南水北调工程长距离输水箱涵施工

□文/王 贤

1 工程概况

南水北调中线工程输水干渠全长1 273 km，向天津输水干渠长155 km。调水规模130亿m3/a。天津干线因其独特地理位置，结合保护水质、少占耕地、冬季防冻等特点，采用地埋暗涵形式，有效解决了保护耕地，保护水质、防止冰冻等不利因素。此种箱涵适用于大流量、低水头情况，造价较低。本文以南水北调中线工程天津干线廊坊市段TJ4-4标工程为例，主要从施工临建准备、基坑开挖、施工降排水、箱涵浇筑、基坑回填等方面介绍输水箱涵的施工方法。

南水北调中线一期工程天津干线廊坊市段TJ4-4标，全长约10.612 km。该段以现浇凝土箱涵为主，为有压输水箱涵，其他主要建筑物包括通气孔6座、分水口2座，小型倒虹吸2座、小型公路涵6座、保水堰1座、廊大公路涵，通信系统的硅芯管采购和埋设以及金属结构和电气设备安装等。

2 主要项目施工方法

2.1 基坑降水施工

地下水位约在地面以下2.5～5.5 m，为保证土方开挖和基底干场作业，在开挖前先期进行施工降水。

2.1.1 基槽开挖标准断面

为复式对称梯形断面，降水管井布置在基坑左右两侧2 m宽的马道外侧，降水管井间距7～15 m，管井开孔直径φ700mm，井深18～20 m（井口与马道齐平）。

2.1.2 地面排水沟布置

1）地面排水目的是将从管井及集水坑抽出的水，经地面明沟排至泄水区。

2）地面排水沟位置。在箱涵施工道路外侧设置排水明渠，将基坑两侧降水井排水集中抽排至排水明渠内，跨越施工主干道部位预埋钢管对水管进行保护；在箱涵开挖边线无施工道路一侧每隔30 m设置一个集水池，集水池采用土工膜防渗，将降水井内的水抽排至集水池。

2.1.3 降水时间

一般土方开挖至马道后，开始降水，连续保持井内的低水位，保证施工干场作业，确保工期目标实现。在输水箱涵及各建筑物混凝土浇筑完成且外侧土方填筑到一定高程后停止抽水，撤泵填井。

2.1.4 成井工艺

管井开孔直径φ700mm，井管采用φ350mm无砂混凝土管。井管外及井底500mm充填粒径3～15mm圆形、亚圆形砂卵石滤料。

管井施工工艺流程：施工准备→场地放样→开挖排水沟→铺设总管和安装水泵→成孔→下井管→填滤料→水泵就位→试抽水→正式抽水。

2.2 土方开挖

土方开挖前先测量放线，开挖过程中测量校核基底标高、轴线、桩号和边坡坡度等是否符合施工图纸要求。箱涵涵身开挖范围约在高程-4.6～7.6 m，开挖深度约为10.5 m；开挖边坡坡比为马道以上1∶1.5，马道以下1∶2，马道宽2 m；开挖开口线宽度约为50 m左右，底板宽度约为18.3 m。开挖分层为表土清理（50 cm）、土方明挖和保护层开挖（30 cm），其中土方明挖第一层开挖深度3.5 m，第二层开挖深度约为3～4.5 m。第三层开挖深度约4 m，第三层为地下水位以下开挖领先开挖排水沟，共分3个开挖顺序，见图 1。

图1 箱涵基坑开挖典型分层断面

第一、二层用反铲南北横向后退法开挖，反铲从堆土带对面一侧开口线开始下铲，靠近边坡处预留＞40 cm保护层，反铲站立下一工作面修坡。开挖时以已完成清表的工作面作为开挖机械及自卸汽车行走平台，采用反铲和自卸车联合挖运作业，第一层开挖见图 2。

图2 第一层开挖

地下水位以上第一、二层开挖完成后进行基坑降水施工，在地下水位降至基底0.5 m以下后，开始第三层开挖。在开挖至接近基底高程时，为保护建基面，避免开挖机械扰动原状土和建基面暴露较长时间，基坑开挖底部箱涵建基面以上预留30 cm的保护层，在第三层开挖时人工跟进开挖集料，由第三层开挖的反铲配合装运到自卸汽车中，以保护地基原状土不受扰动，在挖掘机进行开挖作业时，由测量仪器全程跟踪测量，保证边坡坡比、开挖中心线和建基面高程符合设计要求。

