摘 要:通过分析黑河输水渠道运行及供水现状，探索在单管供水的黑河输水箱涵上开口取水安装电磁流量计施工技术措施，解决在保证城市供水及保持原工程质量的前提下取水的现实问题，对类似工程可提供积极有益的参考借鉴。

 

1 黑河输水渠道及保护要求

1．1 工程简介

黑河引水工程是西安市历史上规模**大、投资**多、关系政治、经济、社会发展全局的跨世纪城市供水基础设施工程。是以城市供水为主，兼顾灌溉、水力发电、调畜防洪功能，跨地区、跨流域、多水源综合利用的大Ⅱ型水利工程。是当之无愧的西安市生命线工程。

 

黑河输水渠道是黑河引水工程的五大组成之一，衔接着黑河枢纽工程和净水厂，肩负着黑河引水系统原水供应的重任，是西安市很好的城市供水主水源。由黑峪口蔺家湾汇流池起，经周至县、鄠邑区、长安区至雁塔区的曲江水厂和乐游原水厂，渠道全长122 km。全部采用暗管形式铺设，重力自流供水。渠道工程分为两期建设。一期工程:1987 年 12 月开工建设，1996 年 6 月竣工。渠线全长 100． 35 km，形成 60 万 m 3 的日供水能力。二期工程:1999 年元月开工，2001 年 3 月竣工。渠线全长 21． 67 km，形成50 万 m 3 的日供水能力。

 

1．2 运行现状

输水渠道沿秦岭北麓东行。横跨 70 多条河流沟壑，穿越三区一县的 190 多家机关、单位、部队、学校、村镇、开发区、别墅群、旅游度假区，217 条各类交通公路。自 1990 年很好个水源地———石砭峪水库供水以来，历时 29 年共向西安提供原水 59． 2 亿 m 3(截止到 2017 年年底)，占全市供水总量的 78% 以上。渠系水源地由 5 个增加到 11 个，原水供应的水厂增加到 6 家，4 个生态用水单位(动物园、204 所、南湖、护城河)。渠道输水能力已处于满负荷状态，日供水能力达到 110 万 t ～ 125 万 t。供水高峰期采用上取下补的方法，日供水**大可达到 140 万 m 3 。

 

1．3 渠道周边建设项目的保护要求

根据《西安市黑河引水系统保护条例》法规的要求，黑河引水管渠保护区范围(引水管渠及附属设施两侧外延 5 m 的区域)内，禁止修建建筑物、构筑物及危及引水管渠输水安全和原水水质的其他行为;黑河引水管渠控制区域(引水管渠保护区范围两侧外延 10 m 的区域)内，禁止修建永久性建筑物、构筑物以及从事其他危及输水安全的行为。另外，渠道周围建设项目必须遵守以下要求:严禁在渠道上开口;严禁重型车辆在渠道上通行;采取必要措施确保渠道的安全;不污染水质。

 

2 取水工程背景

2．1 工程概况

为近期主要解决三星工业园、长安通讯园、高新区扩区的用水需求。远期除上述区域外，还成为沣东、沣西新城及西安市主城区的主要供水水源。西安市发展和改革委员会规划建设西安市西南郊水厂工程。

 

西南郊水厂工程位于西安市西南郊约 10 km 处，鄠邑区曲峪河与环 山 路 (107 省 道) 相 交 处 东 北 侧。工 程 建 设 总 规 模100 万 m 3 /d，分 两 期 建 设，近 期 目 标 40 万 m 3 /d，远 期 目 标100 万 m 3 /d，目前建设的是一期一阶段建设，设计规模20 万 m 3 /d。需要和黑河渠道接口的工程是西安市西南郊水厂工程(一期)总进水井工程。

 

2.2 工程布局

整个取水工程布局由取水管道、综合管沟和总进水井三部分构成。

 

在黑河渠道取水口至总进水井之间设两道综合管沟，既便于观测漏水，同时也兼具维护、检修的作用。综合管沟长 15 m，沟内安装并排设置的 4 根 DN1 200 mm 取水管道、阀门、电磁流量计及可曲挠橡胶接头，后端连接总进水井。总进水井东、西两侧设置设计规模均为 40 万 m 3 /d 的 DN2 200 mm 进水管，本期暂时封堵。总进水井北侧的出水端设两根 DN1 800 mm 出水管，每根设计规模为 20 万 m 3 /d。

 

 

2．3 工程重难点

黑河输水渠道是西安市的供水主渠道，且目前是满负荷运行，箱涵开口取水关键在方案，重点为确保原有渠道质量，难点是解决好新、老构筑物衔接处渗漏水及不均匀沉降问题，效果在于执行力。

 

采取加固梁植筋和化学螺栓植筋的施工方案，确保原有渠道强度不降低。为防止新、老构筑物衔接处渗水、漏水以及因不均匀沉降造成的错位，与黑河输水箱涵取水口的衔接，采用钢制翼环加橡胶垫片、柔性密封材料填缝以及在取水管路设置可曲挠橡胶接头等技术措施。

 

