源神廟水庫輸水洞鋼管襯砌施工方法

陰起盛

（山西省晉中市水利建筑工程總公司 山西晉中 030600）

源神廟水庫輸水洞鋼管襯砌施工方法

陰起盛

（山西省晉中市水利建筑工程總公司 山西晉中 030600）

文中詳細(xì)闡明了源神廟水庫小斷面輸水洞鋼管的襯砌安裝和回填灌漿的科學(xué)施工方法以及關(guān)鍵部位、關(guān)鍵環(huán)節(jié)的注意事項(xiàng)，而結(jié)合工程實(shí)際制定科學(xué)合理的施工方案更是工程完好實(shí)施并能最終發(fā)揮成效的關(guān)鍵所在。

輸水洞；鋼管襯砌；施工方法

1 工程概況

源神廟水庫位于黃河流域汾河水系一級(jí)支流惠濟(jì)河?xùn)|支的中游、尹回水庫上游15 km處，地處山西省晉中市平遙縣朱坑鄉(xiāng)源神廟村，壩址以上控制流域面積55 km2，是一座以供水為主，兼顧防洪、灌溉等綜合利用的小型水庫?，F(xiàn)狀水庫樞紐包括：大壩、溢洪道、泄洪洞及輸水洞。根據(jù)《水利水電工程等級(jí)劃分及洪水標(biāo)準(zhǔn)》（SL252-2000），源神廟水庫屬?。?）型水庫，工程等別為Ⅳ等，主要建筑物級(jí)別為4級(jí)，次要建筑物和臨時(shí)建筑物為5級(jí)。

輸水洞位于大壩右岸樁號(hào)0+147m處，進(jìn)水口采用臥管型式，共18節(jié)，每節(jié)高差0.55 m。涵洞進(jìn)口底高程952.721 m，出口底高程951.996 m，全長(zhǎng)185 m，縱坡1/200，斷面寬×高=1.0 m×1.5 m城門洞型，底板、直墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，頂拱為砌磚結(jié)構(gòu)（見圖2），最大放水流量2.4 m3/s，現(xiàn)狀涵洞總長(zhǎng)185 m。按照《全省水庫應(yīng)急專項(xiàng)除險(xiǎn)加固工作實(shí)施方案》中規(guī)定的處理方式，加固處理采用洞內(nèi)穿鋼管的襯砌加固方案。

根據(jù)輸水洞的斷面內(nèi)側(cè)凈寬，洞內(nèi)鋪設(shè)一條DN900 mm×9 mm的鋼管以滿足下游供水要求，考慮管道洞內(nèi)運(yùn)輸方便及灌漿材料填充密實(shí)等因素，管底與洞底間距為200 mm，管身下部設(shè)20#槽鋼支架。對(duì)輸水洞進(jìn)、出口之間的與鋼管外側(cè)的空落腔體進(jìn)行回填灌漿處理，考慮洞身較長(zhǎng)、混凝土流動(dòng)性較差，灌漿材料采用M7.5水泥砂漿，灌漿壓力0.2MPa。

鋼管表面除銹要求：鋼管內(nèi)壁除銹等級(jí)應(yīng)達(dá)到Sa2.5級(jí)，表面粗糙度應(yīng)達(dá)到Ry60μm～Ry100μm。鋼管外壁的鋼材表面清潔度等級(jí)達(dá)到Sa1級(jí)。鋼管表面防腐要求：除銹后，管道內(nèi)壁采用底漆為環(huán)氧瀝青厚漿型防銹底漆，面漆采用環(huán)氧瀝青厚漿型防銹面漆，厚度不小于125 μm，涂層構(gòu)成為一底一面。鋼管外壁防腐涂層結(jié)構(gòu)：鋼管外壁均勻涂刷不含苛性鈉水泥漿進(jìn)行臨時(shí)防腐處理。

2 施工環(huán)境難點(diǎn)、重點(diǎn)分析

首先，考慮施工部位的防汛安全特殊性，應(yīng)安排在非汛期枯水季節(jié)施工；輸水洞管路較長(zhǎng)達(dá)185 m，進(jìn)、出口段線路方向呈曲線形，整體平面呈“Z”形狀（見圖1），并且拐彎處曲率較大，其中出口拐彎段能運(yùn)輸通過直線管最長(zhǎng)4.5 m，而且進(jìn)口置于庫區(qū)死水位區(qū)，故材料、設(shè)備洞內(nèi)運(yùn)輸進(jìn)出只能從輸水洞出口端進(jìn)行；輸水洞凈空斷面寬×高=1.0 m×1.5 m，比較狹窄，鋪設(shè)DN900的鋼管時(shí)施工空間極為狹小，洞內(nèi)焊接作業(yè)只能在鋼管內(nèi)進(jìn)行內(nèi)焊，所以保證洞內(nèi)良好的通風(fēng)和防窒息安全極為重要；整體輸水洞的分段鋼管的焊接安裝與回填灌漿的流水作業(yè)配合和施工質(zhì)量控制極為關(guān)鍵，結(jié)合資源配置和工序便利銜接及高效率確定鋼管安裝焊接和回填灌漿兩主要工序流水施工段設(shè)置為18～20 m一段。

