南水北调穿黄隧洞环锚预应力波纹管堵塞处理技术

摘要：针对穿黄隧洞环锚预应力波纹管堵塞疏通难度大的特点，施工单位研制出成本低、可操作性强的“球形打磨钻”，结合传统施工工艺，很好的解决了施工难题。“球形打磨钻”疏通工艺与传统的施工方法相比具有方便、快捷、省工、不影响混凝土结构等特点。

关建词：穿黄隧洞波纹管疏通

中图分类号： TV554文献标识码： A 文章编号：

一、概况

南水北调中线穿黄工程是人类历史上最宏大的穿越大江大河的水利工程，是南水北调中线的标志性、控制性工程，其任务是将中线调水从黄河南岸输送到黄河北岸之后向黄河以北地区供水。

穿黄工程位于河南省郑州市黄河上游约30km处，穿黄隧洞长4250m，采用双层衬砌，外衬为预制钢筋混凝土管片，内径7.9m，内衬为现浇后张法预应力钢筋混凝土，成洞内径为7.0m。隧洞内衬厚度为45cm，混凝土强度为C40W12F200，按照9.6m长度分段施工，每段布置21束预应力锚索，间距45cm，每束由12根预应力钢绞线集束而成。为了施工方便，内衬分二次浇筑成型，先浇筑底板混凝土，再浇筑边顶拱混凝土，由底板和边顶拱混凝土形成一个标准段的预应力混凝土结构体，用后张法施加预应力后共同受力，达到有压承水的目的。

预应力设计体型

二、波纹管的安装

混凝土浇筑时，孔道采用直径为90mm的波纹管进行预埋，整个孔道长度为23m。混凝土内衬分两次施工，波纹管也分两次预埋，先预埋底板，然后预埋边顶拱。底板预埋长度6m，两侧各外露50cm，边顶拱用3根波纹管连接形成完整的预留锚索管道。整束波纹管（包括连接波纹管的喇叭口）一共形成了6个接口，接口用长50cm，直径95mm的波纹管对90mm的波纹管进行套接。波纹管连接成型后用U型钢筋和钢铁丝加固，并在套管的接头处用胶带包裹防止混凝土浆液进入。

安装成型的波纹管

三、波纹管的堵塞原因分析

隧洞内衬混凝土浇筑前，虽然采取了很多措施预防波纹管道堵塞，但在张拉施工前对波纹管进行疏通检查时，仍发现有部分波纹管被混凝土或混凝土浆液堵塞，无法穿索。波纹管堵塞主要是由以下原因造成的：

㈠波纹管接头处密封不严，混凝土浇筑时振捣棒的振动使波纹管接头处断开或出现缝隙，致使混凝土或浆液流入波纹管，造成堵塞。

㈡波纹管安装前，用切割机对波纹管切割下料，形成毛刺。波纹管安装时，未对毛刺进行处理，影响波纹管畅通，造成穿束困难。

㈢底板与边顶拱内衬施工间隔时间较长（约超过1年），底板与边顶拱分缝处预留的波纹管根部产生锈蚀。混凝土浇筑时封堵不严，浆液渗入堵塞波纹管。

㈣喇叭管与波纹管连接不牢固，浇筑混凝土振捣时，连接位置出现裂隙，漏浆堵塞喇叭管及波纹管。

四、波纹管的通透性检查

为保证预应力锚索能够顺利穿束，必须对波纹管的通透性进行检查，对不通的波纹管及时疏通。波纹管通透性检查时，先用直径为30mm的PVC软管疏通，再用直径为80mm钢球头连接单根钢绞线制成的通孔器检查。Φ30mm PVC软管可将波纹管内壁的混凝土浆液清除，而通过Φ80mm钢球头的撞击，可将波纹管内部分混凝土清除，从而达到疏通的目的。对于使用通孔器检查不通的波纹管，则采用高清防水摄像头检查波纹管堵塞的形式、位置和严重程度，做好详细记录。

波纹管的通透性检查主要分为三个阶段：一、边顶拱浇筑前，对底板进行检查，发现不通的用电凿、钢钎等外力锤击疏通。二、边顶拱浇筑拆模后，对整束波纹管进行疏通检查。模板一般在混凝土浇筑收盘两天后拆除，此时混凝土强度较低，用通孔器可将流入波纹管内部的混凝土捣碎疏通。同时，通过通孔器的撞击，可将波纹管连接处的毛刺进行打磨。三、预应力穿束前，对波纹管行疏通检查。混凝土浇筑等强28天后，开始穿束张拉。为确保锚索能顺利穿束，再次对波纹管进行检查，对不通的波纹管做好记录。

