渠道倒虹吸的高边坡施工工艺探讨——大关县太华水库总干渠倒虹吸为例

渠道倒虹吸的高边坡施工工艺探讨——大关县太华水库总干渠倒虹吸为例

李晓艳

云南建投第一水利水电建设有限公司 云南昆明 650000

摘要：太华水库总干渠全长23.29km，因工程地质和水文条件限制，需进行倒虹吸施工。在现场边坡开挖及支护、基础开挖、混凝土浇筑、填土、管道施工等一系列工作中，由于施工道路修建、材料运输困难，以及周边环境复杂等因素影响，高边坡的开挖及支护施工任务最为艰巨，完成倒虹吸管道施工的关键是高边坡开挖及支护能否顺利按照节点工期完成。

关键词：水库工程渠道工程；倒虹吸；高边坡施工

1、工程概况

1.1概述

太华水库位于昭通市大关县高桥镇,总干渠1#倒虹吸位于大坝下游，进口接枢纽区输水隧洞出口，出口接总干渠1#输水隧洞。总干渠2#倒虹吸位于新场村邓家沟，进水口接1#洞出口、出水口为2#洞进口。3#倒虹吸位于核桃村与中寨堡之间，两端接3#隧洞出口及2#明渠进口。

1.2工程地质条件

总干渠1#倒虹吸总长150.29m，左岸主要为弱风化灰岩，河床部位覆盖层清理后以褐色灰岩为主岩溶发育，右岸主要为黑色页岩，开挖后整体岩层呈弱风化Ⅲ类围岩。

总干渠2#倒虹吸总长162.15m，左岸揭露部分主要为红褐色泥岩，河床部位覆盖层较厚以风化泥板岩为主，右岸主要为红褐色砾石土，开挖部分整体呈强风化。

总干渠的3#倒虹吸管道总长4350m，里程管0+000.0m-2+307.68m揭露部分主要以强风化红色夹碎石砂、砾石土为主。河床段管2+307.68m至管2+367.68m覆盖层达7m，主要为碎石、卵石砂。管2+367.68m至管4+018.68m只要为灰色灰岩，弱风化。管4+018.68m至管4+043.68m冲沟部位为软泥灰岩及中等密实砾石土为主。

