阴起盛

（山西省晋中市水利建筑工程总公司 山西晋中 030600）

源神庙水库输水洞钢管衬砌施工方法

阴起盛

（山西省晋中市水利建筑工程总公司 山西晋中 030600）

文中详细阐明了源神庙水库小断面输水洞钢管的衬砌安装和回填灌浆的科学施工方法以及关键部位、关键环节的注意事项，而结合工程实际制定科学合理的施工方案更是工程完好实施并能最终发挥成效的关键所在。

输水洞；钢管衬砌；施工方法

1 工程概况

源神庙水库位于黄河流域汾河水系一级支流惠济河东支的中游、尹回水库上游15 km处，地处山西省晋中市平遥县朱坑乡源神庙村，坝址以上控制流域面积55 km2，是一座以供水为主，兼顾防洪、灌溉等综合利用的小型水库。现状水库枢纽包括：大坝、溢洪道、泄洪洞及输水洞。根据《水利水电工程等级划分及洪水标准》（SL252-2000），源神庙水库属小（1）型水库，工程等别为Ⅳ等，主要建筑物级别为4级，次要建筑物和临时建筑物为5级。

输水洞位于大坝右岸桩号0+147m处，进水口采用卧管型式，共18节，每节高差0.55 m。涵洞进口底高程952.721 m，出口底高程951.996 m，全长185 m，纵坡1/200，断面宽×高=1.0 m×1.5 m城门洞型，底板、直墙为浆砌石结构，顶拱为砌砖结构（见图2），最大放水流量2.4 m3/s，现状涵洞总长185 m。按照《全省水库应急专项除险加固工作实施方案》中规定的处理方式，加固处理采用洞内穿钢管的衬砌加固方案。

根据输水洞的断面内侧净宽，洞内铺设一条DN900 mm×9 mm的钢管以满足下游供水要求，考虑管道洞内运输方便及灌浆材料填充密实等因素，管底与洞底间距为200 mm，管身下部设20#槽钢支架。对输水洞进、出口之间的与钢管外侧的空落腔体进行回填灌浆处理，考虑洞身较长、混凝土流动性较差，灌浆材料采用M7.5水泥砂浆，灌浆压力0.2MPa。

钢管表面除锈要求：钢管内壁除锈等级应达到Sa2.5级，表面粗糙度应达到Ry60μm～Ry100μm。钢管外壁的钢材表面清洁度等级达到Sa1级。钢管表面防腐要求：除锈后，管道内壁采用底漆为环氧沥青厚浆型防锈底漆，面漆采用环氧沥青厚浆型防锈面漆，厚度不小于125 μm，涂层构成为一底一面。钢管外壁防腐涂层结构：钢管外壁均匀涂刷不含苛性钠水泥浆进行临时防腐处理。

2 施工环境难点、重点分析

首先，考虑施工部位的防汛安全特殊性，应安排在非汛期枯水季节施工；输水洞管路较长达185 m，进、出口段线路方向呈曲线形，整体平面呈“Z”形状（见图1），并且拐弯处曲率较大，其中出口拐弯段能运输通过直线管最长4.5 m，而且进口置于库区死水位区，故材料、设备洞内运输进出只能从输水洞出口端进行；输水洞净空断面宽×高=1.0 m×1.5 m，比较狭窄，铺设DN900的钢管时施工空间极为狭小，洞内焊接作业只能在钢管内进行内焊，所以保证洞内良好的通风和防窒息安全极为重要；整体输水洞的分段钢管的焊接安装与回填灌浆的流水作业配合和施工质量控制极为关键，结合资源配置和工序便利衔接及高效率确定钢管安装焊接和回填灌浆两主要工序流水施工段设置为18～20 m一段。

图1 输水洞平面示意图

3 主要施工方法和工艺

3.1 钢管的安装

3.1.1 输水洞钢管的测量放线

钢管安装前，校测用于安装钢管的基准点和控制点，要对现状输水洞安管段进行精确测量，包括洞轴线纵坡及洞的分段横向断面、弯曲段的洞平面轴线弧长和最大通视弦长及圆周角等关键数据，输水洞拱顶标设纵轴线控制点，洞壁两侧标设钢管高程腰线控制点，便利和确保满足钢管的安装施工需要，并符合施工图纸的规定。

3.1.2 钢管的运输和安装

图2 输水洞横断面示意图（单位：mm）

由于原输水洞整体平面图呈“Z”形状，出口弯曲段最长进出运载直线长度仅仅为4.5 m，而钢管成品规格为单根12 m长，故需在洞外将钢管裁截成单根4 m长，采用自制两轮车运送至洞内工作面；钢管安装时采用纵向间隔3 m的20#槽钢架进行钢管底部支撑及横向固定（见图3），安装高程及轴线的质量由设置于洞顶中轴线和两侧墙腰线高程控制点进行双项控制，安装纵坡和横断偏差满足设计及规范要求。

