山西大水网建设中的质量监管创新

刘建成

（山西省水利发展中心，030002，太原）

山西大水网工程是深入贯彻落实习近平总书记“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”治水思路，确保山西水安全，实现水资源全域化配置的战略性工程。工程以黄河干流和汾河两条天然河道为主线，建设覆盖全省、连通六大河流及其大中型水库的十大供水骨干工程，形成“两纵十横、六河连通、多源互补”的水网体系。先行建设的东山供水、中部引黄、小浪底引黄、辛安泉供水四大骨干工程，隧洞全长670 km，属典型的跨流域、跨区域长距离引调水工程。

长距离输水隧洞若采用传统质量管理方法，容易出现衬砌厚度不足、钢筋布置不规范及脱空等质量问题，工程将面临较大质量风险。推进工程高质量建设，是摆在建设者面前的重要课题。

一、主要问题

1.缺乏规范统一的技术标准

水工隧洞混凝土衬砌施工尚无专门技术规范。现行的《水工混凝土施工规范》（SL 677-2014）主要对混凝土施工提出了通用技术要求，针对隧洞混凝土衬砌施工特点的具体要求较少，加之大水网工程线路长、施工标段多，参与工程建设的施工企业既有水利行业也有铁路等其他行业，各标段施工工艺各不相同，衬砌施工难以形成统一标准的实体质量。

2.质量检测技术落后

循证决策是《质量管理体系要求》（GB/T 19001-2016）规定的质量管理基本原则，即质量决策应建立在可靠的检测数据基础上。大水网工程隧洞总长670 km，采用传统的检测技术和检测方法，获得的工程质量信息有限且效率低，工程质量管理人员难以及时、全面了解工程质量，致使质量管理人员与施工方知晓的工程质量信息不对称，不易做出基于工程实际的质量管理决策。

3.工程质量管理措施不严密

山西大水网隧洞埋深大，部分洞段深度大于500 m，人员进洞、出洞费时耗力，加之施工支洞多、作业点分散、地下隐蔽施工，施工质量监管难度大，且工程实体质量缺乏必要的监管措施，面临一定质量风险。

二、主要措施

为化解质量风险，高质量建设山西大水网工程，在广泛调研基础上借鉴铁路、公路行业先进做法，总结山西大水网工程建设初期的实践经验，主要采取以下应对措施。

1.制定省级地方标准，统一大水网工程隧洞混凝土衬砌施工技术要求

2017年3月，针对隧洞混凝土衬砌施工中出现的质量问题，制定了《山西大水网工程输水隧洞混凝土衬砌施工质量控制导则（试行）》，提出了隧洞混凝土衬砌施工工艺及技术要求，并对常见的32类质量通病的表现形式、问题原因提出116条防治措施。

2019年2月，山西省水利工程质量与安全监督站向山西省市场监督管理局提交了省级地方标准立项申请；5月20日，山西省市场监督管理局下达了标准的制定计划。2021年9月16日，《水工输水隧洞模筑混凝土衬砌施工技术要求》（DB14/T 2324-2021）（以下简称“标准”）颁布，2021年12月16日正式实施。《标准》坚持问题导向、技术创新，着力破解长期困扰工程的质量通病和难题，以促进工程质量提升。

（1）明确混凝土衬砌开工应具备的技术条件

《标准》规定在混凝土衬砌正式施工前，应完成混凝土浇筑生产试验、首件验收等工作，实行质量管理标准化，并完成施工技术方案编制、测量控制网复核、模板台车、搅拌站（楼）和工地试验室的投入使用验收等工作。

（2）提出初期支护质检及衬砌前隐蔽工程验收要求

《标准》规定在衬砌施工前，项目法人应组织由勘察、设计、监理、施工等单位组成联合验收小组，共同检查核定初期支护断面尺寸，填写联合验收签证表，留存测量、地质编录、影像等相关资料，确认初期支护不侵限、围岩地质等符合设计要求。

（3）细化钢筋安装施工技术要求

鉴于检查发现钢筋布置不规范，钢筋骨架刚度差、易变形等问题，提出“基于径向插筋和纵向定位钢筋”的钢筋安装方法，明确定位钢筋设置原则及间距等技术要求。如径向插筋应设置在横断面钢筋轮廓线（弧）段的转折点、中点等位置，与洞壁应锚固牢靠，环向间距不宜大于2 m，纵向间距不宜大于3 m；纵向定位钢筋应焊接在径向定位钢筋上，衬砌内、外层环向主筋应按设计间距均匀绑扎于纵向定位钢筋上。隧洞铺设防水板时，径向定位钢筋不得穿破防水板设置。

