关键词:水库除险加固;工业供水安全;供水系统;切换判别条件
中图分类号:TV697文献标识码:A
文章编号:1009-2374 (2010)21-0127-02
头屯河水库位于头屯河干流出山口的上游,是一座以防洪、灌溉为主,结合城镇生活和工业供水、防洪等综合利用的中型水库。水库设计总库容2030×104m。,头屯河水库担负着新疆最大钢铁生产基地―宝钢集团八一钢铁公司的工业供水任务,也是宝钢集团八一钢铁公司的唯一生产水源。还担负着乌鲁木齐与昌吉两地42万亩农田灌溉任务。
1工业供水系统概况
头屯河水库泄水隧洞进口位于水库大坝上游溢洪道右侧山体内,为圆形压力洞,全长605m,洞径2.5m,进口底板高程961.0m,在隧洞0+559处有一支洞,支洞为直径2.5m的钢筋混凝土马蹄形隧洞,内装直径80cm钢管一条,长43m,输水量1.2m3/s,进出口均有闸阀。为常规工业供水方式。
工业引水工程取水首部位于头屯河水库大坝上游4..56km处,有冲砂闸、进水闸各一孔,冲砂闸为弧形钢闸门,进水闸为平板钢闸门,设计引水流量1.2m3/s,加大流量1.6m3/s。
工业引水工程的输水部分(以下简称工业引水暗渠)由输水暗渠及过坝消能设施组成。输水暗渠为1.2m×1.2m现浇钢筋砼,全长4568.8m。暗渠到距坝顶上游约35m处通过压力前池与压力钢管联接,直径D=0.5m,管长235m。2006年新增过坝压力钢管D=0.8m(工业供水复线)。
头屯河水库工业供水调节池为头屯河水库除险加固工程导流引水工程的组成部分,有设计流量1.6m3/s的进水闸。竣工时正常蓄水位996.0m对应的库容为43.71万m3。有三台潜水混流泵,每台出水量为0.45m3/s。
2除险加固工程简介
头屯河水库建成蓄水以来,为满足八钢工业用水水质要求,不能“蓄清排浑”运行,造成水库库容的72%淤积。1999年头屯河水库除险加固工程库区增建库外引水工程(包括三道闸浮船泵站、工业引水暗渠、工业调节池),库外引水工程的建成有效解决了这一切。后经采用高渠拉沙、异重流排沙、机械清淤等多种清淤方式,至2008年库容恢复到1500万m3。
2007年1月头屯河水库除险加固被列入第二批全国
病险水库除险加固工程专项规划,2008年1月水利部大坝安全管理中心对头屯河水库除险加固三类坝安全鉴定成果
进行了批复,工程总投资6997.59万元。工程于2008年10月20日正式开工建设,头屯河水库除险加固除险加固工程的主要内容有:大坝系统的坝顶、坝前及坝后坡拆除重建;
溢洪道系统的的改造;泄水隧洞系统的改造;放水涵洞系统的改造等。
2009年为满足除险加固的施工要求,水库在5月12日放空,9月18日水库截流后使用库前围堰蓄水。这就意味着整个洪水期内,水库的工业供水任务全部由工业引水暗渠系统和工业供水调节池完成。2010年8月主体工程要全部完工,完成蓄水阶段验收,水库达到蓄水条件。
3工业供水的五套供水系统及切换判别条件
近年来由于宝钢集团八一钢铁公司生产规模扩大,2008年钢产量翻一倍,用水量增加50%,而且八钢的工业用水对水质要求十分严格,供水浊度严格控制在5000g/m3以内,否则会造成其净化场无法运转,从而造成无法估量的经济损失,头屯河流域管理处为保障宝钢集团八钢工业供水安全建立了五套工业供水系统。
五套供水系统分别为隧洞支洞供水、三道闸浮船泵站供水、工业引水暗渠供水、坝后调节池供水和工业调节池供水。
五套供水系统可单独使用,也可相互结合使用。
3.1隧洞支洞供水
隧洞支洞供水为主要常规供水方式,库水位在975m以上,供水水质在浊度5000g/m3以内。
3.2工业引水暗渠供水
工业引水暗渠供水为短期辅助运行方式。在大库库水位下降到隧洞支洞无法供水(975m以下),进库来水水质在浊度5000g/m3以内时使用。
