辽宁重点输水工程PCCP管道过河施工技术分析

赵翼行

(辽宁省水利厅，沈阳110003)

1 工程概述

本工程所穿越的河流位于沈阳市内，管线穿越本河流处为4 条管线两管同槽，分为F 槽与C 槽。管道采用C30 混凝土基础。

根据地质勘查报告:地下水位埋深为1.5 ～2.9 m，地下水类型为第四系孔隙潜水，主要接受大气降水及地表水补给，并以地下径流的方式排泄出去，主要含水层为粉细砂层，中等透水性，洪水期秀水河河水补给地下水。穿越秀水河桩号长度1 814 m，管道长度3 628 m。计划安装工期79 d，平均每天安装强度10 节。

2 导流建筑物施工要点分析

本穿越工程导流标准为非汛期汛后5 a一遇。本着满足导截流要求，结合工程进度安排要求，过河主河床段穿越施工导流方法为:采用全断面围堰，导流明渠导流。导流分两次进行:一期导流修筑上下游围堰和一期导流明渠，二期导流修筑二期上游围堰和二期导流明渠。一期导流施工结束后拆除一期围堰，开挖二期导流明渠和修筑二期围堰，二期导流后施工至结束。

导流明渠为临时工程，既要考虑秀水河水情，满足导流要求，又要节约用地，合理安排。根据施工时段，按枯水期汛后流量设计导流。穿越的河流枯水期汛后流量为2.3 m3/s。故导流明渠应满足过水流量为Q =2.3 m3/s

导流明渠按上口宽5.5 m，底宽3.5 m，水深1 m经计算满足导流要求。

导流明渠标准断面为倒梯形(坡比1∶1)，渠底高程为52.60 m。导流明渠与管线开挖的基坑距离要＞20 m。导流明渠采用彩条布防渗和防止冲刷破坏。围堰结构采用土石围堰，堰顶高程53.60 m，堰顶宽3.0 m，迎水面坡比为1:2.0，背水面坡比为1∶1.5。迎水面摆放装有沙土的编织袋防护，防护层厚度0.5 m。围堰防渗采用复合土工膜(两布一膜)。导流明渠采用1.6 m3挖掘机挖土，土方堆在明渠两侧以便回填。由于围堰工程量较小，采用1.6 m3挖掘机就近取料，DL160 推土机摊铺、压实，迎水面人工摆放装土编织袋，人工铺设土工膜。在穿越段建筑物施工完成后，拆除围堰;采用推土机推运，就近平整，恢复原河道。导流明渠按照设计要求回填。

3 降排水施工要点分析

通过导流及降排水措施保证干地施工，满足基坑开挖、管道安装、防护、填筑施工的要求，方便设备和作业人员在工作面施工作业。

由于穿越过河段地质为粉细砂，开挖降水方法采用管井降水结合明排。

本工程沟槽深度10 ～11 m，底宽11.5 m，放坡系数1∶1 ～1∶1.25。要求地下水位低于开挖基底≥0.5 m 以下，综合考虑最小降深为12 m。本工程采用井点降水，同时基槽开挖也设置明沟，收集基槽中和边坡局部渗出的地下水和其他施工时的地下水。本工程为双线安装，考虑施工场地布置及施工操作的影响及安装顺序，先降F 线沟槽地下水，C 线施工前再降C 线沟槽地下水。管井沿沟槽布设。

基槽降水的涌水量与施工现场水文地质条件、基槽的形状、大小及补给水边界条件等有关。根据工程地质勘察报告所提供的工程水文地质条件，本工程降水按无压非完整井计算。渗透系数K =4 ～8 m/d，取6 m/d，滤水管确定长l =2 m。井点沿沟槽外缘布置。

3.1 井点管埋深

式中:H 为井点管埋设深度，m;H1为井点管埋设至基槽底面的距离，m;△h 为降水后地下水位至基槽底面的安全距离，m，一般为0.5 ～1 m;i 为水力坡度，单排线状井点可取1/4;L 为井点管至水井中心的水平距离，m;l 为滤管长度，m，经计算H =17.8 m，取18 m。。

3.2 影响半径R

式中:S 为井点管内水位降深值，m;取15 m;H =S+L=17 m;R =207 m。

3.3 有效深度H0

3.4 基槽涌水量

采用大口井法来预测基槽涌水量。将窄长式基槽看作一个“大井”，本方案按100 m一单元计算，其计算半径

基槽渗水量Q = 1.364K ×(2H0－S)S/(lg(R +X0)－ lgX0)=7 929 m3/s。

3.5 每根井点最大出水量计算

式中:L 为有效过滤器长度，本工程取值为2.0 m;d为滤水井管半径，本工程取值为0.3 m。

3.6 确定井点数

n = 1.1 × Q/q =25.4 取28。

3.7 井点管最大间距

D =100/14 =7 m。

3.8 抽水设备选择

每一个管井安装一台水泵进行抽水，由于本工程降水深度较大，考虑到潜水泵安装简便、耗能少、效率高、成本低，采用深井泵式潜水泵。根据井点的进水量，选用潜水泵型号为150QJ 32—30。

