黑河輸水箱涵開口取水施工技術措施研討

張緯堯

(西安市污水處理有限責任公司，陜西西安 710021)

1 黑河輸水渠道及保護要求

1.1 工程簡介

黑河引水工程是西安市歷史上規模最大、投資最多、關系政治、經濟、社會發展全局的跨世紀城市供水基礎設施工程。是以城市供水為主，兼顧灌溉、水力發電、調畜防洪功能，跨地區、跨流域、多水源綜合利用的大Ⅱ型水利工程。是當之無愧的西安市生命線工程。

黑河輸水渠道是黑河引水工程的五大組成之一，銜接著黑河樞紐工程和凈水廠，肩負著黑河引水系統原水供應的重任，是西安市唯一的城市供水主水源。由黑峪口藺家灣匯流池起，經周至縣、鄠邑區、長安區至雁塔區的曲江水廠和樂游原水廠，渠道全長122 km。全部采用暗管形式鋪設，重力自流供水。渠道工程分為兩期建設。一期工程:1987年12月開工建設，1996年6月竣工。渠線全長100.35 km，形成60萬m3的日供水能力。二期工程:1999年元月開工，2001年3月竣工。渠線全長21.67 km，形成50萬m3的日供水能力。

1.2 運行現狀

輸水渠道沿秦嶺北麓東行。橫跨70多條河流溝壑，穿越三區一縣的190多家機關、單位、部隊、學校、村鎮、開發區、別墅群、旅游度假區，217條各類交通公路。自1990年第一個水源地——石砭峪水庫供水以來，歷時29年共向西安提供原水59.2億m3(截止到2017年年底)，占全市供水總量的78%以上。渠系水源地由5個增加到11個，原水供應的水廠增加到6家，4個生態用水單位(動物園、204所、南湖、護城河)。渠道輸水能力已處于滿負荷狀態，日供水能力達到110萬t～125萬t。供水高峰期采用上取下補的方法，日供水最大可達到140萬m3。

1.3 渠道周邊建設項目的保護要求

根據《西安市黑河引水系統保護條例》法規的要求，黑河引水管渠保護區范圍(引水管渠及附屬設施兩側外延5 m的區域)內，禁止修建建筑物、構筑物及危及引水管渠輸水安全和原水水質的其他行為;黑河引水管渠控制區域(引水管渠保護區范圍兩側外延10 m的區域)內，禁止修建永久性建筑物、構筑物以及從事其他危及輸水安全的行為。另外，渠道周圍建設項目必須遵守以下要求:嚴禁在渠道上開口;嚴禁重型車輛在渠道上通行;采取必要措施確保渠道的安全;不污染水質。

2 取水工程背景

2.1 工程概況

為近期主要解決三星工業園、長安通訊園、高新區擴區的用水需求。遠期除上述區域外，還成為灃東、灃西新城及西安市主城區的主要供水水源。西安市發展和改革委員會規劃建設西安市西南郊水廠工程。

西南郊水廠工程位于西安市西南郊約10 km處，鄠邑區曲峪河與環山路(107省道)相交處東北側。工程建設總規模100萬m3/d，分兩期建設，近期目標 40萬 m3/d，遠期目標100萬m3/d，目前建設的是一期一階段建設，設計規模20萬m3/d。需要和黑河渠道接口的工程是西安市西南郊水廠工程(一期)總進水井工程。

2.2 工程布局

整個取水工程布局由取水管道、綜合管溝和總進水井三部分構成。

在黑河渠道取水口至總進水井之間設兩道綜合管溝，既便于觀測漏水，同時也兼具維護、檢修的作用。綜合管溝長15 m，溝內安裝并排設置的4根DN1 200 mm取水管道、閥門、電磁流量計及可曲撓橡膠接頭，后端連接總進水井。總進水井東、西兩側設置設計規模均為40萬m3/d的DN2 200 mm進水管，本期暫時封堵。總進水井北側的出水端設兩根DN1 800 mm出水管，每根設計規模為20萬m3/d。

2.3 工程重難點

黑河輸水渠道是西安市的供水主渠道，且目前是滿負荷運行，箱涵開口取水關鍵在方案，重點為確保原有渠道質量，難點是解決好新、老構筑物銜接處滲漏水及不均勻沉降問題，效果在于執行力。

采取加固梁植筋和化學螺栓植筋的施工方案，確保原有渠道強度不降低。為防止新、老構筑物銜接處滲水、漏水以及因不均勻沉降造成的錯位，與黑河輸水箱涵取水口的銜接，采用鋼制翼環加橡膠墊片、柔性密封材料填縫以及在取水管路設置可曲撓橡膠接頭等技術措施。

施工中還要考慮可能箱涵側壁結構鋼筋會影響植筋的位置;開洞過程中產生的震動，可能對箱涵側壁產生細小的裂縫，要進行噴涂或涂刷處理;可能造成箱涵側壁鋼筋保護層混凝土剝落，要進行水泥砂漿補強。