图3 钢管支架细部构造图（单位：mm）

3.1.3 钢管的焊接

焊接采用管内侧单面电弧焊，钢管联结焊口端设置60°的“V”型内破口，钝边不超过1 mm，焊接材料：E4303焊条，焊机：ZX7-250ST，焊接工艺首先打底焊，再分层填充焊，最后盖面焊。

在现场焊接钢管环缝前，应校测钢管位置和管口圆度，若发现其安装偏差超过规定时，应及时纠正，才准施焊，每条焊缝应连续完成，不得中断。

现场安装焊接环缝两侧各150 mm范围内按要求进行环氧沥青厚浆型防锈底漆面漆防腐处理。

洞内通风采用自然通风和轴流式通风相结合，确保洞内空气流畅和施工人员焊接作业安全。

3.2 回填灌浆

主要是将输水洞更换钢管后与原输水洞砌体表面之间的空腔采用M7.5砂浆分段回灌密实充填。

3.2.1 施工程序

预留灌浆管和排气管→钢管安装→混凝土和沙袋封堵灌浆段两端口→回灌砂浆→再灌水泥浆→下一循环。

3.2.2 预设灌浆管和排气管

根据施工实际现状，在新钢管更换安装之前，每18～20 m一段输水洞待安管段将两套DN100塑料管纵向固定安装于洞顶，其一为送浆管，其二为排气管，再将一根DN50的钢管套装于排气管中，用于最后的水泥浆灌浆花管，要求排气管里进气端高程必须安置到该段灌浆段的高程最高处（见图4、5）。

图4 输水洞纵断面局部图

图5 输水洞顶部预埋钢管详图（单位：mm）

3.2.3 灌浆段首尾端封堵

在钢管已安装灌浆段首、末两端50 cm范围以外，先围绕管外壁堆填小沙袋代替模板进行封堵密实，之后浇筑50 cm厚C20混凝土严密封堵（见图4）。3.2.4制浆

水泥采用42.5普硅水泥，砂采用中砂，干净且质地坚硬。采用ZJ-400型高速搅拌机（1 450 r/min）集中拌制灰砂比为1∶2.5(重量比)的水泥砂浆液。搅拌时间不少于30 s，浆液在使用前过筛，从开始制备至用完的时间控制在4 h以内并做好记录。

3.2.5 输浆

制浆站采用BW-200型中压砂浆泵通过一趟塑料输浆管路输送至工作面。在2×200 L立式配浆搅拌机上搅拌桶内调制成所需浆液进行灌注。

3.2.6 灌浆

1）根据实际情况及设计要求18～20 m一段进行灌浆。

2）灌浆压力：经试验后回填灌浆采用压力为0.2 MPa。

3）由隧洞上游向下游分段进行回灌，每段由较低的一端开始向较高一端回填灌浆。

4）在对下一段灌浆段回填灌浆之前要对上一段的输水洞拱顶进行再回灌水泥浆，确保每段输水洞拱顶空腔密实。

5）结束标准：在施工采用的压力0.2 MPa下，排气孔持续出浆即可结束。

6）封孔：灌浆结束后，采用浓浆将预留管全管封堵密实和抹平处理。

3.3 关键部位和施工环节的质量控制

主要是对水泥和砂及拌合砂浆进行常规检测控制，严格按施工规范进行；钢管采购专业厂家的合格成品，包括专业防腐处理，成品进场后应对应厂家的质量资料会同监理对钢管的进行检查验货，重点是钢管的外观规格尺寸和防腐质量，确保满足工程设计要求和安全输送饮用水的质量需要；钢管安装前要对安装洞段洞壁进行检查处理，漏水量集中且较大的地方用木楔封堵，减小漏水量，对洞壁内表面的钙质结晶体和泥土进行清理并冲洗干净；钢管接头焊接环缝的探伤检测执行一级探伤标准，根据工程的安装进度，进行焊缝逐条无损探伤检测，发现问题及时纠正和补救；根据施工规范标准要求，对回填灌浆的部位段指定采用单孔注浆试验，即向检查孔内注入水灰比为2∶1的水泥浆，压力与灌浆压力相同，测量初始10 min内的注入浆量，若注入浆量不大于10 L为合格，则灌浆工程质量合格。另最后从管内钻孔进行输水洞拱顶、侧墙、底板部位取芯检测，重点查看有无脱空现象，浆液结石充填是否饱满密实，回填砂浆的强度质量是否满足设计要求。

4 结语

源神庙水库输水洞工程改造完毕已经正常供水运行数年，供水功能正常发挥，工程状况运行良好，工程的完好改造为水库整体发挥更大的经济效益以及后续发展奠定了良好的基础。该输水洞钢管安装和回填灌浆的科学施工方法，可为同类似小断面输水洞工程的加固改造施工提供一定的参考价值。综上所述，制定结合实际和科学合理的施工方案，精益求精的施工方法是工程完好实施并能最终发挥成效的关键所在。

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

阴起盛（1970－），男，1992年毕业于山西省水利学校水工建筑专业，高级工程师。

1006-8139（2017）03-005-03