五、波纹管疏通工艺介绍

穿黄隧洞在波纹管疏通工艺上对传统的施工方法进行了探索与借鉴，发明的一种新型的波纹管疏通装置，有效的保证了波纹管疏通质量。

㈠传统疏通工艺

传统的波纹管疏通方法主要有以下两种：⑴制作与波纹管弧度相同的钢钎，外部间断性敲击，利用钢钎的冲击力打碎撑子面的堵塞物。此种方法进度慢疏通，施工时钢钎转力后易变形。穿黄隧洞波纹管长度达23m，钢钎需要加长，不易操作，施工难度大。钢钎疏通不能对波纹管内部毛刺进行打磨，影响穿束。⑵直接在内衬混凝土结构上开孔疏通。此种方法对于处理很短的堵塞长度有利，开孔严重影响混凝土结构，不利于后期张拉。

㈡新型波纹管疏通装置

根据穿黄环锚的特点，施工单位专门制作了一个直径为80mm的球头打磨钻，用于波纹管的疏通。打磨钻主要由金刚石磨头、导向盘、密封圈、密封轴承、软轴、电机等组成，已经取得国家发明专利。与传统的疏通方法相比，该设备具备施工方便、快捷、省工、不影响混凝土结构，有效保证疏通质量等特点。

⑴球形打磨钻工作原理：

电机转动带动软轴转动，带动金刚石磨头，金刚石磨头对堵塞的混凝土或浆液进行打磨，打磨掉的碎渣和粉尘通过从金刚石磨头上的冲洗孔冲洗出来，达到疏通的目的。

球形打磨钻

⑵球形打磨钻疏通工艺

①施工工艺流程图

球形打磨钻疏通装置操作简单，疏通过程中不断钻进打磨，相互交替。工艺流程如下图如示：

疏通装置施工工艺图

②施工步骤

a.先对波纹管进行探头检查，判断是波纹管堵塞部分是全堵或者是部分堵塞。

b.对疏通装置进行检查，保证设备正常运行。

c.在疏通装置施工入被疏通的波纹管后，先打开微型水泵往里面压水，然后再打开电机进行打磨；在打磨过程中保持向孔道里一直压水。

d.打磨时要及时用力推软轴，对撑子面形成压力，有利于打磨。

e.打磨一段时间，停止打磨，用高压水对孔道进行清理，及时排出碎渣。

f.对孔道清理后，继续钻进行打磨，直至将孔道打磨通畅。

六、穿黄隧洞波纹管疏通方法

穿黄隧洞波纹管疏通过程中，采用传统工艺和新工艺相结合，针对不同的工况采用不同的施工方法，有效的保证了施工质量。主要有以下几种施工方法：

⑴底板波纹管堵塞的，在边顶拱浇筑前用电凿、钢钎等外力锤击疏通，高压水冲洗。

⑵喇叭管附近堵塞的，先采用电镐凿除喇叭管混凝土，再采用球形打磨钻疏通。

⑶堵塞部位距离锚具槽位置较远的边顶拱部位，首先采用球头打磨钻疏通，如果疏通困难，则采用软轴冲击钻和球形打磨钻相结合进行疏通，先用软轴冲击钻打磨，用水和高压风清理管道，然后用球形打磨钻打磨疏通，两种方法交替进行，直至疏通为止。软轴冲击钻根据波纹管弧度专门加工，保证疏通时沿波纹管的方向前进，防止跑偏。

七、结语

穿黄隧洞预应力工程量大、工期紧、技术要求高、施工难度大，施工单位结合目前国内环型预应力施工现状，经过钻研和技术改造，研制出成本低、可操作性强的“球形打磨钻”，结合传统施工工艺，很好的解决了环锚预应力波纹管堵塞不易疏通的技术难题，极大地提高了预应力施工速度。

作者:

1.舒仁轩（1974年12月-）工程师，南水北调中线局河南直管建管局郑焦项目部

2.李文轩（1972年10月-）高级工程师，南水北调中线局河南直管建管局郑焦项目部