谈北疆供水工程输水能力提升改造

章再兴

（新疆额尔齐斯河流域开发工程建设管理局，乌鲁木齐830000）

1 研究背景

长期以来，以新疆为代表的内陆干旱区，存在着季节性缺水和资源性缺水共存的局面。特别是随着经济发展，用水量的剧增，资源性缺水将成为当前水资源管理的主要矛盾，在开展用水结构调整和节水型社会建设的同时，调丰补缺、跨流域调水是快速解决热点地区资源性缺水的重要手段。

北疆供水工程运行多年，渠道工程总体状况良好，较好地发挥了工程效益。但在运行过程中总干渠部分泥岩渠段发生滑坡破坏，南干渠戈壁明渠在停水期出现渠底衬砌“水胀”破坏。现有的输水能力已经不能满足城市经济的发展，水资源短缺已严重影响受水区社会、经济的发展，为保证受水区社会、经济的可持续发展，有效化解水资源短缺的问题，有效快速提升疆内水资源开发利用，须对干渠进行升级改造扩大规模，提高输水能力，保证供水安全。

2 工程存在问题

在输水渠道工程带来巨大社会经济效益的同时，渠道自身也在承受着病害老化和超设计供水的危机。由于北疆输水明渠跨越距离长，沿线地质和气候情况异常复杂，使得渠道从建设初期就经历着严峻考验。总干渠沿线膨胀泥岩分布广泛，边坡失稳滑坡现象每年发生而愈演愈烈；渠道整体属于高纬度、高寒地区，冬季极端气温可达-40℃，渠道的冻害严重；部分地区地下水为咸水，使得渠道混凝土衬砌剥蚀；由于土工膜破损、老化，膜后积水严重，停水期渗透水产生的扬压力引起的混凝土衬砌破坏普遍发生。总之，北疆输水工程渠道经过十余年的运行，渗漏、滑坡等各种问题开始凸显（见图1、图2）。

3 解决方法

为解决上述问题，通过渠道防·排体系的建立，实现膜后水位有效管控，使膜后水位始终处于渠底以下，渗水不再浸入渠床土体，渠床土体中原有的渗水通过长期固结排水，将浸入土体的水反渗导排，继而实现渠床始终处于稳定和干燥的状态，防止渠道滑坡、冻胀、岩胀等破坏的出现。

由于工程处于高寒、干旱、多风、干燥地区，绝大部分渠道穿越沙漠和戈壁，施工条件十分恶劣，每年的9 月底到次年的4 月底7 个月的停水期间，受雨雪、寒冷天气的影响，有效的施工天数只有60d 左右，施工工期短、施工强度大，施工条件和自然条件恶劣。渠底白砂岩处于饱和状态，施工期间存在严重的边坡不稳定因素，渠底安装排水体系难度大。因此，只能采用机械化一体化流水快速作业方式快速完成干渠换填和包括混凝土衬砌、衬砌薄壳分块、表面成型收光的圆弧梯形渠道衬砌施工，才能有效阻止渠道改造过程中不稳定滑坡等问题，保证渠道升级改造顺利实施。

要建立完备的防排设施，针对干渠渠道升级改造提升输水能力的需求，基于已有研究成果和数据，通过工程调研、现场试验、理论分析、示范验证等研究方法和手段，综合运用材料力学、结构力学、机电一体化技术、机械制造、机械振动理论、控制理论、混凝土流变理论、斜坡混凝土振动密实成型理论等开展包括现浇薄壳混凝土机械密实成型技术、分块（格）分缝材料植入技术、表面整形成型一体化技术研究，研制渠道升级改造与维护以及新建所需的渠道混凝土防渗一体化施工设备及其施工工艺[1]。

通过研究新的施工工艺，具体形成包括渠道现浇混凝土衬砌机、置缝机、成型机高寒区渠道升级改造和维护所需的技术装备。实现渠道混凝土衬砌、分块（格）置缝、表面成型快速施工。为已建的长距离渠道升级改造和规划待建的高寒区渠道工程顺利实施，实现我国水资源高效综合利用提供技术支撑；填补大面积薄壳混凝土衬砌分块（格）置缝、表面成型机械一体化快速施工技术与设备方面的空白；解决高寒、多风、干燥沙漠和戈壁地区输水渠道在寒冷停水期间渠道升级改造所面临的施工工期短、施工强度大以及劳动力资源短缺问题[2]。