1.3水文地质条件

太华水库总干渠1#倒虹吸两岸岩溶发育均无地表水及地下水，河床部位（河道宽度15m）水源主要为导流隧洞出水，枯水期水量较小，汛期水量充足。

太华水库总干渠2#倒虹吸两岸无地表水及地下水，河床部位（河道宽度10m）水源主要为上游冲沟汛期补水，汛期水量丰富，枯期河道表面无水。

太华水库总干渠3#倒虹吸施工区缺水，两岸无地表水，无地下水，河床部位（河道宽度60m）水源主要为地表降水和上游迳流，汛期水量丰富，枯期河道水量较小。

2、工程施工难点及解决办法

2.1工程施工难点

   （1）太华水库倒虹吸施工任务重、工期紧；根据政府部门要求2019年总干渠全面完工。且本工程主要施工期间是在大气降雨较为丰富的雨期，直接影响本工程施工进度。

   （2）太华水库3#倒虹吸施工作业区附近没有供电线路，部分管段机械设备难以施工，基础开挖只能采用人工开挖形式。

（3）本工程高边坡施工的特点是，边坡高、地形陡、边坡开挖涉及大量的石方爆破；部分爆破作业区距离既有居民区、管线、地方道路较近。

（4）边坡地质有存在软弱结构面的可能，受水侵蚀、软化后可能导致边坡失稳，但是该段边坡施工又无法避开雨季，因此该段边坡的雨季施工是一个难点。

（5）部分岩石边坡开挖爆破距离既有居民区、管线、地方道路较近。爆破安全防护及对既有居民区、管线、地方道路的保护是一个难点。

（6）边坡高、地形陡、开挖量大，施工初期很难快速推进，部分作业面采用人工开挖，部分高边坡施工对拟建管道的施工安全产生影响。

2.2解决方法

   （1）合理安排工期，增加施工机械、人员投入，精密组织施工。

   （2）太华水库3#倒虹吸配备2台100KW柴油发电机，及两台20KW汽油发电机，确保施工需求及特殊情况需要。

（3）加强施工过程中的地质调查，对溶洞、边坡地质中软弱结构面具有一定的预见性，提前提出处理措施，确保边坡稳定。

（4）提前做好高边坡雨季施工的安全、质量保证措施方案，雨季来临前对需要封闭防护的边坡必须处理完成。

（5）充分考虑、统筹安排高边坡开挖施工与管道施工的关系。减小施工干扰。

3、施工安排

3.1施工道路

场外道路使用高桥镇至太华村的公路，倒虹吸进水口及出水口部位根据需要在施工过程中修建便道，岸坡采用卷扬机架设轨道运输。

3.2施工供水

1#倒虹吸施工用水从导流洞出水口接引，2#倒虹吸抽取河床部位的河水施工，3#倒虹吸采用水罐车河床部位装水运至施工作业面。

3.3施工供电

1#倒虹吸电源从1#输水隧洞进口变压器搭接；1#倒虹吸电源从2#输水隧洞进口变压器搭接；3#倒虹吸没有可用电源，作业面用电主要靠发电机发电，并用木杆将电缆架空，走向按照地形条件最短距离原则布置。

4、施工工艺流程

太华水库高边坡主要施工内容包括土石方开挖、边坡支护、镇支墩施工、混凝土浇筑、管道安装。根据绘制出的各倒虹吸纵剖图显示，其中：

（1）1#倒虹吸左、右岸边坡较陡，最大落差达51.4m。右岸5#镇墩部位与施工便道相交。如图4：

（2）2#倒虹吸高边坡主要为河床至左岸1#隧洞出口部位，最大水头为27.76m，右岸坡度平缓。右岸5#镇墩部位有便道。

（3）3#倒虹吸主要涉及高边坡部位为左岸管0+415.25m～管0+640.0m，最大水头47m，坡比1:0.45。左岸管2+306.0m～管1+620.0m，最大水头361.2m,坡比1:0.7。右岸管2+357.0m～管2+755.0m，最大水头269.7m，坡比1:0.71。就施工段里程、地形地势和施工难度而言，1-3#倒虹吸中数3#倒虹吸施工难度最大。

4.1边坡土石方开挖

4.1.1原地貌开挖

本工程倒虹吸主要边坡为高切坡形式，有条件的地段尽可能的采用机械开挖，无施工便道可达的部位人工开挖。渣土及时清理外运，禁止弃土堆积。

4.1.2根据土质的开挖方法

（1）土方边坡开挖

该高边坡采用的施工工艺是：机械分层开挖、人工配合整平。机械开挖应预留20cm～30cm的保护层厚度进行人工开挖，施工顺序为自上而下分台开挖，开挖一级经验收合格后及时加固一级，直到完成全部开挖支护工作。

（2）石方边坡开挖

1)拟定的石方开挖施工方案为潜孔控制松动爆破，破碎锤大块解小作业；边坡采用小药量、浅孔预裂爆破，保证坡面开挖平顺齐整；基础部位采用光面爆破，预留爆破层，使得爆破后基础面平整顺直。

2)爆破前必须做预爆破试验工序，得到预爆破的施工参数后进一步对原始方案进行修订。

3）超挖时应采取浆砌石砌筑超挖部分的施工工艺，保证上部边坡的稳定。尽可能做到边坡一次成型，一次达到顺直、平整的工艺水平。

4.1.3石方爆破方法

由于岩石边坡开挖爆破距离居民区、管线、地方道路较近。因此方案设计时采用控制爆破的方式，严格控制装药量，验算碎石飞溅半径，起爆前对碎石飞溅范围内的人员进行劝离，并做好安全警戒、应急预案。

石方爆破开挖采取分层开挖法。开挖前，严格按照爆破规程及设计规范要求，开挖至施工作业面。开挖采用凿岩机钻孔2～4m的深度；人工钻孔时，1～2m的深度。爆破前做好爆破孔的填塞，确保爆破质量。

4.2镇支墩施工

    管线铺设方式采用明铺，在管线过沟段采用埋管；镇支墩埋深不得低于0.7m,支墩间距不得大于8m。

4.2.1搭设脚手架及作业平台

坡脚立杆与锚杆应连接为一体；沿着边坡的立杆与横杆应插入坡面，用坡面将其杆件固定；顺坡面应搭设三排钢管作为支撑架，其支撑架下部水平方向应设有斜撑，起加固作用。锚杆作业面应做施工平台，平台要与支架连接牢固。脚手架搭设详见                       

