黑河输水箱涵开口取水施工技术措施研讨

张纬尧

(西安市污水处理有限责任公司，陕西西安 710021)

1 黑河输水渠道及保护要求

1.1 工程简介

黑河引水工程是西安市历史上规模最大、投资最多、关系政治、经济、社会发展全局的跨世纪城市供水基础设施工程。是以城市供水为主，兼顾灌溉、水力发电、调畜防洪功能，跨地区、跨流域、多水源综合利用的大Ⅱ型水利工程。是当之无愧的西安市生命线工程。

黑河输水渠道是黑河引水工程的五大组成之一，衔接着黑河枢纽工程和净水厂，肩负着黑河引水系统原水供应的重任，是西安市唯一的城市供水主水源。由黑峪口蔺家湾汇流池起，经周至县、鄠邑区、长安区至雁塔区的曲江水厂和乐游原水厂，渠道全长122 km。全部采用暗管形式铺设，重力自流供水。渠道工程分为两期建设。一期工程:1987年12月开工建设，1996年6月竣工。渠线全长100.35 km，形成60万m3的日供水能力。二期工程:1999年元月开工，2001年3月竣工。渠线全长21.67 km，形成50万m3的日供水能力。

1.2 运行现状

输水渠道沿秦岭北麓东行。横跨70多条河流沟壑，穿越三区一县的190多家机关、单位、部队、学校、村镇、开发区、别墅群、旅游度假区，217条各类交通公路。自1990年第一个水源地——石砭峪水库供水以来，历时29年共向西安提供原水59.2亿m3(截止到2017年年底)，占全市供水总量的78%以上。渠系水源地由5个增加到11个，原水供应的水厂增加到6家，4个生态用水单位(动物园、204所、南湖、护城河)。渠道输水能力已处于满负荷状态，日供水能力达到110万t～125万t。供水高峰期采用上取下补的方法，日供水最大可达到140万m3。

1.3 渠道周边建设项目的保护要求

根据《西安市黑河引水系统保护条例》法规的要求，黑河引水管渠保护区范围(引水管渠及附属设施两侧外延5 m的区域)内，禁止修建建筑物、构筑物及危及引水管渠输水安全和原水水质的其他行为;黑河引水管渠控制区域(引水管渠保护区范围两侧外延10 m的区域)内，禁止修建永久性建筑物、构筑物以及从事其他危及输水安全的行为。另外，渠道周围建设项目必须遵守以下要求:严禁在渠道上开口;严禁重型车辆在渠道上通行;采取必要措施确保渠道的安全;不污染水质。

2 取水工程背景

2.1 工程概况

为近期主要解决三星工业园、长安通讯园、高新区扩区的用水需求。远期除上述区域外，还成为沣东、沣西新城及西安市主城区的主要供水水源。西安市发展和改革委员会规划建设西安市西南郊水厂工程。

西南郊水厂工程位于西安市西南郊约10 km处，鄠邑区曲峪河与环山路(107省道)相交处东北侧。工程建设总规模100万m3/d，分两期建设，近期目标 40万 m3/d，远期目标100万m3/d，目前建设的是一期一阶段建设，设计规模20万m3/d。需要和黑河渠道接口的工程是西安市西南郊水厂工程(一期)总进水井工程。

2.2 工程布局

整个取水工程布局由取水管道、综合管沟和总进水井三部分构成。

在黑河渠道取水口至总进水井之间设两道综合管沟，既便于观测漏水，同时也兼具维护、检修的作用。综合管沟长15 m，沟内安装并排设置的4根DN1 200 mm取水管道、阀门、电磁流量计及可曲挠橡胶接头，后端连接总进水井。总进水井东、西两侧设置设计规模均为40万m3/d的DN2 200 mm进水管，本期暂时封堵。总进水井北侧的出水端设两根DN1 800 mm出水管，每根设计规模为20万m3/d。

2.3 工程重难点

黑河输水渠道是西安市的供水主渠道，且目前是满负荷运行，箱涵开口取水关键在方案，重点为确保原有渠道质量，难点是解决好新、老构筑物衔接处渗漏水及不均匀沉降问题，效果在于执行力。

采取加固梁植筋和化学螺栓植筋的施工方案，确保原有渠道强度不降低。为防止新、老构筑物衔接处渗水、漏水以及因不均匀沉降造成的错位，与黑河输水箱涵取水口的衔接，采用钢制翼环加橡胶垫片、柔性密封材料填缝以及在取水管路设置可曲挠橡胶接头等技术措施。

施工中还要考虑可能箱涵侧壁结构钢筋会影响植筋的位置;开洞过程中产生的震动，可能对箱涵侧壁产生细小的裂缝，要进行喷涂或涂刷处理;可能造成箱涵侧壁钢筋保护层混凝土剥落，要进行水泥砂浆补强。