3.3三道闸浮船泵站供水
浮船泵站供水为短期辅助运行方式。库水位在986.5m以上,隧洞支洞和工业引水暗渠水质在浊度5000g/m3以上,都不能满足浊度要求,且大库库面水质在浊度5000g/m3以下时使用。有三台潜水混流泵,每台出水量为0.45m3/s。
3.4工业供水调节池仅在以上供水方式的条件都得不到满足时作为应急方式供水
有三台潜水混流泵,每台出水量为0.45m3/s。一旦其他方式可以供水,立即切换为其他供水方式供水,并适时给工业调节池补水。
3.5坝后调节池供水为冬季常规供水方式
除2009年除险加固前,每年冬季涵洞大闸与隧洞大闸关闭蓄水后,由于止水损坏严重,漏水量大,因此将坝后节制闸封堵,再加上隧洞支洞补充一部分联合进行工业供水,做到每一滴水都充分利用。
4除险加固工程截流前的工业供水方式
2009年5月12日水库放空前,水库水质始终保持在5000g/m3以内,库水位在975.0m以上,八钢工业供水一直使用隧洞支洞供水。5月12日水库放空后至9月18日围堰截流前这段时间,水库明流无法满足隧洞支洞供水和三道闸浮船泵站供水的条件。水库的工业供水始终由工业引水暗渠系统和工业供水调节池维持。此时正是头屯河主汛期,上游来水浊度变化大,工业引水暗渠系统、工业供水调节池原来为辅助保障供水方式和应急方式供水,2009年汛期成为常规供水方式后,工业供水压力及难度很大。
5除险加固工程截流后的工业供水
方式
2009年9月18日水库截流后,水库使用库前围堰蓄水,由于围堰高程967.5m,蓄水水位最高控制在965.0m,虽然围堰蓄水水位低于原支洞供水的975.m控制要求,但是围堰蓄水水位高于隧洞底板高程961.0m加洞身高2.5m的总高963.5m,也可以满足支洞供水要求,因此此后便采用隧洞支洞供水。但是由于围堰前库容较小,对上游河道来水浊度反应较快,所以当上游来水较大,围堰前浊度上升时,辅助以工业引水暗渠系统和工业供水调节池来满足八钢工业供水要求。
5.1围堰的水位控制与安全
围堰的安全决定了除险加固工作的成败。围堰2009年9月18日刚完成截流蓄水后,由于当时围堰顶高程还未达到预定高程967.5m,因此围堰蓄水水位最格控制在963.0m以下。随着后期围堰顶部不断加高至预定高程967.5m后,围堰控制水位随后调整至965.0m以下。2009年11月进入冬季后围堰控制水位因工业供水原因,围堰前水位严格控制965.0～964.5m。围堰的安全关系到围堰后放水涵洞系统的进口改造、洞内承压段加固、工作闸室维修、检修闸高塔架新建、人行钢架桥墩修建、钢闸门及启闭机设备安置更新等工作的开展,以及施工单位人员、机械设备等安全,因此围堰水位的控制尤其重要。
5.2冬季工业供水安全的保证
2009年头屯河水库冬季工业供水的主要任务就是防止冰凌进入隧洞。冰凌的进入会造成宝钢集团八一钢铁公司的净化厂无法运转,以及输水暗管的冻结,这样会造成不可估量的损失。由于隧洞顶高程963.5m,因此围堰前水位严格控制在965.0～964.5m,水位既不能高于965.0m,不然会对围堰的安全形成威胁;水位又不能低于964.5m,否则有冰凌进入的危险。因此在冬季就要加大对库前来水水量的监测以及隧洞泄流流量精密控制,才能保证库水位能够保持在965.0～964.5m。由于除险加固期间围堰蓄水量有限,多余水量都下泄河道因此2009年冬季没有使用坝后调节池供水。
6结语
关键词：隧道；冬期施工；施工组织
中图分类号：U455.1文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）04-0080-021工程概况