4.2.2人工修面

（1）机械开挖后，自上而下修整坡面，清理乱石、清扫杂物、清除弃渣，使施工面达到后续施工需求。

（2）大块岩石主要采用机械破碎，破碎后人工配合整平。

4.2.3锚杆框架施工

4.2.3.1施工流程

定位放线 → 钻机调整 → 钻机钻进 → 清理钻孔 → 钻孔验收 → 安装锚杆 → 注入符合配合比要求的浆液

4.2.3.2施工方法

（1）锚杆孔测量放线

先完成放样，再进行施工，在拟布置锚杆的区域内测设固定点位，并布置稳固的控制桩，中间加密桩应布置于施工过程中不被破坏的位置。在定位锚杆孔位时应使用钢尺测量定位，定位误差应控制在50mm以内。

（2）钻孔设备

钻孔机械应根据不同地层、不同孔径及孔径深度选用不同的机械设备。硬质岩层中选用MG系列钻孔机，在岩层破碎带或疏松地层总采用跟管钻机，避免卡钻刁钻等风险。

（3）钻机就位

钻孔机械应固定，用测量仪器进行钻孔，机械精确定位，钻机应随时检查平台的平整度，钻孔的垂直度，机械的稳固。钻机的误差应满足设计及规范要求。

（4）钻孔方式

钻孔过程中必须保证钻孔质量，同时不能产生原始边坡岩体裂隙。因此钻孔应采用干式钻杆，控制钻机震动量、钻机钻进速率。保证成孔质量，防止边坡岩体人为破坏。

（5）钻孔孔径及孔深

孔径不能欠挖且不能小于设计深度。因此钻头不应选择小于孔径的钻头，且钻杆钻入深度不应小于设计桩长。

（6）锚杆孔清理

孔内不能有沉渣，非承压水必须排出，有承压水时采取措施降低水头。清理沉渣时不能用高压水枪清理，必须采用压缩空气清理；非承压水应排出孔外防止积水降低水泥砂浆强度；遇到承压水必须采取所示降低水头有必要时设置排水口，降低水头，待水头稳定后及时放入锚杆注浆加固。

（7）锚杆孔检验

钻孔结束，经自检合格必须报检，待监理验收合格后方可下锚杆。检测内容分为孔径检查，垂直度检查，孔深检查，是否有沉渣，以上参数必须满足设计及规范要求且争得现场监理同意后方可下锚杆，进入下一道工序。

（8）锚杆制作及安装

锚杆原材料应经检合格，尺寸满足要求，设置定位支架确保锚杆保护层厚度。锚杆初露部位应严格进行防腐处理，锚杆端部应与框格梁钢筋焊牢固。

（9）锚固注浆

注浆应保证注浆之前。注浆前先确认浆液配合比是否满足设计及规范要求，注浆过程中严格按照注浆流程施工保证注浆压力，充盈系数不小于1.1不大于1.3，应时注浆孔不在排出气体且冒浓浆方可结束注浆。注浆后要及时清理工具，防止浆液依附于施工器具上影响下一次施工的质量。

（10）锚杆抗拔力试验

锚杆注浆养护完成后为检验锚杆质量，必须进行锚杆拉拔力试验，应在现场每段随机选取3根锚杆进行试验，如出现抗拔力严重小于设计值，应由设计方进行验算，确定该边坡锚杆对的施工参数重新进行施工。

4.2.4镇支墩混凝土施工

    镇支墩作业的主要工作内容为：模板施工、钢筋工程、混凝土浇筑。作业时，应对悬空作业加强防护。

4.2.4.1模板安装

本工程主要采用组合钢模浇筑，局部异形位置采用木模板。支撑采用满堂脚手架（φ50钢管）内撑，外侧采用对拉螺栓固定。

（1）曲面模板，现场人工安装。

（2）异形模板，机械吊装，人工配合。

4.2.4.2钢筋制作安装

现场钢筋严格按施工图纸进行制作安装，钢筋的间距不允许超过设计偏差。以下是钢筋施工的配筋图（3#倒虹吸长度4.3km，共有110个镇墩，600个支墩，施工特点各异，钢筋制安以每个镇支墩为单位分别制图，过于繁多，不再一一列出）：

