)行針梁臺(tái)車混凝土襯砌施工，其混凝土澆筑質(zhì)量、施工進(jìn)度、人員配置、施工成本等幾方面均存在以下不足：

(1)混凝土澆筑質(zhì)量。①針梁臺(tái)車下料窗口高度不同，泵管多次接至下料窗口處，泵管連接、倒管頻繁，混凝土管內(nèi)停滯時(shí)間過長(zhǎng)，極易造成堵管[2]。②局部下料窗口距離倉(cāng)面高差大于2 m，混凝土入倉(cāng)后易造成骨料與漿液分離，和易性較差，局部混凝土澆筑質(zhì)量難以保證。③因多次倒運(yùn)泵管，不易保證倉(cāng)內(nèi)左右對(duì)稱下料而造成臺(tái)車左右位移，進(jìn)而影響到混凝土澆筑質(zhì)量。

(2)施工進(jìn)度。每一倉(cāng)混凝土澆筑過程中接管、拆管、倒管頻繁，導(dǎo)致混凝土入倉(cāng)強(qiáng)度降低，最高入倉(cāng)強(qiáng)度約為9 m3/h,12 m倉(cāng)位最低需耗時(shí)15 h。

(3)人員配置。每一倉(cāng)混凝土通常配置5名澆筑人員，澆筑過程中拆卸、安裝泵管時(shí)需4名人員操作，且澆筑作業(yè)中斷，澆筑工效很低。

(4)施工成本。①澆筑時(shí)間偏長(zhǎng)，施工成本相應(yīng)增加且影響施工進(jìn)度。②泵管材料多次安拆易損耗，進(jìn)而增加了施工成本。

如何提高混凝土澆筑質(zhì)量、加快混凝土施工進(jìn)度、減少泵管安拆及轉(zhuǎn)移次數(shù)、降低混凝土襯砌施工成本，需要從混凝土入倉(cāng)方式進(jìn)行改進(jìn)。項(xiàng)目部組織現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查與研究后認(rèn)為在針梁頂部平臺(tái)處安置混凝土分料裝置可以解決上述問題。

2 混凝土分料裝置

2.1 混凝土分料裝置的組成

混凝土分料裝置由一級(jí)分料斗、一級(jí)分料槽、二級(jí)分料筒、外接溜筒四部分組成。一級(jí)分料斗安裝在針梁臺(tái)車中部針梁頂部平臺(tái)處，一級(jí)分料斗兩側(cè)與一級(jí)分料槽焊接連接，二級(jí)分料筒與一級(jí)分料槽采用插入式連接并用螺栓固定。外接溜筒采用拉筋穿二級(jí)分料筒端頭吊耳連接[3]。混凝土分料裝置組成情況見圖1、2。

圖1 一級(jí)分料斗

圖2 二級(jí)分料筒

2.2 混凝土分料裝置的技術(shù)參數(shù)

(1)一級(jí)分料斗。一級(jí)分料斗材質(zhì)采用厚1.5 mm的鋼板拼裝焊接，結(jié)構(gòu)為倒棱臺(tái)體，自重約9.8 kg。頂面尺寸為50 cm×55 cm(寬×長(zhǎng))，底面尺寸為40 cm×40 cm(寬×長(zhǎng))，底面夾角為162°，高度為45 cm。一級(jí)分料斗兩邊開橢圓孔(孔高30 cm)，橢圓孔處設(shè)啟閉閘板(厚1.5 mm鋼板)控制骨料的下泄。

(2)一級(jí)分料槽。一級(jí)分料槽材質(zhì)采用1.5 mm厚鋼板拼裝焊接，結(jié)構(gòu)為矩形槽形式，每個(gè)自重約13.7 kg，底寬40 cm，兩側(cè)邊高20 cm，槽長(zhǎng)145 cm，安放水平夾角為9°。一級(jí)分料槽與二級(jí)分料筒連接端底部有卡槽，縫寬1.5 mm，卡槽深10 cm，兩側(cè)邊開螺栓孔(與二級(jí)分料筒連接后固定)。

(3)二級(jí)分料筒。二級(jí)分料筒采用直徑200 mm、壁厚1.5 mm的鋼管。以每側(cè)一級(jí)分料槽為軸線設(shè)置2條二級(jí)分料筒，夾角為60°。二級(jí)分料筒有1#、2#兩種規(guī)格：1#二級(jí)分料筒單個(gè)自重約0.75 kg,2#分料筒單個(gè)自重約1.3 kg。 1#二級(jí)分料筒長(zhǎng)110 cm，2#二級(jí)分料筒長(zhǎng)190 cm。每種規(guī)格與一級(jí)分料槽連接端都有10 cm長(zhǎng)翼板，用于插入至一級(jí)分料槽卡槽內(nèi)并與其連接。兩種規(guī)格的二級(jí)分料筒按施工需求由人工更換。