两伊铁路（伊敏至伊尔施）位于内蒙古自治区呼伦贝尔市和兴安盟境内。起点为呼伦贝尔市鄂温克旗管内的伊敏镇伊敏支线终点站（伊敏站），线路向南跨越辉河后，经新巴尔虎左旗，终点为兴安盟阿尔山市的阿尔山北站，将伊敏线与白阿线连接贯通，形成东北地区进京的西部通道，为中长期路网规划中的新建铁路，线路全长185km，其中隧道6座，长约10km。
2实施冬期施工的原因
本隧道工程设计的总工期一共为20个月，在这20个月中需要跨越两个冬季（大概14个月），而且隧道施工难度很大不确定性因素很多，所以本来就只有20个月的总工期就显得的更加紧张；由于正式施工前期征地拆迁等因素的影响，本隧道工程直到2006年12月初才初步具备了开工条件，此时，工期已耽误了3个月。所以在业主综合考虑银行贷款利息以及设备维护费用等方面做出必须要实施冬季施工。
3进行方案比选和技术经济分析，确保冬施效果
在实施冬季施工过程中，我们必须要为施工人员以及机械设备提供一个正常温度的工作环境；首先是必须要确保施工人员、机械设备以及工程结构本体的安全，其次是进行各种保温方案比选或优化，尽可能降低保温方案需要付出的成本。
①施工人员的保暖措施。要为管理以及施工人员配备必要的防寒服、防寒棉靴等衣物；宿营区内必须要安装足够的暖气设备，储存充足的燃煤以及食品蔬菜等生活必需品；还要安排设置停放各种办公车辆的暖库，配置充足必要的办公车辆并要为这些办公车辆更换雪地胎和防冻液。②保证道路畅通。施工便道边线设置明显标识（插钢筋并绑红布条），及时清除道路积雪，在便道和公路爬坡处和弯道处堆放防滑材料，经常铺撒，保证道路畅通，保证交通安全。③机械设备的防寒防冻设施。由于外界温度非常低，停放在外界的各种的机械设备都是处于一种被冰冻的状态，机器内部的柴油、机油、液压油、齿轮油等将都会随着温度的不断下降、粘度不断的增加，其后果就是导致车辆很难启动，使机器内部的各种运转部件（变速箱、差速器）越发的加速了磨损，这就使得设备的有效使用寿命不断减少，增加机械设备的故障率。
3.1设备的防寒防冻设施
3.1.1压风站、发电机站压风站、发电机站的建造可以使用彩钢板房的搭建模式，这样可以很容易的周转2-3次，当时施工现场外界气温已经下降到零下25℃左右，这样底的温度用砖盖房已经是不太现实的事情了，而且由于本地砖的价格相对比较高，建造成本也比板房要高出不少。由于压风机必须要有一台以上连续二十四小时不间断工作，机器本身就会持续产生不少的热量，这样压风机房的采暖就基本可以达到自给自足的水平。根据压风机房的实际测试，压风站内温度二十四小时基本保持在10℃以上，这样就符合正常的防寒防冻要求了。
3.1.2洞口暖棚由于洞口风向各不相同，这就要求根据实际风向来合理选择拉沟尺寸，采用不同的结构形式搭设钢管结构。在对棚内进行设计和布置的时候，要合理的利用棚内有限的空间，做到不浪费一点有限的空间；对沙石等建筑材料进行加热处理要因地制宜的选用简易钢炉和地火笼，在棚内进行喷射混凝土拌和，外加热风幕取暖。进行第二个冬季施工时，由于隧道掘进基本都已达到400米以上，此时，只需在洞口10m、20m处各设一道门帘即可起到保温的作用了。
3.1.3搅拌站搅拌站保暖棚的建造。搅拌站的主体结构一般都要采用砖结构，棚顶大都采用?准22钢筋格栅拱架结构，棚顶覆盖石棉瓦、草帘和塑料薄膜（或彩条布）；在设计搅拌站主体抗压强度的时候就要求收集当地历年来的气候资料，其中最大连续降雪厚度资料是最重要的；在设计棚顶清理积雪的方案时要优先考虑使用机械化清雪杷，这样就比较容易对棚顶积雪进行清理，防止棚顶由于积雪太多太重而被压塌。取暖方法。搅拌站的采暖方案一般是选择安装一台立式高压锅炉，容量根据搅拌站实际大小选取3m3左右的锅炉为宜，以此为搅拌站提供热水，同时在搅拌站内可以安装大量暖气片利用锅炉供暖为棚内取暖。