4.2.4.3砼浇筑

现浇混凝土由罐车运至工作场地，采用负压溜槽的方式进行混凝土入仓。连续作业，边浇筑边振捣。

施工过程中，严格做好混凝土浇筑分层分块、伸缩缝、预埋件施工、施工缝面处理、平仓振捣等工作。严格控制振捣质量，确保混凝土密实。混凝土浇筑完成后，洒水养护。

4.3倒虹吸钢管制安

1-3#倒虹吸使用的螺旋钢管型号为Q235c和Q345c，管径为1020mm、1220mm，壁厚8、10、12、14、16、18、20mm。

压力钢管及附件（套筒式伸缩节、支承垫板及止推环、进人孔、球阀(DN300)、排气阀、排泥阀、闸阀等）在生产厂家制作加工完毕，出厂前螺旋钢管要进行防腐。防腐采用液体环氧涂料，埋地钢管外壁涂环氧煤沥青（涂料结构为底漆-面漆-玻璃布-两层面漆，干膜厚度不小于400μm），明管采用普通面层防腐，先刷一道底漆，再刷一道中间漆，等表面干燥后刷两道面漆，漆膜厚度≥200μm。涂料厚度、涂层结构及制作方法均应严格按照《水工金属结构防腐蚀规范》 SL105-2007 执行。防腐完成，经相关部门抽样检验合格后，运至工地现场。进场后对压力钢管进行报验，监理工程师认为合格，同意使用后，开始安装。

4.3.1吊装措施

根据1-3#倒虹吸的压力钢管布置图，我单位将在每个工作面各布置1台卷扬机且在两岸斜坡管槽段铺设轨道，即可完成钢管在斜坡管线上及平缓管线上的搬运。河床水平段采用25t汽车吊进行安装。

4.3.2钢管及其他构件运输

出厂运输：压力钢管在车间完成加工后直接整体装车运输。

施工场内运输：横向运输采用CAT320挖机、随车吊配合平板拖车。垂直运输主要以卷扬机为主。

4.3.3压力钢管安装

在主管进水口和出水口附近各布置1台卷扬机，运到工地每节长约6m的钢管，用CAT320挖机吊上托架车固定托起，用卷扬机牵引至安装地点，安装从下往上进行。采用8T卷扬机，牵引钢绳有足够大的强度富余，Ф≥20mm，中间一定距离及镇墩转折处设钢绳托轮，以保护钢绳，卷扬机与托架间必须有对讲机相互联系。托架用作放运钢管，运至安装工位后，也用作安装钢管，在陡坡段上安装人员依托于托架，完成钢管安装的各工序：调正轴线、高程、对口、压缝、定位焊、支撑、设焊接脚手架。以上工序完成后，托架返回进入下一循环，同时焊工施焊安装环缝。

安装与土建的协调作业，安装前要预埋一些钢筋，作为以后加固卷扬机及定滑轮之用。管道安装后，进行土建镇墩二期混凝土浇筑。在陡坡段作业，必须考虑安全，上段施工，下段就不能作业，安装与土建必须协调配合。

4.3.4螺旋钢管施焊

做好焊缝外观检查及无损检测。焊缝均采用超声波探伤。管壁表面缺陷修整。4.3.5涂装

4.3.6安装完成混凝土浇筑，加固。

5、施工效果

截至2020年5月20日，太华水库总干渠1#、2#倒虹吸镇支墩一期、二期混凝土浇筑已完成，压力钢管安装完工；3#倒虹吸镇支墩混凝土浇筑完成，压力管道安装完成1.5km，待进行二期混凝土浇筑和压水试验。

倒虹吸施工工程属重难点项目，我项目部严格按照ISO9001：2008质量管理体系组织施工，施工后做好养护工作。

6、总结

通过上述的施工方法，本工程倒虹吸施工的施工措施得到相关参建方的认可及好评，施工进度与计划进度无偏差，施工中未发生质量及安全事故，为现场施工人员提高了处理非常规条件下作业的施工经验，也为后续的施工提供了成功的参考案例。以上施工方案的顺利开展将为公司创造经济效益，开创新的技术创新点，提升公司科技创新能力，对后续同类施工条件工程起到广泛的参考意义。

参考文献

1、《大关县太华水库灌区输水管道平面布置图》

2、《水利水电工程施工作业人员安全操作规程》(SL 401-2007)

3、《建筑基坑支护技术规程》(JGJ120-2012)

4、《建筑土石方工程安全技术规范》(JGJ180-2009)

5、《现行水利水电工程新规范（2000-2001年）实用全书》. [M]. 长春：吉林科学技术出版社，2002.05.

作者简介：

李晓艳 1984.12.）女，汉族，云南.昭通，目前职称：工程师，主要从事施工管理工作。