山西大水網(wǎng)建設(shè)中的質(zhì)量監(jiān)管創(chuàng)新

劉建成

（山西省水利發(fā)展中心，030002，太原）

山西大水網(wǎng)工程是深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書記“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”治水思路，確保山西水安全，實(shí)現(xiàn)水資源全域化配置的戰(zhàn)略性工程。工程以黃河干流和汾河兩條天然河道為主線，建設(shè)覆蓋全省、連通六大河流及其大中型水庫(kù)的十大供水骨干工程，形成“兩縱十橫、六河連通、多源互補(bǔ)”的水網(wǎng)體系。先行建設(shè)的東山供水、中部引黃、小浪底引黃、辛安泉供水四大骨干工程，隧洞全長(zhǎng)670 km，屬典型的跨流域、跨區(qū)域長(zhǎng)距離引調(diào)水工程。

長(zhǎng)距離輸水隧洞若采用傳統(tǒng)質(zhì)量管理方法，容易出現(xiàn)襯砌厚度不足、鋼筋布置不規(guī)范及脫空等質(zhì)量問題，工程將面臨較大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。推進(jìn)工程高質(zhì)量建設(shè)，是擺在建設(shè)者面前的重要課題。

一、主要問題

1.缺乏規(guī)范統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

水工隧洞混凝土襯砌施工尚無專門技術(shù)規(guī)范。現(xiàn)行的《水工混凝土施工規(guī)范》（SL 677-2014）主要對(duì)混凝土施工提出了通用技術(shù)要求，針對(duì)隧洞混凝土襯砌施工特點(diǎn)的具體要求較少，加之大水網(wǎng)工程線路長(zhǎng)、施工標(biāo)段多，參與工程建設(shè)的施工企業(yè)既有水利行業(yè)也有鐵路等其他行業(yè)，各標(biāo)段施工工藝各不相同，襯砌施工難以形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)體質(zhì)量。

2.質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)落后

循證決策是《質(zhì)量管理體系要求》（GB/T 19001-2016）規(guī)定的質(zhì)量管理基本原則，即質(zhì)量決策應(yīng)建立在可靠的檢測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上。大水網(wǎng)工程隧洞總長(zhǎng)670 km，采用傳統(tǒng)的檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)方法，獲得的工程質(zhì)量信息有限且效率低，工程質(zhì)量管理人員難以及時(shí)、全面了解工程質(zhì)量，致使質(zhì)量管理人員與施工方知曉的工程質(zhì)量信息不對(duì)稱，不易做出基于工程實(shí)際的質(zhì)量管理決策。

3.工程質(zhì)量管理措施不嚴(yán)密

山西大水網(wǎng)隧洞埋深大，部分洞段深度大于500 m，人員進(jìn)洞、出洞費(fèi)時(shí)耗力，加之施工支洞多、作業(yè)點(diǎn)分散、地下隱蔽施工，施工質(zhì)量監(jiān)管難度大，且工程實(shí)體質(zhì)量缺乏必要的監(jiān)管措施，面臨一定質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

二、主要措施

為化解質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，高質(zhì)量建設(shè)山西大水網(wǎng)工程，在廣泛調(diào)研基礎(chǔ)上借鑒鐵路、公路行業(yè)先進(jìn)做法，總結(jié)山西大水網(wǎng)工程建設(shè)初期的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，主要采取以下應(yīng)對(duì)措施。

1.制定省級(jí)地方標(biāo)準(zhǔn)，統(tǒng)一大水網(wǎng)工程隧洞混凝土襯砌施工技術(shù)要求

2017年3月，針對(duì)隧洞混凝土襯砌施工中出現(xiàn)的質(zhì)量問題，制定了《山西大水網(wǎng)工程輸水隧洞混凝土襯砌施工質(zhì)量控制導(dǎo)則（試行）》，提出了隧洞混凝土襯砌施工工藝及技術(shù)要求，并對(duì)常見的32類質(zhì)量通病的表現(xiàn)形式、問題原因提出116條防治措施。