圖1 輸水洞平面示意圖

3 主要施工方法和工藝

3.1 鋼管的安裝

3.1.1 輸水洞鋼管的測(cè)量放線

鋼管安裝前，校測(cè)用于安裝鋼管的基準(zhǔn)點(diǎn)和控制點(diǎn)，要對(duì)現(xiàn)狀輸水洞安管段進(jìn)行精確測(cè)量，包括洞軸線縱坡及洞的分段橫向斷面、彎曲段的洞平面軸線弧長(zhǎng)和最大通視弦長(zhǎng)及圓周角等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，輸水洞拱頂標(biāo)設(shè)縱軸線控制點(diǎn)，洞壁兩側(cè)標(biāo)設(shè)鋼管高程腰線控制點(diǎn)，便利和確保滿足鋼管的安裝施工需要，并符合施工圖紙的規(guī)定。

3.1.2 鋼管的運(yùn)輸和安裝

圖2 輸水洞橫斷面示意圖（單位：mm）

由于原輸水洞整體平面圖呈“Z”形狀，出口彎曲段最長(zhǎng)進(jìn)出運(yùn)載直線長(zhǎng)度僅僅為4.5 m，而鋼管成品規(guī)格為單根12 m長(zhǎng)，故需在洞外將鋼管裁截成單根4 m長(zhǎng)，采用自制兩輪車運(yùn)送至洞內(nèi)工作面；鋼管安裝時(shí)采用縱向間隔3 m的20#槽鋼架進(jìn)行鋼管底部支撐及橫向固定（見圖3），安裝高程及軸線的質(zhì)量由設(shè)置于洞頂中軸線和兩側(cè)墻腰線高程控制點(diǎn)進(jìn)行雙項(xiàng)控制，安裝縱坡和橫斷偏差滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。

圖3 鋼管支架細(xì)部構(gòu)造圖（單位：mm）

3.1.3 鋼管的焊接

焊接采用管內(nèi)側(cè)單面電弧焊，鋼管聯(lián)結(jié)焊口端設(shè)置60°的“V”型內(nèi)破口，鈍邊不超過1 mm，焊接材料：E4303焊條，焊機(jī)：ZX7-250ST，焊接工藝首先打底焊，再分層填充焊，最后蓋面焊。

在現(xiàn)場(chǎng)焊接鋼管環(huán)縫前，應(yīng)校測(cè)鋼管位置和管口圓度，若發(fā)現(xiàn)其安裝偏差超過規(guī)定時(shí)，應(yīng)及時(shí)糾正，才準(zhǔn)施焊，每條焊縫應(yīng)連續(xù)完成，不得中斷。

現(xiàn)場(chǎng)安裝焊接環(huán)縫兩側(cè)各150 mm范圍內(nèi)按要求進(jìn)行環(huán)氧瀝青厚漿型防銹底漆面漆防腐處理。

洞內(nèi)通風(fēng)采用自然通風(fēng)和軸流式通風(fēng)相結(jié)合，確保洞內(nèi)空氣流暢和施工人員焊接作業(yè)安全。

3.2 回填灌漿

主要是將輸水洞更換鋼管后與原輸水洞砌體表面之間的空腔采用M7.5砂漿分段回灌密實(shí)充填。

3.2.1 施工程序

預(yù)留灌漿管和排氣管→鋼管安裝→混凝土和沙袋封堵灌漿段兩端口→回灌砂漿→再灌水泥漿→下一循環(huán)。

3.2.2 預(yù)設(shè)灌漿管和排氣管

根據(jù)施工實(shí)際現(xiàn)狀，在新鋼管更換安裝之前，每18～20 m一段輸水洞待安管段將兩套DN100塑料管縱向固定安裝于洞頂，其一為送漿管，其二為排氣管，再將一根DN50的鋼管套裝于排氣管中，用于最后的水泥漿灌漿花管，要求排氣管里進(jìn)氣端高程必須安置到該段灌漿段的高程最高處（見圖4、5）。

圖4 輸水洞縱斷面局部圖

圖5 輸水洞頂部預(yù)埋鋼管詳圖（單位：mm）

3.2.3 灌漿段首尾端封堵

在鋼管已安裝灌漿段首、末兩端50 cm范圍以外，先圍繞管外壁堆填小沙袋代替模板進(jìn)行封堵密實(shí)，之后澆筑50 cm厚C20混凝土嚴(yán)密封堵（見圖4）。3.2.4制漿