3.1.4车辆机械的保暖由于车洞容量有限不能把所有车辆都保存于此，所有就需要建造一些停放车辆的保暖棚。保暖棚要根据需要停放车辆的尺寸大小来设计，以免将来投入使用的保暖棚不能停放需要停放的车辆，造成不必要的麻烦与浪费。一般停放车辆的保暖棚采用砖结构的墙身，棚顶大都采用下边一层油毡上边铺设石棉瓦的方式。保暖棚门一般要用双层帐篷布作为门帘，以起到保温作用。
3.2冬季设备使用、保养在温度极低的情况下，燃油会变得粘稠这就非常不利于燃油的雾化与燃烧，温度太低油的粘度也会增大流动性变的特别差，这就使的机器内部的各个运动部件件阻力增大，同时在寒冷的冬季蓄电池的工作效能大幅降低，在这些不利因素的共同影响下，发动机极易出现启动困难，机体磨损加快，功率降低，燃料消耗增加和动力性能下降等各种各样的问题。
3.2.1设备的启动①加注冷启动液。冷启动液是用在低温天气里发动机启动的一种辅助启动燃料（一般是由乙醚、低挥发点的碳氢化合物和带有添加剂的低凝点机油组成），在这些成分当中低凝点机油可以有效的改善气缸壁与活塞之间的条件，达到容易启动目的。②充分利用现有的低温预热设施。为了做好冬季施工，所有机械设备都安装了电预热系统或乙醚启动装置，发动机要启动的时候电预热系统就会向气缸中快速的供应热量使得空气的压缩温度达到燃油的燃烧点。
3.2.2冬季设备的日常保养设备各种用油的选取：①柴油的选取。由于冬季严寒，在冬季到来之前就应该做好燃油的换季保养工作，最低要保证所选柴油的凝固点比最低环境温度还要低3℃到5℃左右，要保证在冬季最低温度的时候不因为低温使得柴油凝固进而影响机器正常的工作。②油的选取。油的选取要根据冬季的低温环境温来适当选取。要充分考虑到冬季外界最低的环境温度时油仍能发挥应有的要求，并且油在机器正常工作一段时间后自身温度升高的情况下要有足够的粘度来保证发动机在运转时的。又要考虑在低温下粘度不过大。保证机油泵能吸上油，来保证低温启动性。
关键词：隧道衬砌裂缝；产生原因；预防措施
中图分类号：TV543文献标识码：A
一、衬砌裂缝的概述
隧道衬砌裂缝是隧道工程最大的病害之一，其产生的时间各有差异，隧道贯通的早起或者修建过程中最常见，也有可能产生在运营后几十年内。隧道围岩压力是隧道外部荷载的主要原因，然而隧道承载抵抗力主要依赖于隧道周边围岩和初期喷锚支护结构组成的综合结构层，其体现出弧形拱力。根据《公路隧道设计规范》的规定，隧道的二衬砌受到的应力超过其承受的应力，导致二次衬砌表面将会出现竖向、斜向及水平等不同方向的裂缝。根据以上隧道衬砌裂缝的受力状况分析，我们可以知道隧道衬砌裂缝的产生原因不仅仅是内部原因，还有外部原因引起衬砌裂缝，造成隧道酿成安全隐患，导致安全事故的发生。
二、隧道衬砌裂缝产生的几大原因
（一）混凝土本身引起的隧道衬砌裂缝。隧道衬砌裂缝产生的原因有隧道原材料引起的两种裂缝类型，施工不当引起的隧道衬砌裂缝、施工管理不到位及质量低下等原因。下面我们详细探析隧道衬砌裂缝产生的几大原因：
1.干缩裂缝。隧道衬砌干缩裂缝产生的原因众多，其产生原因有原材料没有过关，采购人员没有选择优质水泥，施工人员没有配置好水泥用量，不重视骨料的级配与大小等。隧道工程使用劣质的水泥是干缩裂缝产生的主要原因。因为干缩裂缝在混凝土硬化过程中水分逐渐蒸发散失，导致水泥石中的凝结胶体的变形，这种变形受到模板和围岩的约束而产生压力，当混凝土的抗拉强度小于这种应力时产生的一种裂缝。干缩裂缝没有产生的规律，大多呈现为表面性的，严重影响隧道的外观质量和美化。
2.温差裂缝。隧道温差裂缝是指水泥在水化过程中产生大量的热量，混凝土表面和内部呈现一种梯度是温差，这种由大量的热量产生的温差形成一种应力，当混凝土本身的内外部约束力小于这种应力时产生的一种裂缝。温差裂缝的形成与水泥的品种、用量以及二次衬砌混凝土的厚度等因素有关，也受到气候的影响，夏季和冬季裂缝宽窄不同，即夏季时裂缝较窄而冬季时裂缝较宽。