2019年2月，山西省水利工程質(zhì)量與安全監(jiān)督站向山西省市場(chǎng)監(jiān)督管理局提交了省級(jí)地方標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)申請(qǐng)；5月20日，山西省市場(chǎng)監(jiān)督管理局下達(dá)了標(biāo)準(zhǔn)的制定計(jì)劃。2021年9月16日，《水工輸水隧洞模筑混凝土襯砌施工技術(shù)要求》（DB14/T 2324-2021）（以下簡(jiǎn)稱“標(biāo)準(zhǔn)”）頒布，2021年12月16日正式實(shí)施?！稑?biāo)準(zhǔn)》堅(jiān)持問題導(dǎo)向、技術(shù)創(chuàng)新，著力破解長(zhǎng)期困擾工程的質(zhì)量通病和難題，以促進(jìn)工程質(zhì)量提升。

（1）明確混凝土襯砌開工應(yīng)具備的技術(shù)條件

《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定在混凝土襯砌正式施工前，應(yīng)完成混凝土澆筑生產(chǎn)試驗(yàn)、首件驗(yàn)收等工作，實(shí)行質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)化，并完成施工技術(shù)方案編制、測(cè)量控制網(wǎng)復(fù)核、模板臺(tái)車、攪拌站（樓）和工地試驗(yàn)室的投入使用驗(yàn)收等工作。

（2）提出初期支護(hù)質(zhì)檢及襯砌前隱蔽工程驗(yàn)收要求

《標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定在襯砌施工前，項(xiàng)目法人應(yīng)組織由勘察、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等單位組成聯(lián)合驗(yàn)收小組，共同檢查核定初期支護(hù)斷面尺寸，填寫聯(lián)合驗(yàn)收簽證表，留存測(cè)量、地質(zhì)編錄、影像等相關(guān)資料，確認(rèn)初期支護(hù)不侵限、圍巖地質(zhì)等符合設(shè)計(jì)要求。

（3）細(xì)化鋼筋安裝施工技術(shù)要求

鑒于檢查發(fā)現(xiàn)鋼筋布置不規(guī)范，鋼筋骨架剛度差、易變形等問題，提出“基于徑向插筋和縱向定位鋼筋”的鋼筋安裝方法，明確定位鋼筋設(shè)置原則及間距等技術(shù)要求。如徑向插筋應(yīng)設(shè)置在橫斷面鋼筋輪廓線（?。┒蔚霓D(zhuǎn)折點(diǎn)、中點(diǎn)等位置，與洞壁應(yīng)錨固牢靠，環(huán)向間距不宜大于2 m，縱向間距不宜大于3 m；縱向定位鋼筋應(yīng)焊接在徑向定位鋼筋上，襯砌內(nèi)、外層環(huán)向主筋應(yīng)按設(shè)計(jì)間距均勻綁扎于縱向定位鋼筋上。隧洞鋪設(shè)防水板時(shí)，徑向定位鋼筋不得穿破防水板設(shè)置。

（4）提出止水帶安裝工藝改進(jìn)方法

針對(duì)止水帶易發(fā)生扭曲、移位問題，結(jié)合大水網(wǎng)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，提出“澆筑倉(cāng)內(nèi)鋼筋卡固定、倉(cāng)外堵頭模板夾持“安裝方法。實(shí)施中鋼筋卡可采用φ10的鋼筋彎制而成，安裝間距不宜大于50 cm。堵頭模板分為內(nèi)側(cè)、外側(cè)兩部分，迎水面?zhèn)葹槎ㄐ湍０?，另一?cè)為組合模板。

（5）明確了混凝土澆筑、振搗、封拱等施工技術(shù)要求

針對(duì)混凝土襯砌脫空、不密實(shí)、外觀質(zhì)量缺陷等問題，考慮到模板臺(tái)車穩(wěn)定性及承載能力，提出混凝土襯砌應(yīng)分層、按序、左右側(cè)交替對(duì)稱澆筑；邊墻宜采用振搗棒振搗或結(jié)合附著式振搗器振搗；頂拱宜采用附著式振搗器振搗；封拱時(shí)應(yīng)密切觀察泵送壓力變化和溢漿管排出漿液情況，保證頂拱混凝土灌注飽滿。