3 施工技術措施

3.1 施工工藝流程

總進水井施工→綜合管溝施工→調度停水→箱涵開口施工→取水管與設備安裝→綜合管溝蓋板施工。

3.2 取水口加固措施

在黑河輸水箱涵擬開洞口的四周設置加固梁BLZ1(BLZ2)，凸出箱涵500 mm，連接綜合管溝側壁(底板);如圖1所示，加固梁采用植筋的方法與箱涵連接。

圖1 加固梁植筋圖

混凝土植筋技術要求的鉆孔孔徑、植筋深度較傳統施工法大為減小，而且鉆孔施工振動小，對周邊老結構影響范圍小，避免結構產生滲水通道。采用新型植筋錨固膠材，不僅可縮短固化時間，加快錨筋安裝速度，且膠材抗老化、凍融等耐久性顯著增強，對水下工程施工具有優選性。技術施工工藝要求將原混凝土表面鑿毛，并植錨固鋼筋連接新老結構體。澆筑新混凝土時，應適當提高植筋混凝土的設計標號，并盡量使用加蓋模板和泵送擠壓等施工工藝，達到植筋混凝土澆筑連續，提高強度的目的。具體施工措施如下:

1)探測鉆孔部位，避免破壞箱涵側壁結構;

2)只允許用一臺手動鉆機鉆孔，鉆后清除孔內殘渣;

3)鑿毛BLZ接觸面，將U型箍筋植入箱涵側壁內，連接筋板形成加固梁骨架;為保證結構膠粘劑與混凝土的粘合，在采用壓縮空氣清孔后，再用脫脂棉沾丙酮擦洗孔壁，此時應保持孔內干燥。膠粘劑采用新型植筋錨固膠。被植鋼筋采用無銹的鋼筋，插入并旋轉鋼筋以利結構膠與鉆孔壁粘合;

4)加固部位在澆筑混凝土前剔除一切風化疏松層、碳化銹蝕層及嚴重油污層，直至完全露出堅實的基層為止，并在此基層上鑿毛，使表面凹凸差約為5 mm，然后用水沖洗干凈，待完全干燥后，在BLZ區域均勻涂刷一遍改性環氧類混凝土界面結合劑;

5)澆筑C35 S6 F150混凝土。

3.3 箱涵開口技術措施

3.3.1 開取水洞

1)取水管洞設計為4個1 600圓孔，位于兩節渠道沉降縫兩側，洞口與沉降縫中心距離3.1 m，凈距離2.3 m，外側洞口中心距離3.6 m，兩洞口凈距離2 m。一期一階段開洞為兩個，如圖2所示。

圖2 取水洞開口圖

2)取水口箱涵加固梁施工完成，待混凝土達到設計強度后，黑河渠道停止供水，當水位下降到洞口以下時，采用靜力切割工具開始動工開洞。

3)先在箱涵側壁上將洞的外側輪廓線和中心線進行放線，然后利用100水鉆圍繞洞邊及中心進行靜力切割。

4)如遇箱涵側壁鋼筋對水鉆卡口，無法切割時，采取氧氣焊對卡口鋼筋進行切割。

5)開洞期間，采用四班倒制度，每個洞口每班3人輪換切割，另配備3人輪流操作氧氣焊。

6)水鉆開孔后，兩水鉆夾角部位三角混凝土塊，采用手提混凝土切割機修整磨平。3.3.2 組裝取水組件

1)用手提磨光機打磨鋼制翼環安裝區域的箱涵側壁，使其趨于平整，確保橡膠墊片與箱涵側壁接觸密實;

2)按照要求截取規定長度的1 200取水管，先焊接上鋼制翼環b，c，再焊接鋼制翼環a;

3)鋼制翼環b緊貼箱涵內壁，與15 mm厚橡膠墊片(設計厚度為10 mm)、鋼制翼環a采用18個M20螺栓連接;

4)對應鋼制翼環上的化學螺栓孔，進行M20螺栓植筋工作;

5)安裝取水組件。取水組件的鋼制翼環a通過螺栓與箱涵連接，為確保連接的緊密性，在每個螺栓孔增加一個3 mm厚橡膠密封墊，避免螺栓孔的滲水;為避免翼環周邊的滲水，增加3 cm厚雙組分聚硫密封膏，圍繞翼環周邊一圈設置(如圖3所示)。

圖3 取水組件安裝圖

3.3.3 洞口膨脹水泥填充

1)考慮到密實洞口為圓形，且寬度僅有20 cm，操作空間小，振搗難度大，故采用自密實混凝土進行填充。

2)自密實混凝土采用C40 S6，進料口模板高出開洞頂部，呈漏斗狀，澆筑時自上而下進行澆筑，箱涵側壁內外側均采用橡膠錘進行振搗密實。

3)根據以往施工經驗C40混凝土初凝時間一般為6 h～8 h，終凝一般為12 h，強度可達到28 MPa，方可進行模板的拆除工作。

4)為了確保上部混凝土填充密實，澆筑時混凝土溢出洞口頂部，澆滿進料口，待模板拆除后再進行溢出混凝土的打磨切割。

3.3.4 止水密封膠填縫

1)遇水膨脹止水膠為一種單組分、無溶劑聚氨酯型密封膠，遇水后能產生膨脹，起到很好的止水效果;有良好的填充性和粘結性，確保產品填入裂縫和空隙中，因而適用于潮濕、光滑及粗糙的表面;特有的柔性確保它適合不規則的基面接縫防水;具有好的耐化學介質性能(無毒、無污染、防菌、耐油、耐酸堿鹽和老化);使用方便。