（4）提出止水带安装工艺改进方法

针对止水带易发生扭曲、移位问题，结合大水网工程实践经验，提出“浇筑仓内钢筋卡固定、仓外堵头模板夹持“安装方法。实施中钢筋卡可采用φ10的钢筋弯制而成，安装间距不宜大于50 cm。堵头模板分为内侧、外侧两部分，迎水面侧为定型模板，另一侧为组合模板。

（5）明确了混凝土浇筑、振捣、封拱等施工技术要求

针对混凝土衬砌脱空、不密实、外观质量缺陷等问题，考虑到模板台车稳定性及承载能力，提出混凝土衬砌应分层、按序、左右侧交替对称浇筑；边墙宜采用振捣棒振捣或结合附着式振捣器振捣；顶拱宜采用附着式振捣器振捣；封拱时应密切观察泵送压力变化和溢浆管排出浆液情况，保证顶拱混凝土灌注饱满。

（6）提出混凝土衬砌施工质量评价方法

混凝土衬砌施工周期长、质量影响因素多，达到设计强度的时间平均在50 d以上，较常规施工条件混凝土强度增长缓慢。《标准》首次提出利用早期混凝土强度评价衬砌实体质量的方法，可有效指导和预防混凝土低强问题。该方法通过建立混凝土专用测强曲线及强度增长曲线，测定隧洞混凝土衬砌实体早期强度，再将早期强度统一换算成等效养护龄期强度，采用概率统计的方法评价混凝土衬砌施工质量。当计算得到混凝土衬砌实体强度的平均值、标准差、保证率不满足SL 677-2014规定时，应查找问题原因，加强施工质量控制。

（7）引入无损检测及同条件养护试件等检测技术

混凝土衬砌施工容易出现厚度不足、钢筋布置不规范、脱空、不密实、局部低强等问题。采用传统检测方法无法及时、准确获得实体质量情况。工程建设过程中，采用探地雷达对大水网工程隧洞衬砌质量进行检测，并辅以一定比例的超声横波比对和破坏性检测，验证雷达检测结果的准确性高，能够满足施工质量检测和管理需要；回弹法检测混凝土强度偏差较大、精度不足；钻芯法则成本较高，且对衬砌有损伤。为此，采用表面波法、钻孔取芯法和同条件养护试件对隧洞衬砌混凝土实体强度进行了检测和结果比对，表明同条件试件与现场实体强度较为接近，能够较为经济、客观地反映工程实体质量。

（8）提出混凝土衬砌实体质量检测要求

施工过程中，应对混凝土衬砌与围岩接触面脱空，混凝土衬砌的厚度、强度、钢筋布置、内部缺陷、断面尺寸、纵坡以及合同约定的其他项目进行检测。实体质量检测应由监理机构组织施工单位实施，并见证实施过程。

（9）提出常见质量通病预防措施

《标准》给出了衬砌施工中常见的28类质量通病表现形式、主要原因及防治措施，利于各方落实质量通病防治措施，提升质量通病防治效果。

2.开展先进检测技术应用研究，提升大水网工程隧洞混凝土衬砌质量检测效能

（1）引进三维激光扫描技术

钢筋安装不规范、混凝土衬砌厚度不足的主要原因是隧洞开挖断面或初期支护断面侵占了混凝土衬砌结构尺寸，如何准确找出侵限部位并在衬砌前进行处理，是预防和提高混凝土衬砌质量的最有效措施。采用传统方法费时、耗力，且不能对隧洞断面尺寸进行全面测量，不可避免地发生漏检现象，给工程留下质量隐患。三维激光扫描又称“实景复制技术”，是一种全自动高精度立体扫描技术，能够快速、准确地获得被测物体完整的原始测绘数据，并高精度重建扫描实物。隧洞作为超长线状结构，需要沿洞轴线方向依次布设多个测站才能完成整条隧洞的扫描工作。同时隧洞断面小、测绘环境复杂、通视条件差，测站间距、扫描分辩率以及点云后数据的选择，均对测量精度和效率有较大影响。为提高测量精度，开展水工隧洞断面三维激光扫描技术应用研究，并应用传统测量方法对三维激光测绘成果进行了检核，测量成果满足《水工建筑物地下开挖工程施工规范》（SL 378-2007）的要求。大水网施工过程中，共完成隧洞初期支护、混凝土衬砌断面测绘312.3 km，有力指导了隧洞欠挖部位的清理工作，促使施工方加强了隧洞施工测量、优化了隧洞开挖爆破参数，隧洞轴线偏移、高程控制不严格、欠挖等问题得到很好控制，为衬砌施工创造了良好的施工条件。