3 施工技术措施

3.1 施工工艺流程

总进水井施工→综合管沟施工→调度停水→箱涵开口施工→取水管与设备安装→综合管沟盖板施工。

3.2 取水口加固措施

在黑河输水箱涵拟开洞口的四周设置加固梁BLZ1(BLZ2)，凸出箱涵500 mm，连接综合管沟侧壁(底板);如图1所示，加固梁采用植筋的方法与箱涵连接。

图1 加固梁植筋图

混凝土植筋技术要求的钻孔孔径、植筋深度较传统施工法大为减小，而且钻孔施工振动小，对周边老结构影响范围小，避免结构产生渗水通道。采用新型植筋锚固胶材，不仅可缩短固化时间，加快锚筋安装速度，且胶材抗老化、冻融等耐久性显著增强，对水下工程施工具有优选性。技术施工工艺要求将原混凝土表面凿毛，并植锚固钢筋连接新老结构体。浇筑新混凝土时，应适当提高植筋混凝土的设计标号，并尽量使用加盖模板和泵送挤压等施工工艺，达到植筋混凝土浇筑连续，提高强度的目的。具体施工措施如下:

1)探测钻孔部位，避免破坏箱涵侧壁结构;

2)只允许用一台手动钻机钻孔，钻后清除孔内残渣;

3)凿毛BLZ接触面，将U型箍筋植入箱涵侧壁内，连接筋板形成加固梁骨架;为保证结构胶粘剂与混凝土的粘合，在采用压缩空气清孔后，再用脱脂棉沾丙酮擦洗孔壁，此时应保持孔内干燥。胶粘剂采用新型植筋锚固胶。被植钢筋采用无锈的钢筋，插入并旋转钢筋以利结构胶与钻孔壁粘合;

4)加固部位在浇筑混凝土前剔除一切风化疏松层、碳化锈蚀层及严重油污层，直至完全露出坚实的基层为止，并在此基层上凿毛，使表面凹凸差约为5 mm，然后用水冲洗干净，待完全干燥后，在BLZ区域均匀涂刷一遍改性环氧类混凝土界面结合剂;

5)浇筑C35 S6 F150混凝土。

3.3 箱涵开口技术措施

3.3.1 开取水洞

1)取水管洞设计为4个1 600圆孔，位于两节渠道沉降缝两侧，洞口与沉降缝中心距离3.1 m，净距离2.3 m，外侧洞口中心距离3.6 m，两洞口净距离2 m。一期一阶段开洞为两个，如图2所示。

图2 取水洞开口图

2)取水口箱涵加固梁施工完成，待混凝土达到设计强度后，黑河渠道停止供水，当水位下降到洞口以下时，采用静力切割工具开始动工开洞。

3)先在箱涵侧壁上将洞的外侧轮廓线和中心线进行放线，然后利用100水钻围绕洞边及中心进行静力切割。

4)如遇箱涵侧壁钢筋对水钻卡口，无法切割时，采取氧气焊对卡口钢筋进行切割。

5)开洞期间，采用四班倒制度，每个洞口每班3人轮换切割，另配备3人轮流操作氧气焊。

6)水钻开孔后，两水钻夹角部位三角混凝土块，采用手提混凝土切割机修整磨平。3.3.2 组装取水组件

1)用手提磨光机打磨钢制翼环安装区域的箱涵侧壁，使其趋于平整，确保橡胶垫片与箱涵侧壁接触密实;

2)按照要求截取规定长度的1 200取水管，先焊接上钢制翼环b，c，再焊接钢制翼环a;

3)钢制翼环b紧贴箱涵内壁，与15 mm厚橡胶垫片(设计厚度为10 mm)、钢制翼环a采用18个M20螺栓连接;

4)对应钢制翼环上的化学螺栓孔，进行M20螺栓植筋工作;

5)安装取水组件。取水组件的钢制翼环a通过螺栓与箱涵连接，为确保连接的紧密性，在每个螺栓孔增加一个3 mm厚橡胶密封垫，避免螺栓孔的渗水;为避免翼环周边的渗水，增加3 cm厚双组分聚硫密封膏，围绕翼环周边一圈设置(如图3所示)。

图3 取水组件安装图

3.3.3 洞口膨胀水泥填充

1)考虑到密实洞口为圆形，且宽度仅有20 cm，操作空间小，振捣难度大，故采用自密实混凝土进行填充。

2)自密实混凝土采用C40 S6，进料口模板高出开洞顶部，呈漏斗状，浇筑时自上而下进行浇筑，箱涵侧壁内外侧均采用橡胶锤进行振捣密实。

3)根据以往施工经验C40混凝土初凝时间一般为6 h～8 h，终凝一般为12 h，强度可达到28 MPa，方可进行模板的拆除工作。

4)为了确保上部混凝土填充密实，浇筑时混凝土溢出洞口顶部，浇满进料口，待模板拆除后再进行溢出混凝土的打磨切割。

3.3.4 止水密封胶填缝

1)遇水膨胀止水胶为一种单组分、无溶剂聚氨酯型密封胶，遇水后能产生膨胀，起到很好的止水效果;有良好的填充性和粘结性，确保产品填入裂缝和空隙中，因而适用于潮湿、光滑及粗糙的表面;特有的柔性确保它适合不规则的基面接缝防水;具有好的耐化学介质性能(无毒、无污染、防菌、耐油、耐酸碱盐和老化);使用方便。

