1 工程概况

　　南水北调穿黄隧洞位于河南省郑州市以西30km处孤柏山弯横穿黄河。穿黄隧洞由南北岸竖井、过河隧洞和邙山隧洞组成。穿黄隧洞全长4 250m。北岸竖井井深50.5m，过河隧洞长3 450m，南岸竖井井深39.5m，邙山隧洞水平投影长800m。

　　穿黄隧洞为全圆断面，内径7.0m，外径8.7m。内衬采用现浇法施工(二次衬砌)，为后张法有粘结预应力钢筋混凝土整体结构，采用C40.W12.F200预应力混凝土，厚45cm，标准分段长度为9.6m。预应力锚索间距为45cm，每束由12根预应力钢绞线集束而成，共计布置预应力环形锚索9 184根(见图1)。

　　图1 穿黄隧洞示意  

　　2 施工难点

　　国内已建采用环锚预应力混凝土衬砌的有小浪底工程、隔河岩水电站和天生桥一级水电站的引水隧洞，但穿黄隧洞是双层复合式衬砌、内衬45cm厚超薄预应力混凝土施工，在国内外尚属首次。

　　本次预应力锚索孔道预埋施工具有以下难点:(1)隧洞单洞直径7m，曲率半径3.5m，单束锚索长度约23m，环锚曲率大，预埋工序施工组织困难;(2)锚索间距45cm，预埋管管径90mm，作业间距<30cm，空间狭小，预埋件安装难度大;(3)南水北调中线供水工程施工工期紧，施工强度大(共计9 184根，2 000根/月);(4)安装精度毫米级，质量要求高(见图2)。

　　图2 预埋完成实景 

　　3 施工措施

　　针对环锚高精度孔道预埋的施工难点，通过在传统预埋工艺基础上开展预埋精度控制研究及孔故(堵管)预防及处理技术研究，形成一套波纹管的预埋工艺流程，此套高精度孔道预埋施工技术有效解决了穿黄隧洞环锚施工高精度、高强度、高难度等问题。

　　3.1 定位测量

　　通过测量和定位先确定隧洞每根波纹管安装位置的中心线，根据波纹管安装中心线，再确定预埋导轨安装位置。每根波纹管安装位置上下游方向用2根12钢筋限定，称为预埋导轨。其作用为限定波纹管走向、引导波纹管线形保持流畅。导轨的走向和长度与波纹管安装长度一致，呈环形布置，整个环道扣除锚具槽长度1.0m，总长度为23m。在预留锚具槽附近，波纹管从外层钢筋过渡至锚具槽位置加密放点，保证平滑过渡。

　　3.2 底板导轨及波纹管安装

　　在洞内按锚索及洞室曲线外形先弯制安装底板预埋导轨，底板预埋导轨长5m，然后将长度5m的底板波纹管铺设进预埋导轨，每隔0.8～1.0m用8号圆钢、长度30cm、弯制成U形，制作U形管径限定卡，与绑扎铅丝错开布置，限定波纹管径。U形管径限定卡在起坡后采用下压上拉方式固定，精确定位安装好后，导轨与U形管径限定卡均与混凝土结构中的钢筋焊接牢靠，保证波纹管安装好后在混凝土浇筑过程中不因混凝土浇筑浮托力和振动产生位移及损坏。混凝土浇筑时波纹管上口采用双层编织袋包裹，防止杂物入内;在混凝土初凝和终凝前，采用高压风对波纹管扫空清理，清理完成后再次对波纹管上口采用双层编织袋包裹，防止杂物入内，确保管内通畅(见图3)。

　　图3 底板波纹管施工  

　　3.3 波纹管清理

　　底板波纹管清理与钢筋作业班组基础面清理同步进行，先用80铁球进行畅通性检查，确认畅通后，再用特制的清扫布头清理孔内泥水杂物，防止布头卡在孔内无法拔出，此次清理要反复进行，确保底板波纹管干净通透。在清理之后要将根部有断裂、破损、锈蚀孔洞的波纹管进行割除(尤其是低位锚具槽下部，在箍筋绑扎之后此部位很难操作)，对于接头处有毛刺及异形的波纹管要进行处理，并用软布塞好。