施工中还要考虑可能箱涵侧壁结构钢筋会影响植筋的位置;开洞过程中产生的震动，可能对箱涵侧壁产生细小的裂缝，要进行喷涂或涂刷处理;可能造成箱涵侧壁钢筋保护层混凝土剥落，要进行水泥砂浆补强。

 

3 施工技术措施

3．1 施工工艺流程

总进水井施工→综合管沟施工→调度停水→箱涵开口施工→取水管与设备安装→综合管沟盖板施工。

 

3．2 取水口加固措施

在黑河输水箱涵拟开洞口的四周设置加固梁 BLZ1(BLZ2)，凸出箱涵 500 mm，连接综合管沟侧壁(底板);如图 1 所示，加固梁采用植筋的方法与箱涵连接。

混凝土植筋技术要求的钻孔孔径、植筋深度较传统施工法大为减小，而且钻孔施工振动小，对周边老结构影响范围小，避免结构产生渗水通道。采用新型植筋锚固胶材，不仅可缩短固化时间，加快锚筋安装速度，且胶材抗老化、冻融等耐久性显著增强，对水下工程施工具有优选性。技术施工工艺要求将原混凝土表面凿毛，并植锚固钢筋连接新老结构体。浇筑新混凝土时，应适当提高植筋混凝土的设计标号，并尽量使用加盖模板和泵送挤压等施工工艺，达到植筋混凝土浇筑连续，提高强度的目的。具体施工措施如下:

1)探测钻孔部位，避免破坏箱涵侧壁结构;

2)只允许用一台手动钻机钻孔，钻后清除孔内残渣;

3)凿毛 BLZ 接触面，将 U 型箍筋植入箱涵侧壁内，连接筋板形成加固梁骨架;为保证结构胶粘剂与混凝土的粘合，在采用压缩空气清孔后，再用脱脂棉沾丙酮擦洗孔壁，此时应保持孔内干燥。胶粘剂采用新型植筋锚固胶。被植钢筋采用无锈的钢筋，插入并旋转钢筋以利结构胶与钻孔壁粘合;

4)加固部位在浇筑混凝土前剔除一切风化疏松层、碳化锈蚀层及严重油污层，直至完全露出坚实的基层为止，并在此基层上凿毛，使表面凹凸差约为 5 mm，然后用水冲洗干净，待完全干燥后，在 BLZ 区域均匀涂刷一遍改性环氧类混凝土界面结合剂;

5)浇筑 C35 S6 F150 混凝土。

 

3．3 箱涵开口技术措施

3．3．1 开取水洞

1)取水管洞设计为4 个 1 600 圆孔，位于两节渠道沉降缝两侧，洞口与沉降缝中心距离3． 1 m，净距离2． 3 m，外侧洞口中心距离 3． 6 m，两洞口净距离 2 m。一期一阶段开洞为两个，如图 2所示。

2)取水口箱涵加固梁施工完成，待混凝土达到设计强度后，黑河渠道停止供水，当水位下降到洞口以下时，采用静力切割工具开始动工开洞。

3)先在箱涵侧壁上将洞的外侧轮廓线和中心线进行放线，然后利用 100 水钻围绕洞边及中心进行静力切割。

4)如遇箱涵侧壁钢筋对水钻卡口，无法切割时，采取氧气焊对卡口钢筋进行切割。

5)开洞期间，采用四班倒制度，每个洞口每班 3 人轮换切割，另配备 3 人轮流操作氧气焊。

6)水钻开孔后，两水钻夹角部位三角混凝土块，采用手提混凝土切割机修整磨平。

 

3．3．2 组装取水组件

1)用手提磨光机打磨钢制翼环安装区域的箱涵侧壁，使其趋于平整，确保橡胶垫片与箱涵侧壁接触密实;

2)按照要求截取规定长度的 1 200 取水管，先焊接上钢制翼环 b，c，再焊接钢制翼环 a;

3)钢制翼环 b 紧贴箱涵内壁，与 15 mm 厚橡胶垫片(设计厚度为 10 mm)、钢制翼环 a 采用 18 个 M20 螺栓连接;

4)对应钢制翼环上的化学螺栓孔，进行 M20 螺栓植筋工作;

5)安装取水组件。取水组件的钢制翼环 a 通过螺栓与箱涵连接，为确保连接的紧密性，在每个螺栓孔增加一个 3 mm 厚橡胶密封垫，避免螺栓孔的渗水;为避免翼环周边的渗水，增加3 cm 厚双组分聚硫密封膏，围绕翼环周边一圈设置(如图 3 所示)。

 

3．3．3 洞口膨胀水泥填充

1)考虑到密实洞口为圆形，且宽度仅有 20 cm，操作空间小，振捣难度大，故采用自密实混凝土进行填充。

2)自密实混凝土采用 C40 S6，进料口模板高出开洞顶部，呈漏斗状，浇筑时自上而下进行浇筑，箱涵侧壁内外侧均采用橡胶锤进行振捣密实。

3)根据以往施工经验 C40 混凝土初凝时间一般为 6 h ～8 h，终凝一般为 12 h，强度可达到 28 MPa，方可进行模板的拆除工作。

4)为了确保上部混凝土填充密实，浇筑时混凝土溢出洞口顶部，浇满进料口，待模板拆除后再进行溢出混凝土的打磨切割。

 