2)止水密封膠填縫厚度為50 mm，施工前將混凝土表面雜物清理干凈，并對混凝土表面進行烘干。

3)涂密封膠時，用灰刀將配制的密封膠在洞口接縫兩側先涂抹一層，然后再將密封膠嵌入縫道中央并到達劃定厚度，操作時應注意氣泡防止夾帶進入密封膠中。

4 重難點施工技術措施

1)加固梁澆筑。為確保原有渠道強度不降低，取水口采取加固梁植筋和化學螺栓植筋的施工方案。施工時加固梁鋼筋較小為Φ12，如與箱涵側壁結構鋼筋影響，可進行位置調整，再進行適當補入植筋。化學螺栓植筋為25孔洞，如與箱涵側壁結構鋼筋影響，改用25水鉆進行成孔。為保證加固梁混凝土強度短期內可達到C30混凝土強度，因此加固梁混凝土提高一個標號，即采用C35混凝土澆筑。

2)細小裂縫。對縫寬小于0.3 mm的表層裂縫，經縫面清污處理后，可選用環氧樹脂、單組分聚脲、聚酯樹脂或聚氨酯類等材料進行噴涂或涂刷。一般噴涂2遍～3遍，第一遍噴涂采用經稀釋的材料，涂膜厚度不小于1 mm;改性環氧漿材充填法用于縫寬大于0.3 mm，小于2 mm的表層裂縫;對于2 mm以上的裂縫，常備2臺注漿機及專業修補人員，及時用聚氨酯注漿處理。

3)混凝土剝落。開洞期間采購高強速凝水泥，終凝為10 min，如箱涵側壁有剝落面，對剝落面清理后，立即展開速凝水泥修補。

CT203聚合物水泥砂漿，是一種有機、無機復合的新型聚合物水泥砂漿，具有粘結強度高，補償收縮、耐久性好和水下不擴散等特點，適用于混凝土結構表面破損和磚石結構的薄層護面，結構裂縫和缺陷的修補。該砂漿還兼具快凝特點，特別適用于混凝土結構的快速修補和水中修補。該技術處理結構面結晶快、耐久性好、規整美觀，施工方便，環境影響小。

4)為防止新、老構筑物銜接處滲水、漏水以及因不均勻沉降造成的錯位，與黑河輸水箱涵取水口的銜接，采用鋼制翼環加橡膠墊片、柔性密封材料填縫以及在取水管路設置可曲撓橡膠接頭等技術措施。

5)大撓度松套補償接頭需待出水管安裝覆土完成初步沉降后(一個月)進行最終連接。安裝好后，先在螺栓上涂抹無污染的油脂，外包兩層塑料布，兩端用膠帶粘緊，然后再回填土。

6)DN1 200 mm進水管焊接接頭尺寸及質量執行GB 50268—2008給水排水管道工程施工及驗收規范標準。管道焊縫采用2.5%X射線100%探傷。

5 輸水箱涵保護措施

1)施工前與渠道管理單位及時聯系，并派專人予以配合、監督，核實現況黑河輸水箱涵位置及標高、渠道的結構構造;提前做好施工組織設計，合理安排施工次序，盡量減少施工、停水時間。

2)施工時，設置專人對輸水箱涵進行24 h實時沉降觀測，并做好詳細記錄備查。

3)在施工的同時，對基坑周邊做好排水降水措施，并預備水泵一臺，并設置臨時便道，以防特大暴雨造成危害時，加固物資及時送達輸水箱涵處。短時間強降雨，應設專職監管人員，堅守崗位，及時抽排基坑積水，以免對輸水箱涵產生意外破壞。

4)編制應急預案，發生意外情況時，第一時間發動組織應急小組，召集施工工人投入搶險之中，并通知渠道管理單位，及時處置，極力控制事態擴大，及時處理安全隱患。

6 結語

取水工程通過上述一系列的技術措施，施工中沒有產生裂縫、鋼筋保護層混凝土沒有剝落，通水后沒有滲漏現象，自密實混凝土抗壓強度達47.7 MPa，遠超原200號混凝土強度，實施效果非常理想。與以前黑河輸水箱涵與取水工程以箱涵連接(中間設橡膠止水帶)，或者直接開口的設計方案相比較，可以在有效保護原有工程的基礎上，很好的解決了滲漏水及沉降問題，并提高了本工程的質量，對類似工程可提供積極有益的參考借鑒。