　　3.4 边顶拱导轨及波纹管安装

　　边顶拱预埋导轨总长度18m，在边顶拱预埋导轨焊接固定完毕后即可进行边顶拱波纹管安装作业，将波纹管铺设进预埋导轨内。每一标准仓共需5m90波纹管63根、2.5m90波纹管21根、0.4m95波纹管126根。波纹管上台车之前要注意区分管径大小，避免出现穿错波纹管的情况发生;同时，还要保证波纹管的圆形形状，如出现变形要及时处理。为了防止钢筋绑扎交叉作业的相互干扰，波纹管安装作业要及时，做到工序条理清晰、配置合理(见图4)。

　　图4 边顶拱波纹管安装 

　　3.5 波纹管连接、固定与密封

　　波纹管的连接分为与已浇筑底板波纹管的连接和上部波纹管之间的连接。

　　底板波纹管因混凝土浇筑时间较长且长期浸泡在水中锈蚀孔洞、断裂破坏堵塞严重，每仓基本上要全部割除并进行疏通处理，并用95外套管连接，如发现波纹管有异形或毛刺要及时处理。接头部位用水泥浆及胶带密封严密且不得出现死弯;上部波纹管之间的连接(即对接)采用长度≥40cm的95套管连接，对接的波纹管的接口处要尽量紧密相连，且套管要均匀分布在接头处两侧各20cm，对接完成后先用少量浓水泥浆密封，再用胶带将两侧密封好，胶带缠绕不得少于4圈。

　　对于已连接完毕的波纹管要及时进行固定。在固定时要用卷尺(或45cm钢筋)量好间距，初步控制好波纹管线形，用双股14号铁丝进行初步固定，再微调至间距45cm左右(误差不得超过±5mm)，操作人员要站在钢筋台车平台上对已固定的波纹管进行顺直度观察，如发现有明显偏斜，要及早纠正;如已满足要求，则用8号圆钢加工好的长30cm的U形管径限定卡进行焊接固定，所有电焊作业完成后要检查波纹管的完好情况，如有焊洞要及时处理。

　　3.6 喇叭管、灌浆管、排气管安装

　　在钢筋班组将锚具槽位置调整好后，即开始进行喇叭管、灌浆管和排气管安装。

　　上部的喇叭管为圆形，下部为椭圆形，不得颠倒。如发现锚具槽拼装有误或误差较大，应及时与带班班组长或钢筋班组联系，不得擅自在不正确的锚具槽上安装喇叭管。每个喇叭管有4个螺栓孔，在进行安装时要求至少在对角处安2颗3cm长螺栓，如螺栓孔对不上，则要求钢筋班组对其进行打孔处理。螺栓要用扳手旋紧保证喇叭管不晃动且螺杆不得伸出喇叭管的螺栓孔外。

　　喇叭管安装按下述步骤进行:第1步，在进行喇叭管安装前，需先对锚具槽进行清理，然后将2个螺旋筋及上部圆形喇叭管放入箍筋内并简单固定防止掉落，并将轨道筋按要求焊接在指定位置(尾部在距锚具槽1.4m处，且支撑钢筋的长度以6～8cm为宜);第2步，将下部的椭圆形喇叭管安装在锚具槽上，并将下部的波纹管用排水垫层包裹密封并调整好其高度;第3步，将锚具槽放入预留的凹槽内，并将上部喇叭管安装到锚具槽上，安装好后再将上部的连接波纹管旋进喇叭管内并紧贴槽沿;第4步，将上、下部波纹管固定在轨道筋的U形管径限定卡处，并重新将连接套管旋进喇叭管凹槽内，保证连接紧密;第5步，将螺旋筋旋贴在喇叭管上并连同此处的波纹管一起用铁丝固定在外层钢筋上;第6步，用软布和塞子将下喇叭管管口密封，并用碎布将剩余的螺栓孔进行密封，防止浆液漏进波纹管底部。

　　在安装喇叭管的同时，要安排专人进行排气管与灌浆管安装。排气管与灌浆管安装要垂直于管片而非竖直，并用双股14号铁丝将其绑扎在内层和外层钢筋的十字交叉处，保证固定牢固。灌浆管的预埋间距为环向2m、洞轴线方向1.92m，两端距边线0.96m。灌浆管下料长度0.43m，在尾部用透明胶带密封好，并在相应部位按顺序粘贴20cm胶皮垫和土工布，端头部位安装稍大一些的海绵并用胶带密封，海绵不得塞进灌浆管内。排气管需在每根波纹管的顶部预埋，波形卡托的内侧需用胶带密封，铁管的端头部位安装稍大一些的海绵并用胶带密封，海绵不得塞进排气管内。