（二）施工不当引起的隧道衬砌裂缝。因施工不当引起的隧道衬砌裂缝表现的形式多种多样，下面主要介绍变形裂缝、沉降裂缝和施工缝开裂等三种形式：
1.变形裂缝。隧道工程施工对操作工艺和施工工艺的要求较高，但是在这种严格要求之下隧道还是会出现变形裂缝，严重影响隧道的质量。隧道变形裂缝是衬砌裂缝的一种表现形式，其产生原因有三项。其一，施工人员质量意识薄弱、质检人员责任心较差，混凝土振捣工作不到位，导致其均匀性差而产生裂缝。其二，施工单位盲目追求施工进度，大量缩短混凝土脱模时间，导致混凝土强度低下，郑重混凝土过早地承受荷载，严重破坏混凝土的结构而造成变形裂缝。其三，混凝土脱模后没有进行潮湿养护工作，导致混凝土缺水、干燥，造成隧道衬砌裂缝。
2.沉降裂缝。隧道出现沉降裂缝的原因有两个，其一是，在施工过程中对边墙和仰拱基础部位清理不彻底，混凝土浇筑后导致基底产生不均匀沉降，最后造成隧道的沉降裂缝。其二，对于连拱隧道来说，中隔墙混凝土浇筑后开挖主洞过程中，对中隔墙顶与初期支护之间空洞处理不彻底而出现沉降裂缝。
3.施工缝开裂。这是一种由施工过程中机械故障、停电等原因引起的，特殊的二次衬砌裂缝。因为，施工缝开裂是机械故障与停电等原因导致混凝土浇筑中断时间过长，超过其初凝时间，又没有对接茬部位进行处理，而继续对混凝土进行浇筑形成的一种裂缝。
（三）施工管理方面不善，工程质量不高。我国隧道建设事业虽然取得了不小的成绩，但是在实践中出现了很多问题，问题的根源就在于施工管理方面没有严格按照国家的有关规定程序执行。比如，施工单位使用的混凝土配合比达不到国家规定的强度要求，容易出现施工过程中的衬砌裂缝现象。还有施工单位盲目追求施工进度，施工振捣工作不到位，导致衬砌中有蜂窝，严重降低混凝土强度。施工管理方面的众多不善，对工程质量的影响重大，施工过程中的问题导致工程整体质量的下降。
三、预防隧道衬砌裂缝产生的具体措施
（一）加强对原材料的控制。预防隧道衬砌裂缝的第一步应该要从施工原材料的质量控制开始，做好原材料的质量控制工作，保证水泥、粗骨料、细骨料的质量。隧道工程使用的水泥和骨料等原材料应当符合国家现行标准，大体积混凝土的选择必须考虑混凝土内外温差，选用发热量较低的水泥，从而防止由混凝土内外温差引起的裂缝。细骨料过粗会导致混凝土容易产生离析现象，过细则水泥用量较多增加混凝土自身收缩量，所以细骨料必须选用细度模数控制在2.4～3.0的中砂，这样可以减少因细度模数产生的以上问题。
（二）控制好混凝土浇筑过程。由于高温季节混凝土内水含量损失过快，造成混凝土浇筑特别困难，容易造成干缩裂缝的产生。因此，夏季混凝土的浇筑时间应该避开高温、大风天气，控制好混凝土内水分的含量，保证混凝土浇筑质量。
（三）做好混凝土养护工作。混凝土浇筑完毕后就开始进行养护工作，但是必须在浇筑后12小时后开始养护，且养护时间应当大于14天。对于养护时间的长短具体问题要具体分析，高温季节和重要部位可以适当加长养护时间，并用保水材料覆盖。冬季浇筑混凝土拆模时间可以在5天左右，拆模后要采取保温措施，防止混凝土在寒冷的空气中产生温度裂缝。
（四）完善施工管理体制，提高施工质量。隧道施工单位的每件工作必须按照国家规定的有关规定执行，严格按照设计单位和监督单位要求进行施工，加强每个部门、岗位及员工的工程质量意识，达到完善施工管理体制和提高施工质量的目标。
结语：总之，隧道衬砌裂缝产生的原因很多，对此，隧道工程企业应该采取上文中提到的预防措施，控制隧道衬砌产生裂缝，改善我国隧道的运营安全，减少安全事故的发生，为国家和广大群众营造一个安全舒适的交通环境。
参考文献：
[1]董亮亮.隧道衬砌裂缝产生的原因分析及预防措施[J].科技信息.2011(1)
[2]杨晓龙.关于隧道衬砌裂缝的成因分析与治理探析[J].山西建筑.2007(36)