由于需采用开挖土料进行回填，开挖土料堆放在箱涵南侧堆土区。根据水土保持的要求利用尼龙布对开挖土料进行覆盖，用土方编织袋进行围挡，围挡高度为0.6～1 m，围挡顶宽0.5 m，底宽1 m并在堆土区边缘处设排水沟。

2.3 箱涵混凝土工程

本标段工程主要为3孔4.4 m×4.4 m钢筋混凝土箱涵，每节箱涵混凝土分2次浇筑，第1次浇筑到底板八字以上50 cm，第2次浇筑箱涵墙体和顶板。箱涵混凝土主要施工程序：基础联合验收→垫层混凝土浇筑→底板钢筋安装→模板施工→混凝土浇筑前验收→底板混凝土浇筑→施工缝处理→中墙钢筋安装→钢筋验收→模板台车安装（或平移）→台车刚模板调整加固→边墙、顶板钢筋安装→边墙、顶板外侧模板拼装、调整及加固→混凝土浇筑前验收→顶板混凝土浇筑→混凝土养护→箱涵外模拆模→台车模板脱模→下一节箱涵施工。

2.3.1 混凝土垫层施工

箱涵底板下设10 cm厚C10混凝土垫层，结构箱涵垫层宽度为15.4～15.6 m，垫层的浇筑采用汽车混凝土泵输送入仓，人工平仓，平板振动器振捣，人工抹面的方式进行。

2.3.2 箱涵模板支立

箱涵施工所用模板均为钢模板，箱涵底板仓号腋角采用定型腋角模板，外侧采用P150普通平面钢模板。侧墙/顶板仓号内侧模板采用简易钢模台车，外侧采用P150系列模板拼装，钢管脚手架支撑。堵头模板结合止水位置及八字墙腋角形式均采用定型模板。

1）底板模板支立。底板仓号外侧采用3层P6015组合模板拼装而成，腋角部位采用定型腋角钢模板。在施工底板仓号时，制作φ48mm钢管单桁架外对撑形式来加固底腋角模板，每隔3 m设置一道。

两节涵身连接处设有一道橡胶止水带，该部位模板配置由P3015模板和堵头异型模板配合使用。

2）墙体及顶板模板支立。内墙及顶板模板主要采用钢模台车施工。箱涵标准段涵身段长15 m，每节台车标准结构尺寸4.4 m×4.4 m×7.5 m（宽×高×长），每节每孔涵身配置2节钢模台车，即将2节7.5 m长的钢模台车对接成15 m长；钢模台车轨距2 m。钢模台车主要由模板组、行走机构、台车架、承重梁、螺杆支撑压系统、一些辅助平台构成，面板厚4mm。

φ20mm拉杆采用定位锥对拉固定在模板上，拆模时旋转退出定位锥，用预缩砂浆填堵定位锥孔。

3）模板拆除。不承重的侧面模板，在混凝土强度达到3.5 MPa并能保证其表面及棱角不因拆模而损坏时拆除。顶板模板为承重模板，根据混凝土试块强度，在混凝土强度达到设计强度的75%后拆除。

2.3.3 橡胶止水带和闭孔泡沫板安装

橡胶止水带采用止水卡加固，止水带要埋正对中，止水带中间可伸缩部分不得埋入混凝土中，保证其可自由变形。

为便于闭孔泡沫板的施工，根据设计尺寸，采购已加工成型的闭孔泡沫板。闭孔泡沫板采用先贴法安装，即在支立模板时将泡沫板用铁丝固定在模板内侧。

2.3.4 钢筋制安

钢筋进场后首先经过现场试验室取样检验合格后方开始制作安装。钢筋制作在后方加工厂完成；钢筋连接方式有搭接焊、帮条焊、机械连接及闪光对焊。

钢筋加工完成后，根据设计图纸在混凝土垫层上逐根弹好钢筋位置线，根据位置线摆放加工好的底层主筋。弯起延伸至墙体内的主筋上端利用单排脚手架挑出的顺水杆与主筋临时绑好，确保主筋的垂直度、间距及稳定。检查主筋的间距、根数等符合要求后，开始绑扎底板底层筋中的分布筋。分布筋的接头采用焊接，同时将光面钢筋的末端做成弯钩。钢筋网的交叉点采用20#镀锌铅丝绑扎，除靠近外围的两行钢筋的交叉点全部扎牢外，中间部分的交叉点采用倒顺扣相隔扎牢，保证不产生位移，然后绑扎腋角的八字筋。每孔底板下层筋与上层筋之间放置4道架立筋，用于保证两层钢筋的间距。上层钢筋网的绑扎方法与下层相同。两层钢筋网绑扎合格后，在墙体的主筋底部绑扎2道分布筋，上部绑扎2道分布筋。模板边钢筋每隔1.0 m梅花形放置一块5 cm厚垫块，作为细部支立并确保钢筋保护层厚度。