3．3．4 止水密封胶填缝

1)遇水膨胀止水胶为一种单组分、无溶剂聚氨酯型密封胶，遇水后能产生膨胀，起到很好的止水效果;有良好的填充性和粘结性，确保产品填入裂缝和空隙中，因而适用于潮湿、光滑及粗糙的表面;特有的柔性确保它适合不规则的基面接缝防水;具有好的耐化学介质性能(无毒、无污染、防菌、耐油、耐酸碱盐和老化);使用方便。

2)止水密封胶填缝厚度为 50 mm，施工前将混凝土表面杂物清理干净，并对混凝土表面进行烘干。

3)涂密封胶时，用灰刀将配制的密封胶在洞口接缝两侧先涂抹一层，然后再将密封胶嵌入缝道中央并到达划定厚度，操作时

应注意气泡防止夹带进入密封胶中。

 

4 重难点施工技术措施

1)加固梁浇筑。为确保原有渠道强度不降低，取水口采取加固梁植筋和化学螺栓植筋的施工方案。施工时加固梁钢筋较小为 Φ12，如与箱涵侧壁结构钢筋影响，可进行位置调整，再进行适当补入植筋。化学螺栓植筋为 25 孔洞，如与箱涵侧壁结构钢筋影响，改用 25 水钻进行成孔。为保证加固梁混凝土强度短期内可达到 C30 混凝土强度，因此加固梁混凝土提高一个标号，即采用 C35 混凝土浇筑。

 

2)细小裂缝。对缝宽小于 0． 3 mm 的表层裂缝，经缝面清污

处理后，可选用环氧树脂、单组分聚脲、聚酯树脂或聚氨酯类等材料进行喷涂或涂刷。一般喷涂 2 遍 ～3 遍，很好遍喷涂采用经稀释的材料，涂膜厚度不小于 1 mm;改性环氧浆材充填法用于缝宽大于 0． 3 mm，小于 2 mm 的表层裂缝;对于 2 mm 以上的裂缝，常备 2 台注浆机及专业修补人员，及时用聚氨酯注浆处理。

 

3)混凝土剥落。开洞期间采购高强速凝水泥，终凝为 10 min，如箱涵侧壁有剥落面，对剥落面清理后，立即展开速凝水泥修补。CT203 聚合物水泥砂浆，是一种有机、无机复合的新型聚合物水泥砂浆，具有粘结强度高，补偿收缩、耐久性好和水下不扩散等特点，适用于混凝土结构表面破损和砖石结构的薄层护面，结构裂缝和缺陷的修补。该砂浆还兼具快凝特点，特别适用于混凝土结构的快速修补和水中修补。该技术处理结构面结晶快、耐久性好、规整美观，施工方便，环境影响小。

4)为防止新、老构筑物衔接处渗水、漏水以及因不均匀沉降造成的错位，与黑河输水箱涵取水口的衔接，采用钢制翼环加橡胶垫片、柔性密封材料填缝以及在取水管路设置可曲挠橡胶接头等技术措施。

5)大挠度松套补偿接头需待出水管安装覆土完成初步沉降后(一个月)进行**终连接。安装好后，先在螺栓上涂抹无污染的油脂，外包两层塑料布，两端用胶带粘紧，然后再回填土。

6)DN1 200 mm 进水管焊接接头尺寸及质量执行 GB 50268—2008 给水排水管道工程施工及验收规范标准。管道焊缝采用2． 5%X 射线 100%探伤。

 

5 输水箱涵保护措施

1)施工前与渠道管理单位及时联系，并派专人予以配合、监督，核实现况黑河输水箱涵位置及标高、渠道的结构构造;提前做好施工组织设计，合理安排施工次序，尽量减少施工、停水时间。

2)施工时，设置专人对输水箱涵进行 24 h 实时沉降观测，并做好详细记录备查。

3)在施工的同时，对基坑周边做好排水降水措施，并预备水泵一台，并设置临时便道，以防特大暴雨造成危害时，加固物资及时送达输水箱涵处。短时间强降雨，应设专职监管人员，坚守岗位，及时抽排基坑积水，以免对输水箱涵产生意外破坏。

4)编制应急预案，发生意外情况时，很好时间发动组织应急小组，召集施工工人投入抢险之中，并通知渠道管理单位，及时处置，极力控制事态扩大，及时处理安全隐患。

 

6 结语

取水工程通过上述一系列的技术措施，施工中没有产生裂缝、钢筋保护层混凝土没有剥落，通水后没有渗漏现象，自密实混凝土抗压强度达 47． 7 MPa，远超原 200 号混凝土强度，实施效果非常理想。与以前黑河输水箱涵与取水工程以箱涵连接(中间设橡胶止水带)，或者直接开口的设计方案相比较，可以在有效保护原有工程的基础上，很好的解决了渗漏水及沉降问题，并提高了本工程的质量，对类似工程可提供积极有益的参考借鉴。