热力管道下穿西干渠

谢 铭

(太原市政工程总公司，山西 太原 030001)

热力管道下穿西干渠

谢 铭

(太原市政工程总公司，山西 太原 030001)

以太原市集中供热工程为例，对热力管道下穿西干渠工程施工技术进行了研究，详细阐述了导流渠设置、便桥施工、围堰改水、深井降水、土方开挖等环节的技术要点，以供同类工程参考借鉴。

热力管道，降水井，钢板桩，河道

1 工程概述

太原市集中供热南中环主干线新晋祠路到西中环段，敷设两趟DN1 200热力管道，分别为供水管道和回水管道，两管净距离0.73 m。在桩号K2+600～K2+640段下穿西干渠，渠底净宽20 m，采用穿钢套管直埋敷设；管道埋深在河床下5 m；混凝土包封加固；沟槽采用降水大开挖侧壁钢板桩支护的形式，主要施工顺序：

设置导流渠→施工便桥→渠断面围堰、改水→热力管道沟槽两侧降水井降水→沟槽两侧密插钢板桩→拆除两侧渠堤、拆除渠底浆砌片石→开挖土方外弃→基底排水，片石处理基底→安装管道及钢套管→混凝土包封→回填→恢复河道→拆除导流渠、拆除施工便桥。

2 设置导流渠

根据地形情况和施工场地的安排，导流渠设在西干渠西侧，距原西干渠30 m，原干渠渠底标高与渠外的自然地面标高基本相同，导流渠在地面上修筑，地面按渠底标高整平后修筑两侧渠堤，断面为梯形断面，底宽4 m，顶宽8 m，两侧渠堤迎水面采用两排编织袋内装粘性土堆码整齐，背水面夯填土方，为防止渠水渗漏，渠内侧铺两层塑料布抗渗防漏，导流渠全长120 m，过渠道搭设施工便桥一座。

3 施工便桥

施工便桥设在导流渠西北方向，由两排DN1 600混凝土管组成，每排3根，共6根，管底及管两侧浇筑混凝土基础及护管，管出入口两侧垛编织袋与渠坝相接。管顶覆土2 m，便桥宽6 m，长8 m，顶面铺一层20 cm厚的砂砾垫层，浇筑10 cm厚的C15混凝土作为临时路面。

4 围堰改水

由西干渠原渠内的水流改入导流渠内，需在原渠横断面上游筑坝垛编织袋堵水，使水面涨高，由入口进入导流渠内。同样在下游也应码放编织袋，防止下游的渠水倒灌，编织袋坝围堰上下游共设两道。

5 深井降水

5.1 降水井布置

热力管道过西干渠管道埋深在渠底以下5 m。干渠地下静止水位在渠底以下1 m。渠底土质0～1 m为淤泥层，1 m～6 m为淤泥质粉土层，6 m～10 m为粗砂层。

降水井布置于沟槽的两侧，距槽边2 m的位置。井距15 m，每边设2眼，共计4眼，井内直径300 mm，水泵出水口直径100 mm，扬程不小于30 m。

预降水时间10 d，施工期间降水应连续进行，降水深度控制在坑底以下1 m，降水时间至回填工作结束后一周。

5.2 降水井深度的确定

设：管沟槽深度为H，则降水井深度L=H+L1+L2+L3+L4+L5。

其中，L1为水位降至管沟槽最远点以下1 m；L2为水利坡降值，按深井至最远点距离15 m×i,i=1/3，L2=15×1/3=5 m；L3为井内水位位于水泵以上1 m；L4为水泵泵体长，1 m；L5为井内安全深度,5 m。

则：L=5 m+13 m，即降水井深度等于该处管沟槽挖深度加13 m。降水井深度为18 m。

5.3 降水施工

管井施工工艺流程：测量放线→成孔→下管→填料→洗井→安泵→抽水→封井。

1)成孔：采用冲击钻机或反循环钻机泥浆护壁钻孔，井旁设置泥浆池或泥浆沟，深度1.5 m，成孔直径700，成孔深度18.5 m。

2)下管：成孔完毕应立即下井点管，下管时要垂直居中。

3)填料：井滤料从井口四周均匀回填，防止将井点管挤偏，井顶离地面2.0 m用黏性土回填至地面。

4)洗井：用空压机送气吹洗。至水清砂少，出水正常为止。

6 沟槽两侧密插钢板桩支护

6.1 过干渠K2+600～K2+660段钢板桩支护

渠底土质长期受水浸泡，呈淤泥质粉土，无法进行放坡开挖的方式，需采用悬臂式板桩支护槽壁，开挖前由测量人员定出沟槽两侧钢板桩的轴线，板桩的设置位置要符合设计要求，便于管道施工，在沟槽底部留有施工作业面和排水沟。并撒白灰线控制桩位。工字钢板桩一丁一顺密撑。钢板桩规格：Ⅰ40。钢板桩长度12 m，入土深度7 m。