（6）提出混凝土襯砌施工質(zhì)量評(píng)價(jià)方法

混凝土襯砌施工周期長(zhǎng)、質(zhì)量影響因素多，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的時(shí)間平均在50 d以上，較常規(guī)施工條件混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢?！稑?biāo)準(zhǔn)》首次提出利用早期混凝土強(qiáng)度評(píng)價(jià)襯砌實(shí)體質(zhì)量的方法，可有效指導(dǎo)和預(yù)防混凝土低強(qiáng)問題。該方法通過建立混凝土專用測(cè)強(qiáng)曲線及強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線，測(cè)定隧洞混凝土襯砌實(shí)體早期強(qiáng)度，再將早期強(qiáng)度統(tǒng)一換算成等效養(yǎng)護(hù)齡期強(qiáng)度，采用概率統(tǒng)計(jì)的方法評(píng)價(jià)混凝土襯砌施工質(zhì)量。當(dāng)計(jì)算得到混凝土襯砌實(shí)體強(qiáng)度的平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、保證率不滿足SL 677-2014規(guī)定時(shí)，應(yīng)查找問題原因，加強(qiáng)施工質(zhì)量控制。

（7）引入無損檢測(cè)及同條件養(yǎng)護(hù)試件等檢測(cè)技術(shù)

混凝土襯砌施工容易出現(xiàn)厚度不足、鋼筋布置不規(guī)范、脫空、不密實(shí)、局部低強(qiáng)等問題。采用傳統(tǒng)檢測(cè)方法無法及時(shí)、準(zhǔn)確獲得實(shí)體質(zhì)量情況。工程建設(shè)過程中，采用探地雷達(dá)對(duì)大水網(wǎng)工程隧洞襯砌質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，并輔以一定比例的超聲橫波比對(duì)和破壞性檢測(cè)，驗(yàn)證雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性高，能夠滿足施工質(zhì)量檢測(cè)和管理需要；回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度偏差較大、精度不足；鉆芯法則成本較高，且對(duì)襯砌有損傷。為此，采用表面波法、鉆孔取芯法和同條件養(yǎng)護(hù)試件對(duì)隧洞襯砌混凝土實(shí)體強(qiáng)度進(jìn)行了檢測(cè)和結(jié)果比對(duì)，表明同條件試件與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)體強(qiáng)度較為接近，能夠較為經(jīng)濟(jì)、客觀地反映工程實(shí)體質(zhì)量。

（8）提出混凝土襯砌實(shí)體質(zhì)量檢測(cè)要求

施工過程中，應(yīng)對(duì)混凝土襯砌與圍巖接觸面脫空，混凝土襯砌的厚度、強(qiáng)度、鋼筋布置、內(nèi)部缺陷、斷面尺寸、縱坡以及合同約定的其他項(xiàng)目進(jìn)行檢測(cè)。實(shí)體質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)由監(jiān)理機(jī)構(gòu)組織施工單位實(shí)施，并見證實(shí)施過程。

（9）提出常見質(zhì)量通病預(yù)防措施

《標(biāo)準(zhǔn)》給出了襯砌施工中常見的28類質(zhì)量通病表現(xiàn)形式、主要原因及防治措施，利于各方落實(shí)質(zhì)量通病防治措施，提升質(zhì)量通病防治效果。

2.開展先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究，提升大水網(wǎng)工程隧洞混凝土襯砌質(zhì)量檢測(cè)效能

（1）引進(jìn)三維激光掃描技術(shù)