顶板的钢筋绑扎方式同底板。

2.3.5 混凝土浇筑

箱涵混凝土主要为双掺C30W6F150混凝土，混凝土拌和采用HZS90型拌合楼集中拌料，混凝土搅拌车进行水平运输，入仓主要采用移动龙门式布料机直接入仓。每节箱涵分2次浇筑，第1次浇筑至八字以上50 cm，第2次浇筑剩余的墙体及顶板。

混凝土采用布料机分层均匀下料，每次下料厚度不高于0.3 m。混凝土振捣采用φ50mm软轴插入式振捣器振捣，经平仓后的混凝土用振捣棒依次振捣，间距不超过振捣器有效半径的1.5倍并垂直插入下层混凝土10 cm，振捣棒插入点采取梅花形布置，振捣时间以混凝土中气泡已排出，粗骨料不再显著下沉并开始泛浆时为准。

混凝土浇筑过程中，模板、钢筋等有关工种均派专人值班，及时对模板、钢筋进行检查维护，防止结构变形、走样、损坏及钢筋位移，发现问题及时处理。

2.3.6 混凝土养护

在浇筑完成后12～18 h内开始养护，在成品混凝土的平面位置采用土工布覆盖洒水养护，墙体等立面位置采用拆模后采用覆盖薄膜的方式进行养护。养护期间保持混凝土表面湿润，养护时间不少于28 d。

2.3.7 混凝土施工缝面处理

施工缝在混凝土初凝前预埋杉木条，在混凝土强度达到2.5 MPa以后剔出，使已浇筑混凝土上部形成一凹槽。杉木条剔除后，进行施工缝的处理工作，混凝土表面采用人工凿毛，直至露出新鲜石子，然后用高压水枪将混凝土表面清洗干净，排除积水。在箱涵施工缝上浇筑第一层混凝土前，先铺一层2～3 cm厚的水泥砂浆，根据浇筑速度的快慢，随铺随浇。

2.4 土方回填

回填土料采用开挖土的混合料。一般段土方回填压实度≮0.90；公路涵、保水堰土方回填压实度≮0.94。建筑物周围至少0.5 m和顶板以上1 m范围内采用人工夯实。

回填前进行生产性碾压试验，确定铺土厚度、碾压机具、碾压遍数及机械行走速度。回填土料最大干密度为1.71 g/cm3，最佳含水率为15.5%，机械铺土厚度35 cm，碾压遍数为7遍，碾压设备为SD16型推土机，自质量17 t，行驶速度为一档，速度为3 km/h匀速状态，碾压时，相邻作业面的搭接碾压宽度，垂直轴线方向≮3 m，相邻碾迹搭压宽度≮20 cm；打夯时连环套打法，夯迹双向套压，夯压夯1/3，行压行1/3，分段分片夯实，夯迹搭压宽度＞1/3夯径，达到压实度要求。

回填过程采用自卸汽车运料，推土机摊铺、碾压或电动夯碾压。由测量人员控制铺土厚度，试验人员按照规定的频次进行取样检测，检测合格后方进行下层填筑。箱涵两侧土方回填同时进行，两侧回填高度大致相同并保持均衡上升。

降水井在土方回填至马道高程后，停止降水工作，拆除排水管线，选用砂砾石进行回填，井口2 m范围内回填开挖料，人工木棒振实至井口高程。

2.5 聚硫密封胶工程

在进行密封胶施工之前，首先将箱涵变形缝的缝槽清洗干净，待干燥后，在要填塞的预留槽两侧距施工缝5mm处贴上胶条，密封胶的施工采用手动注胶枪注射入施工缝内。装枪时将生产厂家提供的中间带有出胶孔的压胶盘置入胶面上，取下枪管前后螺盖，将密封胶置于枪管内，管内空气顺枪管后孔排出，将装满胶的枪管前后螺盖装上，完成装胶后涂胶。施工时分两次灌注，先灌注缝两侧壁，然后灌注中间。聚硫密封胶灌满后用抹灰刀整型。待密封胶具有一定强度后，撕去胶条，以保证接缝外观整洁。