6.2 钢板桩支护计算书

1)计算模型。

板桩下端入土较深时，在土中嵌固，板桩墙后侧除主动土压力EA外，在板桩下端嵌固点下还产生被动土压力EP2。假定EP2作用在桩底b点处。与悬臂式板桩墙计算相同，板桩的入土深度可按计算值适当增加30%。板桩墙的前侧作用被动土压力EP1。由于板桩入土较深，板桩墙的稳定性安全度由桩的入土深度保证，故被动土压力EP1不再考虑安全系数。由于板桩下端的嵌固点位置不知道，因此，不能用静力平衡条件直接求解板桩的入土深度t。在图中给出了板桩受力后的挠曲形状，在板桩下部有一挠曲反弯点c，在c点以上板桩有最大正弯矩，c点以下产生最大负弯矩，挠曲反弯点c相当于弯矩零点，弯矩分布图如图1所示。

2)已知板桩周围土为粉土，γ=18 kN/m3，Φ=20°，距板桩外1.5 m有30 kN/m2的均布荷载，基坑开挖深度h=5 m。

入土深度求解，当Φ=20°时：

a.计算作用于板桩上的土压力强度并绘出土压力分布图；

b.朗金主动土压力系数Ka=tan2(45°-20°/2)=0.49；朗金被动土压力系数Kp=tan2(45°+20°/2)=2.04。

eAh=γhKa=18×5×0.49=44.1 kN/m2；

eAq=qKa=30×0.49=14.7 kN/m2。

所以：Pb=eAh+eAq=44.1+14.7=58.8 kN/m2；Yq=tan(45°+20°/2)×1.5=2.14 m。

c.计算y值。

y=Pb/γ(K×Kp-Ka)=58.8/18×(1.6×2.04-0.49)=1.17 m。

d.按简支梁计算等值梁的两支点反力Ra和P0。

∑Mc=0。

P0=[0.5×5×44.1×(2/3×5-1)+(5-2.14)×14.7×((5-2.14)/2+2.14-1)+(58.8×1.17)×(5-1+1.17/3)]÷(5-1+1.17)=129.07 kN。

∑Q=0。

Ra=0.5×5×44.1+(5-2.14)×14.7+0.5×1.17×58.8-129.07=58.19 kN。

e.计算板桩最小入土深度。

x=√{5×129.07/[18×(1.6×2.04-0.49)]}=3.6 m；

t0=y+x=1.17+3.6=4.77 m；

t=1.3×t0=6.2 m。

板桩总长L=h+t=5+6.2=11.2 m。

f.选择钢板桩截面。

先求钢板桩所受最大弯矩Mmax，最大弯矩处即为剪力等于零处，设剪力等于零处距板桩顶为x，则：

Ra-0.5x2γKa-(x-yq)=0。

则：58.19-0.5×18×0.49x2-(x-2.14)×30×0.49=0。

整理得：x2+3.33x-27.86=0。

x=3.867 m。

Mmax=Ra(x-0.5)-[0.5x2γKa×x/3+(x-yq)2/2×q×Ka]=58.19×(3.87-0.5)-[0.5×3.872×18×0.49×3.87/3+(3.87-2.14)2/2×30×0.49]=132.89 kN。