鋼筋安裝不規(guī)范、混凝土襯砌厚度不足的主要原因是隧洞開挖斷面或初期支護(hù)斷面侵占了混凝土襯砌結(jié)構(gòu)尺寸，如何準(zhǔn)確找出侵限部位并在襯砌前進(jìn)行處理，是預(yù)防和提高混凝土襯砌質(zhì)量的最有效措施。采用傳統(tǒng)方法費(fèi)時(shí)、耗力，且不能對(duì)隧洞斷面尺寸進(jìn)行全面測(cè)量，不可避免地發(fā)生漏檢現(xiàn)象，給工程留下質(zhì)量隱患。三維激光掃描又稱“實(shí)景復(fù)制技術(shù)”，是一種全自動(dòng)高精度立體掃描技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地獲得被測(cè)物體完整的原始測(cè)繪數(shù)據(jù)，并高精度重建掃描實(shí)物。隧洞作為超長(zhǎng)線狀結(jié)構(gòu)，需要沿洞軸線方向依次布設(shè)多個(gè)測(cè)站才能完成整條隧洞的掃描工作。同時(shí)隧洞斷面小、測(cè)繪環(huán)境復(fù)雜、通視條件差，測(cè)站間距、掃描分辯率以及點(diǎn)云后數(shù)據(jù)的選擇，均對(duì)測(cè)量精度和效率有較大影響。為提高測(cè)量精度，開展水工隧洞斷面三維激光掃描技術(shù)應(yīng)用研究，并應(yīng)用傳統(tǒng)測(cè)量方法對(duì)三維激光測(cè)繪成果進(jìn)行了檢核，測(cè)量成果滿足《水工建筑物地下開挖工程施工規(guī)范》（SL 378-2007）的要求。大水網(wǎng)施工過程中，共完成隧洞初期支護(hù)、混凝土襯砌斷面測(cè)繪312.3 km，有力指導(dǎo)了隧洞欠挖部位的清理工作，促使施工方加強(qiáng)了隧洞施工測(cè)量、優(yōu)化了隧洞開挖爆破參數(shù)，隧洞軸線偏移、高程控制不嚴(yán)格、欠挖等問題得到很好控制，為襯砌施工創(chuàng)造了良好的施工條件。

（2）引入探地雷達(dá)和超聲波橫波檢測(cè)技術(shù)

探地雷達(dá)是借助雷達(dá)天線發(fā)射的高頻短脈沖電磁波，來探測(cè)被測(cè)物體的內(nèi)部質(zhì)量情況。當(dāng)電磁波在隧洞混凝土襯砌中傳播，遇到與混凝土襯砌不同的介質(zhì)時(shí)，會(huì)在其交接面發(fā)生反射和折射。雷達(dá)主機(jī)根據(jù)接收的反射信號(hào)特征，識(shí)別混凝土襯砌厚度、鋼筋布置，以及脫空、不密實(shí)等質(zhì)量缺陷。探地雷達(dá)具有探測(cè)速度快、探測(cè)過程連續(xù)、分辨率高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但也存在一定不足，當(dāng)混凝土襯砌與初期支護(hù)、圍巖間的介電常數(shù)差別不明顯時(shí)，電磁波的反射信號(hào)弱，反射界面不容易識(shí)別；當(dāng)鋼筋層間距較小時(shí)，上層鋼筋就會(huì)對(duì)下層鋼筋產(chǎn)生屏蔽作用，下層鋼筋容易發(fā)生漏判。針對(duì)以上不足，引進(jìn)超聲橫波檢測(cè)技術(shù)，超聲橫波為彈性波，不受電磁屏蔽影響、抗干擾性強(qiáng)，可清晰顯示內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，能與探地雷達(dá)檢測(cè)技術(shù)相互補(bǔ)。探地雷達(dá)和超聲波橫波檢測(cè)技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了對(duì)混凝土襯砌實(shí)體質(zhì)量的快速、準(zhǔn)確檢測(cè)，促使規(guī)范施工成為施工方的自覺行為，有效避免了施工違法、違規(guī)行為。

（3）引進(jìn)表面波檢測(cè)混凝土襯砌強(qiáng)度

2017年抽取大水網(wǎng)工程8個(gè)標(biāo)段的混凝土配合比及原材料，采用室內(nèi)成型標(biāo)準(zhǔn)試件、波速測(cè)定、物理力學(xué)性能測(cè)試、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證等方法，對(duì)回彈法、取芯法與表面波法檢測(cè)混凝土實(shí)體強(qiáng)度結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析，建立了混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線、表面波波速與混凝土強(qiáng)度關(guān)系曲線。表面波波速與混凝土強(qiáng)度的決定系數(shù)在0.78～0.95之間，平均0.88，曲線擬合程度高，相關(guān)性較好。在此基礎(chǔ)上結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)取芯，對(duì)回彈值、表面波波速與芯樣強(qiáng)度進(jìn)行回歸計(jì)算，建立了大水網(wǎng)工程測(cè)強(qiáng)專用公式。經(jīng)過40多組芯樣現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，計(jì)算強(qiáng)度平均相對(duì)誤差為10.4%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差為13.6%，符合《回彈法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度抗壓強(qiáng)度》（JTJ/T 23-2001）中專用曲線的誤差要求。通過表面波檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用研究，可及時(shí)獲得隧洞襯砌作業(yè)洞段混凝土早期強(qiáng)度，經(jīng)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線換算，推算出襯砌實(shí)體等效養(yǎng)護(hù)齡期強(qiáng)度，能提前預(yù)判混凝土實(shí)體強(qiáng)度，對(duì)監(jiān)控混凝土襯砌強(qiáng)度，預(yù)防局部低強(qiáng)起到積極作用。