　　3.7 特殊部位密封处理

　　喇叭管及底板接头处需派专人用浓水泥浆密封，避免浇筑时漏浆。密封用的水泥不可抹太多，封住缝隙即可。此外，包裹波纹管用的排水垫层如外漏较多，应及时用剪刀剪掉。

　　3.8 钢模台车就位

　　在验仓后，钢模台车行走至仓号，此时要安排人员跟踪观察，看钢模台车在行走时是否有触碰到钢筋或顶部的预埋管，如发生损坏应及时制止并组织人员恢复，严禁在波纹管和灌浆管有损坏却未处理的情况下关闭钢模台车。

　　3.9 浇筑盯仓

　　在混凝土浇筑前，要求混凝土作业班组用编织袋将拦浆梗做好，并安排人员将相邻仓号的底板接头各3根波纹管共计12个接头进行割除并用软布及黄泥密封;浇筑时要派专人盯仓，盯仓人员要尽职尽责，关注窗口处下料和振捣及两侧边模的漏浆问题，如发现问题要及时解决，不能独立解决时要及时向当班队长或值班技术人员汇报，不得隐瞒。盯仓人员要按要求填写盯仓记录表，由队长及技术员进行检查并签字确认。

　　在混凝土浇筑时利用钢模台车上的高压风从A喇叭口吹入，有序间隔地进行吹扫处理，直至浇筑完毕。同时，选用熟练的振捣工，保证振捣过程中振捣棒不碰打波纹管，从而导致波纹管变形。

　　4 验收标准(见表1)

　　4.1 全面检查

　　在钢筋台车移走后，当班队长及技术人员要对波纹管进行顺直度、牢固度、间距、有无焊洞、底板接头、喇叭管处、轨道筋焊接、有无死弯、灌浆管与排气管安装等进行一次全面检查，如发现问题及时进行整改，不符合要求严禁验仓。

　　表1 预埋件允许偏差 

　　表1 预埋件允许偏差

　　4.2 拆模检查

　　在浇筑完成拆模后，及时将固定喇叭管的螺栓拆除。锚具槽模板拆除后要及时安排人员进行通孔检查，若出现有管道堵塞及时采用自制孔道摄像头对堵塞情况、堵塞长度、堵塞部位进行检查并做好相应记录。

　　4.3 孔故处理

　　对孔内有积水、少量浆皮、底板淤泥、细渣等不严重的管道，一般采用空压机伴水吹洗和振动棒振捣方式处理。

　　对堵塞相对比较严重的孔道采用自制通孔器进行疏通处理，为了降低孔道疏通难度，通孔处理应尽可能在混凝土浇筑完成最短时间内进行，以缩短疏通时间、降低成本。

　　采用自制通孔器需对处理的管道注入清水，钻头在钻进时施加的前进力不宜过大，以避免钻头改变前进线路;通孔器必须专人操作并不得离开，做到人走机停;钻头在钻进时随时观察钻进情况、返渣和运转情况，若出现异常应立即停机，利用孔道摄像头对处理的部位进行检查，避免出现二次孔故。

　　通过整个工程实践，孔道疏通器达到了很好效果，完成了80%堵塞、变形波纹管处理(见图5)。99个堵塞仓，堵塞孔道325处，疏通孔道260处。

　　图5 孔道疏通器及钻头 

　　5 研究成果

　　通过工程实践，对孔道预埋施工精度(毫米级)控制技术、孔故(堵管)预防及处理技术进行研究及运用，为环形锚索波纹管预埋施工的有效实施提出了合理的施工方案和质量控制方法，形成了一套高效的施工技术，保证了施工质量。

　　6 结语

　　高精度孔道预埋施工技术研究成果应用后，依托工程的环锚预应力施工生产得以优质、快速、安全完成，为依托工程的后续施工创造了有利条件。本次课题研究技术已在南水北调穿黄隧洞环锚预应力施工中得到大规模应用，确保了施工优质、高效完成，应用效果良好，取得良好的经济、社会效益，具有广泛的推广应用价值。