(4)外接溜筒。外接溜筒材質(zhì)采用直徑200 mm、壁厚1.5 mm的鋼管。包括兩種結(jié)構(gòu)：一種結(jié)構(gòu)為“L”型溜筒,單個(gè)自重約1.5 kg。長(zhǎng)邊115 cm,短邊105 cm,長(zhǎng)短邊的夾角為100°；另一種結(jié)構(gòu)為直線型溜筒，單個(gè)自重約0.5 kg。將外接溜筒與二級(jí)分料筒連接端加工成方形喇叭口，二級(jí)分料筒嵌入喇叭口中用拉筋穿吊耳將外接溜筒與二級(jí)分料筒連接固定?！癓”型結(jié)構(gòu)連接后的二級(jí)分料筒與外接溜筒夾角呈100°。直線型溜筒與二級(jí)分料筒連接后起延伸至窗口的作用。外接溜筒按照施工需要可由人工自由拆卸與安裝。

(5)加固裝置。加固裝置包括一級(jí)分料斗、一級(jí)分料槽的底部支撐結(jié)構(gòu)和二級(jí)分料筒及外接溜筒的加固方式。底部支撐結(jié)構(gòu)采用Φ20鋼筋焊接桁架，桁架與平臺(tái)焊接牢固，將桁架連接桿與一級(jí)分料斗四邊交角處焊接固定；桁架與一級(jí)分料槽底部焊接固定。

二級(jí)分料筒之間用Φ20鋼筋連接，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。外接溜筒上下左右外壁設(shè)置吊耳，用Φ20鋼筋一段焊接在針梁臺(tái)車翼板處，另一端與外接溜筒吊耳連接，以起到外接溜筒的固定作用?；炷练至涎b置的結(jié)構(gòu)尺寸見圖3。

3 實(shí)施方法

3.1 裝置與針梁臺(tái)車關(guān)聯(lián)

全圓針梁臺(tái)車模板自帶窗口，橫向窗口布置在模板底部中心、反弧段、腰線部位、起拱部位、頂部中心處。除起拱部位窗口距離頂部窗口2.4 m外，其余窗口之間的距離為1.2 m?？v向窗口每隔3 m設(shè)置一排，共4排?；炷练至涎b置出料口布置于中間兩排窗口處出料。

圖3 混凝土分料裝置結(jié)構(gòu)圖

一級(jí)分料斗與一級(jí)分料槽在混凝土襯砌過程中于針梁臺(tái)車上永久固定，二級(jí)分料筒為1#、2#兩種規(guī)格，按照二級(jí)分料筒實(shí)際控制的窗口區(qū)域分別選用二者之一。1#二級(jí)分料筒控制起拱窗口與腰線窗口之間的澆筑區(qū)域；2#二級(jí)分料筒控制腰線窗口與反弧段窗口之間的澆筑區(qū)域；外接溜筒控制反弧段窗口與底部窗口之間的澆筑區(qū)域。

3.2 實(shí)施程序

混凝土分料裝置安裝完畢→一級(jí)分料斗進(jìn)料→左右兩側(cè)一級(jí)分料槽分料→反弧段窗口以下混凝土澆筑→拆除“L”型溜筒→接直線型溜筒(該溜筒與2#二級(jí)分料筒連接)→腰線窗口與反弧段窗口之間區(qū)域混凝土澆筑→拆除2#二級(jí)分料筒并安裝1#二級(jí)分料筒并與一級(jí)分料槽連接→腰線窗口與起拱窗口之間區(qū)域混凝土澆筑→泵管接至頂拱沖天孔處→起拱窗口以上混凝土澆筑。混凝土分料裝置的實(shí)施情況見圖4。

圖4 混凝土分料裝置立面圖

4 技術(shù)先進(jìn)性分析

4.1 混凝土澆筑時(shí)間對(duì)比

經(jīng)對(duì)多倉(cāng)混凝土澆筑時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)對(duì)比后得知：采用分料裝置進(jìn)行混凝土襯砌后，由傳統(tǒng)方法入倉(cāng)平均需時(shí)16.35 h降低到平均12.19 h。多倉(cāng)混凝土澆筑時(shí)間對(duì)比情況見圖5。

4.2 分料裝置的先進(jìn)性

針對(duì)混凝土分料裝置的實(shí)施與傳統(tǒng)方法混凝土入倉(cāng)從以下幾方面進(jìn)行了比較分析(表1)。

5 結(jié) 語

針梁臺(tái)車混凝土分料裝置結(jié)構(gòu)單一、重量輕、造價(jià)低廉、操作簡(jiǎn)單、安裝方便并可重復(fù)使用，每一倉(cāng)混凝土澆筑到相應(yīng)窗口后，只需人工更換對(duì)應(yīng)的二級(jí)分料筒或外接溜筒，即能有效地解決混凝土襯砌過程中混凝土入倉(cāng)后骨料分離及人工多次倒換泵管的情況出現(xiàn)，采用該裝置，每一倉(cāng)混凝土澆筑保證了連續(xù)作業(yè)，節(jié)約了施工成本，加快了施工進(jìn)度，為隧洞混凝土襯砌施工順利完成提供了有力保障。項(xiàng)目部自主研發(fā)的混凝土分料裝置在實(shí)施過程中各項(xiàng)性能穩(wěn)定，取得了成功，對(duì)類似隧洞混凝土襯砌施工具有一定的借鑒作用。

圖5 混凝土澆筑時(shí)間分析圖

表1 傳統(tǒng)方法與混凝土分料裝置技術(shù)先進(jìn)性對(duì)比表