密封胶嵌填施工后，养护期为28 d。在注胶完成后禁止人员对未凝固的胶体触摸或磕碰，防止对胶体外观造成破坏。

2.6 金属结构安装

金属结构及设备安装位于堂二里北保水堰，包括堰前闸工作闸门、堰后闸工作闸门、连通闸门及相应启闭机的安装。

2.6.1 安装前的检查

在进行金属结构设备安装时，首先对准备安装的闸门及埋设件以及启闭机的全部构件等进行拼装检查。门槽埋设件安装前，先对一期混凝土预留槽进行检查并进行凿毛清洗处理，然后将一期插筋进行调直处理，经验收合格后在进行安装。

2.6.2 金属埋件的焊接及防腐

所有焊缝均进行外观检查。焊缝的无损探伤按GB/T 11345—89《钢焊缝手工超声波探伤方法和探伤结果分级》标准进行检测与评定，焊缝质量符合Ⅰ、Ⅱ级要求。所有金属埋件及闸门在安装前都做防腐处理。

2.6.3 平面闸门埋件安装

平面闸门埋件与二期混凝土施工交叉进行。埋件采用汽车起重机吊装，人工配合就位安装。控制点线的测放，统一使用经校核后的控制线和高程控制点测放出平面闸门的孔口中心线、高程和桩号控制线。根据测放的孔口中心线、高程点和桩号控制线将底槛、主轨和反轨放样，在实地调整合格后，将埋件锚筋与混凝土内插筋焊接固定。在焊接时反复校核其对孔口中心、门槽中心以及两侧门槽的相对位置。在安装及二期混凝土施工过程中还要随时观测调整主轨、反轨的位置，以保证安装的精确度。

2.6.4 平面闸门的安装

安装前首先将闸门槽内所有杂物、门槽埋件表面水泥浆清除，底槛打扫干净，埋件的封水面用砂纸打磨光滑且不得有硬点。清理工作完成后，用吊车将闸门放于门槽内，同时洒水湿润橡胶止水，进行就位安装。

2.6.5 固定卷扬式启闭机安装

1）安装前的准备。首先确定启闭机的安装高程和纵横向中心线，纵横向中心线应根据门槽的中心线和孔口中心线而确定，在实地测放的中心应在启闭机室地面和启闭机机座处明显的标识出来，以备安装时使用。

2）安装。用吊车将启闭机吊放于安装位置，根据现场测放的控制线进行调整。双吊点启闭机吊距误差一般不超过±3mm，钢丝绳拉紧后两吊轴在孔口内水平不超过5mm。每台启闭机安装好以后，对启闭机进行清理、修补损坏的保护油漆、给减速机及其他应当灌注润滑油的部位灌注润滑油。

对每台启闭机的过负荷保护接点、行程限位开关、闸门开度指示器，在启闭机安装好后派专人负责调试。对经过调试合格的上述装置，其供调整的螺栓等部位，用专门的油漆涂封。

3）调整。启闭机粗调后，可进行细调，细调水平调整和同心度调整，两者应结合进行。两卷筒的同心用经纬仪检测，进行调整。整机的水平度用水准仪测量进行调整。联轴器与卷扬机和变速箱的同心度、电动机主轴与制动轮的同心度各部偏差均应满足相应部位的规范要求。

4）钢丝绳的缠绕。随机到货的钢丝绳安装前要进行松劲处理，防止安装使用后扭结，同时检查钢丝绳是否有断丝、锈蚀、扭结或被砸成偏平状等缺陷，型号应符合图纸要求，按厂家给定的缠绕方法在2卷筒上分别进行缠绕。

5）试运转。启闭机单独试运行。钢丝绳缠绕后，在未与闸门连接情况下，做启闭机的空载运行检查。经检查各运转机构的运行情况良好，安装正确，机械润滑良好，各部轴承温度正常，机械运转无不正常杂音，三相电流平衡。

将启闭机与闸门连接好，在闸门不承受水压力的情况下，作开启和关闭运行。经检查各传动机构的运行良好，闸门开度指示器指示正确，各限位开关正确运作，电动机的电流、电压稳定，机械上下极限位置正确。

3 结语

本文结合南水北调天津干线埋涵具体施工，对高水位下长距离地埋工程施工从降排水、土方开挖、模板台车、钢筋、混凝土浇筑、土方填筑、密封胶、硅芯管、金属结构安装等方面进行阐述，同时对长距离线性工程从工艺、技术、组织等方面进行详细的说明与探讨，从现场实际施工情况来验证方案是科学可行的。