（2）引入探地雷达和超声波横波检测技术

探地雷达是借助雷达天线发射的高频短脉冲电磁波，来探测被测物体的内部质量情况。当电磁波在隧洞混凝土衬砌中传播，遇到与混凝土衬砌不同的介质时，会在其交接面发生反射和折射。雷达主机根据接收的反射信号特征，识别混凝土衬砌厚度、钢筋布置，以及脱空、不密实等质量缺陷。探地雷达具有探测速度快、探测过程连续、分辨率高、操作方便等优点。但也存在一定不足，当混凝土衬砌与初期支护、围岩间的介电常数差别不明显时，电磁波的反射信号弱，反射界面不容易识别；当钢筋层间距较小时，上层钢筋就会对下层钢筋产生屏蔽作用，下层钢筋容易发生漏判。针对以上不足，引进超声横波检测技术，超声横波为弹性波，不受电磁屏蔽影响、抗干扰性强，可清晰显示内部结构情况，能与探地雷达检测技术相互补。探地雷达和超声波横波检测技术的应用实现了对混凝土衬砌实体质量的快速、准确检测，促使规范施工成为施工方的自觉行为，有效避免了施工违法、违规行为。

（3）引进表面波检测混凝土衬砌强度

2017年抽取大水网工程8个标段的混凝土配合比及原材料，采用室内成型标准试件、波速测定、物理力学性能测试、现场验证等方法，对回弹法、取芯法与表面波法检测混凝土实体强度结果进行了对比分析，建立了混凝土强度增长曲线、表面波波速与混凝土强度关系曲线。表面波波速与混凝土强度的决定系数在0.78～0.95之间，平均0.88，曲线拟合程度高，相关性较好。在此基础上结合现场取芯，对回弹值、表面波波速与芯样强度进行回归计算，建立了大水网工程测强专用公式。经过40多组芯样现场验证，计算强度平均相对误差为10.4%，相对标准差为13.6%，符合《回弹法检测混凝土强度抗压强度》（JTJ/T 23-2001）中专用曲线的误差要求。通过表面波检测技术应用研究，可及时获得隧洞衬砌作业洞段混凝土早期强度，经混凝土强度增长曲线换算，推算出衬砌实体等效养护龄期强度，能提前预判混凝土实体强度，对监控混凝土衬砌强度，预防局部低强起到积极作用。

3.建立完善质量管理措施，密织大水网工程质量管控网络

在建设推进过程中制定了《关于进一步加强山西大水网工程混凝土衬砌施工质量管理和检测工作的意见》《关于进一步加强山西大水网工程隧洞混凝土质量控制的意见》等一系列质量管理制度。

（1）实行首件验收制度

在混凝土砌衬开工前、跨年度施工复工前或施工质量波动异常时，项目法人应组织开展混凝土衬砌施工首件验收，以验证施工工艺的可靠性，避免出现系统性质量问题，并在施工过程中加以监督检查，保证后续工程质量不得低于首件工程的质量标准。

（2）开展实体质量巡回检测

在施工过程中，定期对隧洞混凝土衬砌实体质量进行巡回检测，及时、全面地了解工程质量状态和变化情况。让地下隐蔽工程变为阳光工程，让不易测量的工程实体质量变为看得见、可比较、可分析的具体数据，使工程质量始终处于受控和强监管状态之下。

（3）制定奖励、激励政策

省水利厅印发《关于进一步加强山西大水网输水隧洞施工质量管理的意见》，规定对大水网工程质量管理成绩显著的单位和个人予以表彰：隧洞工程被评为优质工程的，给予施工单位50万元/km奖励，给予监理单位5万元/km奖励；对发生严重质量问题，视同于发生质量事故处理，将对责任单位进行经济处罚，列入质量信用黑名单，对责任人严肃问责。

三、结 语

2016年至今，山西大水网工程完成隧洞混凝土衬砌实体质量检测351 km。检测数据表明，工程质量持续向好，隧洞混凝土衬砌缺陷比例逐年减少，从2016年8.8%下降到目前的2.1%，且缺陷多数为可通过后期回填灌浆处理的脱空问题。大水网四大骨干工程规模大、工期长、投资巨大，通过质量监管创新，工程质量显著提高，质量缺陷发生率和修复成本大幅度降低，产生了巨大的经济效益和社会效益。同时，大水网工程质量管理实践对规范水网工程及同类型水利工程施工具有一定借鉴意义。■