水泥采用42.5普硅水泥，砂采用中砂，干凈且質(zhì)地堅(jiān)硬。采用ZJ-400型高速攪拌機(jī)（1 450 r/min）集中拌制灰砂比為1∶2.5(重量比)的水泥砂漿液。攪拌時(shí)間不少于30 s，漿液在使用前過篩，從開始制備至用完的時(shí)間控制在4 h以內(nèi)并做好記錄。

3.2.5 輸漿

制漿站采用BW-200型中壓砂漿泵通過一趟塑料輸漿管路輸送至工作面。在2×200 L立式配漿攪拌機(jī)上攪拌桶內(nèi)調(diào)制成所需漿液進(jìn)行灌注。

3.2.6 灌漿

1）根據(jù)實(shí)際情況及設(shè)計(jì)要求18～20 m一段進(jìn)行灌漿。

2）灌漿壓力：經(jīng)試驗(yàn)后回填灌漿采用壓力為0.2 MPa。

3）由隧洞上游向下游分段進(jìn)行回灌，每段由較低的一端開始向較高一端回填灌漿。

4）在對(duì)下一段灌漿段回填灌漿之前要對(duì)上一段的輸水洞拱頂進(jìn)行再回灌水泥漿，確保每段輸水洞拱頂空腔密實(shí)。

5）結(jié)束標(biāo)準(zhǔn)：在施工采用的壓力0.2 MPa下，排氣孔持續(xù)出漿即可結(jié)束。

6）封孔：灌漿結(jié)束后，采用濃漿將預(yù)留管全管封堵密實(shí)和抹平處理。

3.3 關(guān)鍵部位和施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制

主要是對(duì)水泥和砂及拌合砂漿進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)控制，嚴(yán)格按施工規(guī)范進(jìn)行；鋼管采購專業(yè)廠家的合格成品，包括專業(yè)防腐處理，成品進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)對(duì)應(yīng)廠家的質(zhì)量資料會(huì)同監(jiān)理對(duì)鋼管的進(jìn)行檢查驗(yàn)貨，重點(diǎn)是鋼管的外觀規(guī)格尺寸和防腐質(zhì)量，確保滿足工程設(shè)計(jì)要求和安全輸送飲用水的質(zhì)量需要；鋼管安裝前要對(duì)安裝洞段洞壁進(jìn)行檢查處理，漏水量集中且較大的地方用木楔封堵，減小漏水量，對(duì)洞壁內(nèi)表面的鈣質(zhì)結(jié)晶體和泥土進(jìn)行清理并沖洗干凈；鋼管接頭焊接環(huán)縫的探傷檢測(cè)執(zhí)行一級(jí)探傷標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)工程的安裝進(jìn)度，進(jìn)行焊縫逐條無損探傷檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)糾正和補(bǔ)救；根據(jù)施工規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)回填灌漿的部位段指定采用單孔注漿試驗(yàn)，即向檢查孔內(nèi)注入水灰比為2∶1的水泥漿，壓力與灌漿壓力相同，測(cè)量初始10 min內(nèi)的注入漿量，若注入漿量不大于10 L為合格，則灌漿工程質(zhì)量合格。另最后從管內(nèi)鉆孔進(jìn)行輸水洞拱頂、側(cè)墻、底板部位取芯檢測(cè)，重點(diǎn)查看有無脫空現(xiàn)象，漿液結(jié)石充填是否飽滿密實(shí)，回填砂漿的強(qiáng)度質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求。

4 結(jié)語

源神廟水庫輸水洞工程改造完畢已經(jīng)正常供水運(yùn)行數(shù)年，供水功能正常發(fā)揮，工程狀況運(yùn)行良好，工程的完好改造為水庫整體發(fā)揮更大的經(jīng)濟(jì)效益以及后續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。該輸水洞鋼管安裝和回填灌漿的科學(xué)施工方法，可為同類似小斷面輸水洞工程的加固改造施工提供一定的參考價(jià)值。綜上所述，制定結(jié)合實(shí)際和科學(xué)合理的施工方案，精益求精的施工方法是工程完好實(shí)施并能最終發(fā)揮成效的關(guān)鍵所在。

Method to Construct the Steel Pipe Lining in the Water Delivery Culvert of Yuanshenmiao Reservoir

YIN Qi-sheng

The paper details the scientific construction methods to install the steel pipe lining and to conduct backfill grouting in a small section water delivery culvert of the Yuanshenmiao Reservoir，and introduces the matters needing attention in the key part and key link construction.A scientific and reasonable construction scheme drawn up by combining with the engineering practice is the key to perfectly complete an engineering and to bring effect of this engineering into full play.

water delivery culvert；steel pipe lining；construction method

TV672.2

B

2017-04-12

2017-04-20

陰起盛（1970－），男，1992年畢業(yè)于山西省水利學(xué)校水工建筑專業(yè)，高級(jí)工程師。

1006-8139（2017）03-005-03