采用Ⅰ40钢板桩，W=1 600 cm3。

f=132 890×0.74/1 600×10-4=61.46 MPa<0.5×[f]=100 MPa。

6.3 板桩施工方法

施工的顺序：板桩准备→板桩打设→偏差纠正→拔桩。

板桩施打：板桩用吊机带振锤施打，施打前一定要熟悉地下管线、构筑物的情况，认真放出准确的支护桩中线。

打桩前，对板桩逐根检查，剔除锈蚀、变形严重的普通板桩，不合格者待修整后才可使用。

打桩前，在板桩的两翼内涂油脂，以方便打入拔出。

在插打过程中随时测量监控每块桩的斜度不超过 2%，当偏斜过大不能用拉齐方法调正时，拔起重打。

保证板桩顺利合龙。

板桩的拔除：拔桩采用振动锤拔桩：利用振动锤产生的强迫振动，扰动土质，破坏板桩周围土的粘聚力以克服拔桩阻力，依靠附加起吊力的作用将桩拔除。

板桩土孔处理：对拔桩后留下的桩孔，必须及时回填处理。回填的方法采用填入法，填入法所用材料为砂。

7 土方开挖

拆除两侧渠坝、渠底浆砌片石，用挖掘机装炮锤进行拆除，拆除物用装载机二次倒运至渠堤装车外弃。

渠内土方采用两台1 m3挖掘机进行开挖，一台挖沟槽及渠堤土方，将土方堆放于槽边，另一台二次倒运装车外弃。开挖前向机械司机详细交底。交底内容包括挖槽断面、深度、堆土位置、地下情况等。开挖时严格控制槽底高程和宽度，防止超挖。槽底要留20 cm，由人工清槽，杜绝超挖和扰动土基现象。

为减少坑底暴露时间，开挖前将片石、碎石等地基处理材料备于沟槽附近。在基坑开挖过程中和开挖后，应保证深井降水的正常进行。

8 基底处理

槽底土质为软弱的含水量达到饱和状态的淤泥质粉土，需进行软基处理，插500 mm片石用碎石嵌缝，上垫300 mm厚细砂，验槽合格后方可开始安装管道。

9 管道安装

根据西干渠特殊的地形条件，管道应先制定安装方案，可将两节12 m长的管子预先焊接成24 m长的管组，再将DN1 600钢套管套在管组中间，用平板拖车经施工通道运输至渠堤上，用两台300 t吊车在管组的两个端头对称起吊，同时用铲车挖机配合吊装管道。按管道的中心线和管道坡度安装管道，管道下面用25 cm×25 cm×400 cm的方木管枕支垫稳固，以便于包封混凝土的浇筑。

10 管道混凝土包封

管道安装完成验收合格后，四周采用商品混凝土包封。混凝土标号C30，矩形断面长4.2 m，高1.8 m。管两侧安装钢模板支撑牢固。采用泵车浇筑，插入式振捣器振捣密实。两管中间和管下部的混凝土要仔细振捣防止漏振。浇筑完毕覆盖土工布洒水养生。

11 管道试压

过渠段的管道应按设计参数及规范的规定进行强度试验和严密性试验。试压管道用堵板封堵两端。采用水压试验向管内注水，升压应缓慢、均匀。

1)管道内的压力升至1.5倍工作压力后，在稳压的10 min内应无渗漏。

2)管道内的压力降至工作压力，用1 kg重的小锤在焊缝周围对焊缝逐个进行敲打检查，在30 min内无渗漏且压力降不超过0.2×98.1 kPa即为合格。

3)试压合格后，应拆除盲板，核对记录，并填写供热管网水压试验记录。

12 回填

管沟采用细砂回填，分层夯实，回填至包封混凝土顶以上500 mm，将两侧的钢板桩拔除再回填素土分层夯实。

13 清理恢复河道

河道内的土方拆除物等应全部清理出河道，采用人工配合铲车倒运出河道外装车外弃，按原渠断面的尺寸重新恢复河道。夯筑渠坝土方，砌筑浆砌片石护底护坡。拆除导流渠、编织袋围堰、施工便桥等拆除物全部装车外弃。

The underway canal of heat pipe

Xie Ming

(TaiyuanMunicipalEngineeringCorporation,Taiyuan030001,China)

Taking the centralized heat supply engineering in Taiyuan as an example, this paper researched the construction technology of heat pipe underway west canal engineering, described in detail the techniques key points of diversion channel setting, bridge construction, cofferdam water improvement, deep well precipitation, earth excavation and other aspects, for similar engineering reference.

heat pipe, precipitation well, steel sheet pile, river

2015-02-10

谢 铭(1966- )，男，工程师

1009-6825(2015)12-0089-03

TU745

A