3.建立完善質(zhì)量管理措施，密織大水網(wǎng)工程質(zhì)量管控網(wǎng)絡(luò)

在建設(shè)推進(jìn)過程中制定了《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)山西大水網(wǎng)工程混凝土襯砌施工質(zhì)量管理和檢測(cè)工作的意見》《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)山西大水網(wǎng)工程隧洞混凝土質(zhì)量控制的意見》等一系列質(zhì)量管理制度。

（1）實(shí)行首件驗(yàn)收制度

在混凝土砌襯開工前、跨年度施工復(fù)工前或施工質(zhì)量波動(dòng)異常時(shí)，項(xiàng)目法人應(yīng)組織開展混凝土襯砌施工首件驗(yàn)收，以驗(yàn)證施工工藝的可靠性，避免出現(xiàn)系統(tǒng)性質(zhì)量問題，并在施工過程中加以監(jiān)督檢查，保證后續(xù)工程質(zhì)量不得低于首件工程的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

（2）開展實(shí)體質(zhì)量巡回檢測(cè)

在施工過程中，定期對(duì)隧洞混凝土襯砌實(shí)體質(zhì)量進(jìn)行巡回檢測(cè)，及時(shí)、全面地了解工程質(zhì)量狀態(tài)和變化情況。讓地下隱蔽工程變?yōu)殛?yáng)光工程，讓不易測(cè)量的工程實(shí)體質(zhì)量變?yōu)榭吹靡姟⒖杀容^、可分析的具體數(shù)據(jù)，使工程質(zhì)量始終處于受控和強(qiáng)監(jiān)管狀態(tài)之下。

（3）制定獎(jiǎng)勵(lì)、激勵(lì)政策

省水利廳印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)山西大水網(wǎng)輸水隧洞施工質(zhì)量管理的意見》，規(guī)定對(duì)大水網(wǎng)工程質(zhì)量管理成績(jī)顯著的單位和個(gè)人予以表彰：隧洞工程被評(píng)為優(yōu)質(zhì)工程的，給予施工單位50萬元/km獎(jiǎng)勵(lì)，給予監(jiān)理單位5萬元/km獎(jiǎng)勵(lì)；對(duì)發(fā)生嚴(yán)重質(zhì)量問題，視同于發(fā)生質(zhì)量事故處理，將對(duì)責(zé)任單位進(jìn)行經(jīng)濟(jì)處罰，列入質(zhì)量信用黑名單，對(duì)責(zé)任人嚴(yán)肅問責(zé)。

三、結(jié) 語

2016年至今，山西大水網(wǎng)工程完成隧洞混凝土襯砌實(shí)體質(zhì)量檢測(cè)351 km。檢測(cè)數(shù)據(jù)表明，工程質(zhì)量持續(xù)向好，隧洞混凝土襯砌缺陷比例逐年減少，從2016年8.8%下降到目前的2.1%，且缺陷多數(shù)為可通過后期回填灌漿處理的脫空問題。大水網(wǎng)四大骨干工程規(guī)模大、工期長(zhǎng)、投資巨大，通過質(zhì)量監(jiān)管創(chuàng)新，工程質(zhì)量顯著提高，質(zhì)量缺陷發(fā)生率和修復(fù)成本大幅度降低，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，大水網(wǎng)工程質(zhì)量管理實(shí)踐對(duì)規(guī)范水網(wǎng)工程及同類型水利工程施工具有一定借鑒意義?！?/p>