南水北调中线水下衬砌面板变形破坏修复技术

孔庆慧

（河北省水利工程局，石家庄 050020）

1 工程概况

南水北调中线一期工程从加坝扩容后的丹江口水库陶岔闸引水自流到北京、天津。自通水运行以来，工程巡查发现磁县段东窑头沟倒虹吸上部发生破坏，渠段桩号为10+314～10+374，计60m，共涉及41块混凝土板。衬砌板破坏类型分为两种，一种为隆起变形，共24块，最大隆起高度约100cm；一种为整体滑移，共17块，最大位移约150cm。为避免衬砌板变形破坏进一步加剧，影响总干渠正常输水，现对破坏的混凝土衬砌板进行修复。

2 水下衬砌板修复施工工艺

施工程序为：桩模围堰施工→水上作业平台施工→破损衬砌板拆除→破损衬砌板吊运及未损坏板防护→基面处理→钢筋混凝土预制板安装→桩模围堰拆除清理。

3 水下衬砌板修复施工过程

3.1 桩模围堰施工

为有效降低施工部位的水流速，在施工区一定的部位形成静水作业，在边坡治理范围周边设置三面围挡，围挡高出水面0.5～1m；围挡支撑利用钢管制作三脚架作为骨架支撑的结构型式，水下围挡采用高强丝防水布，围挡底部沿水平面延伸高强丝防水2～3m铺装。底部设置砂石袋压重。边坡修复施工完成后拆除水下围挡并清理干净水下杂物。

水下围挡迎水面和背水面采取微渗漏的方法，以便减少围挡内外的水头差，并达到围堰内的流速满足作业条件，如图1。

图1 钢管骨架示意图

3.2 水上作业平台施工

水上作业移动平台主要用于配合长臂反铲挖掘机拆除损害的衬砌板、钢筋混凝土预制板的安装，材料、工具水上运输及其他水上作业。移动平台主要受力范围有：衬砌板拆除吊出水面载重约0.6t，施工人员载重约0.5t，材料、工具运输约0.5t，龙门吊和提升吊机约1t。

平台采用浮筒搭设，使用槽钢和角钢焊接箱架，总长度6m，宽度6m，四周固定橡胶轮胎，避免碰撞衬砌板，由50个浮箱拼装成平台，总浮力为180kg/个×50个=9t。

水上作业移动平台在右岸进场公路错车平台处进行组装焊接，制作完成后，吊至水面固定，再进行龙门吊架组装焊接等工作，如图2。

图2 水上移动作业平台平面

3.2.1 水上移动作业平台牵引系统

现场组装的水上作业移动平台没有动力，在大于0.5m/s的水流的影响下，无法实现使用人工拖拽水上移动作业平台，因此在“U”型水上移动作业平台的4个角各设置1个1T的卷扬机，并在左右两岸布设系栏桩，使用卷扬机的钢缆与左右岸定位的系栏桩进行链锁，通过操作4个卷扬机对移动平台进行移动定位。

3.2.2 岸边锚桩布置

由于渠道水流速过大，渠道内水上移动作业平台从上游起向下游方向在两岸总共布设14个系栏桩，卷扬机钢丝绳与移动平台作业部位的左右岸系船柱进行连锁。通过4个卷扬机钢丝绳收放牵引浮驳进行移动。

3.3 破损的衬砌板拆除

3.3.1 准备工作

长臂反铲挖掘机（臂长22m）、水下切割、水下破碎、液压泵站、自卸车、小型装载机、监视器及其他必要的水下作业设备、地面等设施。

3.3.2 衬砌板分割

原设计衬砌板分缝间距为4m见方块，有通缝，有半缝，单块重量约3.2t，需要对衬砌板进行切割。主要采用液压锯切割、液压镐进行破碎，将衬砌板切割成1m×1m左右块状。对于坡脚与渠道底板原诱导缝部位，以及不需要修复板块的边界，因需要保留一定宽度的土工膜。人工清理碎块和破损土工膜，达到边坡基面满足铺装预制混凝土板的要求。

3.4 破损衬砌板吊运及未损坏板防护

3.4.1 衬砌板吊运

破损的衬砌板分割完成后利用长臂挖掘机配合潜水员将切割衬砌板吊出水面，并装至自卸车运至业主指定的位置，部分长臂挖掘机不方便施工的部位用移动平台的龙门吊将破碎衬砌板吊出水面。

3.4.2 上部未损坏衬砌板防护

渠坡衬砌板损坏部位自坡肩向下第三排块开始，为防止在拆除第三排块时，致使上部两排块衬砌板向下发生位移等情况，需对上部两排块衬砌板进行临时支护。使用10cm与衬砌板厚度相同槽钢做成托架固定在衬砌板下部，用钢丝绳进行牵拉至桩柱。钢丝绳与坡肩马道外侧沿马道轴线方向夯埋若干个工字钢桩柱，用拉紧装置锁定。

3.5 基面处理

对损坏的衬砌板产生的下滑和隆起，底部产生的凹凸面采用水下人工找平；达不到基面高程的部位，用袋装级配碎石找平。

3.6 钢筋混凝土板预制及安装

3.6.1 钢筋混凝土板预制

C30W6F150钢筋混凝土预制块的长、宽各为0.98m×1.98m，如图3。在预制板顶部迎水面预留1cm×1cm燕尾凹槽，用于填充水下专用聚硫密封胶。钢筋混凝土预制板的钢筋采用直径为10mm的螺纹钢，钢筋间距为15cm；钢筋混凝土预制板上需安装吊环，本工程选用直径10mm的钢筋制作吊环，将吊环与钢筋网焊接或绑扎连接。吊环为隐形吊环，在吊装完成后填充水下密封胶覆盖钢筋吊环。

图3 预制板示意图

3.6.2 钢筋混凝土预制板安装

预制板水下沉放前，在水面将预制板最大限度调整好角度，沉放至距离坡面5cm处，由潜水员利用手拉葫芦对其板面与坡面角度进行调整一列，调成完毕后将预制板安装到位，安装完成后潜水员用靠尺检查平整度并调整。调整完成后拆除吊钩，准备下一块预制板安装。预制衬砌板安装表面平整度控制在8mm/2m以内。

3.6.3 板的缝隙处理

安装完成后，由潜水员持低压水枪对预制板拼缝进行冲洗清理，清理完成后用水下专用聚硫密封胶（柔性）填充密封至预制板顶面。

3.7 桩模围堰拆除

待所有施工完成后，进行桩模围堰拆除工作。桩模围堰拆除与装配步骤相反，把底部设置的混凝土预制块和砂石袋拆除并吊出水面，然后拆除防水布，最后拆除钢管龙骨支架。

4 结语

目前，本工程的水下混凝土衬砌板修复施工已顺利完成，经过近4个月的通水运行，未发现脱落损坏等现象，达到了预期的处理效果。总之，水下混凝土施工是目前建筑施工界的一个热点，也是一个难点，很多方面的理论、技术、方法、工艺还不成熟，尚处于试验、摸索阶段。