2)止水密封胶填缝厚度为50 mm，施工前将混凝土表面杂物清理干净，并对混凝土表面进行烘干。

3)涂密封胶时，用灰刀将配制的密封胶在洞口接缝两侧先涂抹一层，然后再将密封胶嵌入缝道中央并到达划定厚度，操作时应注意气泡防止夹带进入密封胶中。

4 重难点施工技术措施

1)加固梁浇筑。为确保原有渠道强度不降低，取水口采取加固梁植筋和化学螺栓植筋的施工方案。施工时加固梁钢筋较小为Φ12，如与箱涵侧壁结构钢筋影响，可进行位置调整，再进行适当补入植筋。化学螺栓植筋为25孔洞，如与箱涵侧壁结构钢筋影响，改用25水钻进行成孔。为保证加固梁混凝土强度短期内可达到C30混凝土强度，因此加固梁混凝土提高一个标号，即采用C35混凝土浇筑。

2)细小裂缝。对缝宽小于0.3 mm的表层裂缝，经缝面清污处理后，可选用环氧树脂、单组分聚脲、聚酯树脂或聚氨酯类等材料进行喷涂或涂刷。一般喷涂2遍～3遍，第一遍喷涂采用经稀释的材料，涂膜厚度不小于1 mm;改性环氧浆材充填法用于缝宽大于0.3 mm，小于2 mm的表层裂缝;对于2 mm以上的裂缝，常备2台注浆机及专业修补人员，及时用聚氨酯注浆处理。

3)混凝土剥落。开洞期间采购高强速凝水泥，终凝为10 min，如箱涵侧壁有剥落面，对剥落面清理后，立即展开速凝水泥修补。

CT203聚合物水泥砂浆，是一种有机、无机复合的新型聚合物水泥砂浆，具有粘结强度高，补偿收缩、耐久性好和水下不扩散等特点，适用于混凝土结构表面破损和砖石结构的薄层护面，结构裂缝和缺陷的修补。该砂浆还兼具快凝特点，特别适用于混凝土结构的快速修补和水中修补。该技术处理结构面结晶快、耐久性好、规整美观，施工方便，环境影响小。

4)为防止新、老构筑物衔接处渗水、漏水以及因不均匀沉降造成的错位，与黑河输水箱涵取水口的衔接，采用钢制翼环加橡胶垫片、柔性密封材料填缝以及在取水管路设置可曲挠橡胶接头等技术措施。

5)大挠度松套补偿接头需待出水管安装覆土完成初步沉降后(一个月)进行最终连接。安装好后，先在螺栓上涂抹无污染的油脂，外包两层塑料布，两端用胶带粘紧，然后再回填土。

6)DN1 200 mm进水管焊接接头尺寸及质量执行GB 50268—2008给水排水管道工程施工及验收规范标准。管道焊缝采用2.5%X射线100%探伤。

5 输水箱涵保护措施

1)施工前与渠道管理单位及时联系，并派专人予以配合、监督，核实现况黑河输水箱涵位置及标高、渠道的结构构造;提前做好施工组织设计，合理安排施工次序，尽量减少施工、停水时间。

2)施工时，设置专人对输水箱涵进行24 h实时沉降观测，并做好详细记录备查。

3)在施工的同时，对基坑周边做好排水降水措施，并预备水泵一台，并设置临时便道，以防特大暴雨造成危害时，加固物资及时送达输水箱涵处。短时间强降雨，应设专职监管人员，坚守岗位，及时抽排基坑积水，以免对输水箱涵产生意外破坏。

4)编制应急预案，发生意外情况时，第一时间发动组织应急小组，召集施工工人投入抢险之中，并通知渠道管理单位，及时处置，极力控制事态扩大，及时处理安全隐患。

6 结语

取水工程通过上述一系列的技术措施，施工中没有产生裂缝、钢筋保护层混凝土没有剥落，通水后没有渗漏现象，自密实混凝土抗压强度达47.7 MPa，远超原200号混凝土强度，实施效果非常理想。与以前黑河输水箱涵与取水工程以箱涵连接(中间设橡胶止水带)，或者直接开口的设计方案相比较，可以在有效保护原有工程的基础上，很好的解决了渗漏水及沉降问题，并提高了本工程的质量，对类似工程可提供积极有益的参考借鉴。