图1 渠道滑坡

4 改造技术难点

4.1 施工具有季节性

图2 渠道扬压力破坏

新疆北部由于受气候和渠道夏季输水运行双重影响，导致渠道改造的有效施工时间只有60d 左右。

4.2 混凝土传统切缝技术落后

混凝土传统切缝技术使用切缝装置进行分缝，这种方法不仅人工成本高、能耗高、环境污染严重，还容易破坏防渗塑膜，造成渠道渗漏，产生扬压力破坏。

4.3 混凝土厚度控制和检测困难

检验成型混凝土厚度是否符合设计要求，普遍采用取芯或摊铺过程分段抽查判断厚度，无法实现厚度检测全时段全覆盖。

5 施工工序

1）拆板：利用小型挖掘机，按照渠道设计断面尺寸，拆除渠道预制板块。

2）渠底置换泥岩挖运：用挖掘机将泥岩挖装至移动式翻斗车装料斗，利用移动式翻斗车传送系统将置换泥岩运至马道面，倾卸在渣土车车斗内，渣土车将泥沙转运到渠外指定地点。

3）排水暗管、集水井安装：置换泥岩挖运的同时开挖渠底纵向排水体矩形沟槽，沟槽上下口与挖掘机斗等宽1.2m，槽深1.35m～1.85m，沟槽成型后沿沟槽贴壁铺设2 布1 膜，在沟底膜上布设φ200mm UPVC 打孔花管1 根，花管两侧平行布设φ200mm 软式通水管2 根，沿渠道轴线方向每隔700m 间距设置1 个排水箱，并与渠道堤外集水井连通，集水井内装设随渠底膜后，水位实时控制的排水泵，从而形成可靠的渠道排水系统。

4）渠底反滤料、砂砾料填筑。

5）新旧防渗膜的连接。采用KS 热熔胶，可实现渠道防渗新膜与旧膜快速可靠连接。

6）膜后砂浆铺装。膜下砂浆施工、2 布1 膜铺设。

7）混凝土衬砌。为增强渠道抗变形能力，将人工衬砌的梯形渠底，改为机械化现浇混凝土圆弧角梯形渠底。

（1）混凝土摊铺：渠道振捣振动滑模衬砌机，进行混凝土振捣摊铺、布料时根据老渠变形情况适当调整衬砌机上下液压腿高度，以保证布料厚度、布料均匀。在局部缺料的位置，要人工补料，并与摊铺面顺接平顺。混凝土塌落度控制在9～11mm。（2）置缝：在衬砌混凝土初凝之前，利用多功能混凝土置缝机与衬砌机同步完成衬砌混凝土薄壳的分块分缝的施工。混凝土多功能置缝机的研发使用，从根本上解决了传统机械切缝过程防渗塑膜易破损，噪声大、环境污染大、能耗高，混凝土厚度控制和检测难、施工进度慢、各道工序不能连续实施、断点间隔时间长、混凝土裂缝控制难，混凝土结构缝防渗能力低，施工质量不稳定、成本较高等一系列突出问题。（3）成型机整形：渠道混凝土表面多功能成型机跟随衬砌机、置缝机同步工作，衬砌混凝土表面成型实现了衬砌混凝土表面整形与表面成型收光机械一体化施工。

8）养护：混凝土凝固后用养护膜覆盖封闭养护，养护膜接头处要搭接压好，紧贴混凝土表面，安排专人进行补水养护。

9）成品保护：已施工好的混凝土面要保护好，在铺设轨道时要人工搬运，不得随意抛扔，避免损伤混凝土表面。

渠道改造快速施工设备及技术成功研发实践，将势必解决长期困扰混凝土工程因施工成本高、工期长、养护成本高、质量不易保证、裂缝控制难等一系列技术难题，将推动混凝土机械化衬砌施工的发展，为混凝土机械化衬砌施工工艺带来一场革命，为类似工程建设提供借鉴和参考，对促进混凝土工程施工科技进步有重要意义。

6 结语

1）通过对关键技术与设备的研发、辅助设备的科学选型，形成了大型渠道机械化施工设备体系和施工工艺，实现了平面和曲面混凝土一次性完成摊铺成缝、表面成型等各道工序的连续施工，实时检测混凝土厚度，有效地控制了混凝土裂缝的发生，填补了混凝土在塑形阶段立体结构缝成缝和表面成型技术与设备的空白，实现了渠道衬砌机械一体化的快速施工。

2）通过对高寒区渠道排水体系一体化快速施工工法的研究，实现了渠底纵向排水体的开挖，反滤料分层填筑的快速流水作业。可大大缩短工期、降低工程造价，有效地避免了排水体开挖对渠道边坡稳定性的破坏。