根据计算结果，井点沿基槽外缘每7 m钻井一眼。施工中根据降水效果适当调整。

在两侧距离井点2 m 处设置排水沟，将地下水明排至自然沟渠。排水沟底宽0.5 m，沟底铺设塑料布防止水回渗。在沟槽内两侧设置排水沟，但它只是收集基槽中和坑壁局部渗出的地下水和其他施工时的地下水，将收集的水通过泵排到地面排水沟内。降水井钻孔直径为φ600，全孔下入外径φ400，内径φ300 的无砂滤水管，管底封死，管外填滤料。滤料的规格2 ～7 mm。滤料填至孔口以下1.0 m，上部回填粘土封至孔口。

4 管线开挖技术要点分析

沟槽分3 层开挖:

1)第一层开挖高度4 m，第二层开挖高度4 m，第三层开挖至管底高程以上200 mm，该层开挖高度3 m，沟槽深度按管道埋深6 m 覆土考虑。第一层、第二层开挖工作面的距离控制在100 ～200 m。

第一层开挖2 台液压反铲配合，沿纵向退挖甩土出槽后，再用推土机推运至堆土区。

2)第二层开挖3 台2.1 m3挖掘机(开挖)和4台1.6 m3挖掘机(甩土)配合，沿纵向退挖甩土出槽后，再用挖掘机甩土至堆土区。

3)第三层开挖采用1 台液压反铲甩土至第二层，由第二层反铲甩土出槽［1－3］。

5 基础混凝土施工技术要点分析

所有材料提前进场并完成实验检测，储存数量满足3 ～5 d施工需要。储存散装水泥200 t，满足3 d施工需要。储存粉煤灰100 t，满足4 d混凝土施工需要。储料场储存粗细骨料1 000 m3，满足3 d施工需要。所有拌合和运输设备提前进行检修保养，确保设备完好率。设置集中拌合站，拌和系统配备JS1000 拌和机一台及PL1600 型三斗自动化配料系统一台，以及相应的输助设施。配料机采用全自动微机控制，电子称量配料。拌合系统占地面积800 m2，辅助设施主要有:水泥罐2个，粉煤灰罐1个，储存散装水泥200 t，储存粉煤灰100 t，20 m3水箱一个，储料场一处，总容积1000 m3。各骨料堆之间设置1.2 m 高砖砌挡墙，防止骨料混杂。拌和机生产率为30 m3/h，有效利用率按80%计算，生产混凝土24 m3/h。每10 h一班可生产混凝土240 m3。按照混凝土施工强度，每天完成25 m，混凝土方量为25 m×10 m3/m =250 m3，按照两班生产拌合能力满足要求。混凝土运输配备6 台12 m3搅拌运输车，按每车次运输10 m3计算，运距18k m，车速按平均30 km/h计算，往返一趟需1.2 h，装车时间0.5 h，卸料时间按1 h计算，混凝土浇筑每个循环需要2.7 h，加上不确定因素，按每个循环3 h计算，每台罐车每天运输5 趟，6 台车每天运输300 m3混凝土，满足混凝土浇筑需要。

6 管道安装施工技术要点分析

管道安装采用中联QUY350 履带吊安装。管道安装为4 管分槽铺设。当QUY350 履带起重机起重为66.1t 时，作业(回转)半径达28 m(超起配重50 t见QUY350 工况载荷表)，满足本工程安装作业的需要。

表1 QUY350 工况载荷表

7 格栅石笼技术要点分析

1)石材:采用卵(块)石，尺寸:80 mm ＜D ＜250 mm;级配较好，不均匀系数≥5。

2)土工格栅应为黑色，网孔大小、形状均匀，抗拉强度≥30 kN/m;格栅的任一部分在阳光下曝晒25年后，其抗拉强度不小于初始抗拉强度的90%;双向土工格栅，AL≤50 mm;AT≤50 mm。

3)格栅连接材料采用高密度聚乙烯(HDPE);单根绳子抗拉强度≥20 kN;格栅搭接重合宽度:≥50 mm。

穿越河流格栅石笼需块石2.4 万m3，每天需要块石300 m3，考察了石场储量与质量并取样试验，3家石场储量满足施工要求，质量满足设计要求。做到提前订货，确保供应。土工格栅提前2个月进场，做好试验检测工作，确保材料合格，满足设计要求。土工格栅的铺设应满足规范和设计要求，并尽量减少接缝的数量，土工格栅的铺设应与周边填筑同步。

8 土方回填技术要点分析

堆土区侧采用反铲挖掘机送土到基坑。另一侧采用土方开挖区运回的开挖土料，反铲挖掘机送土到基坑，反铲回填高度距回填面不超过1.0 m。管道之间回填采用16 m 长臂反铲挖掘机送土顺简易溜槽下料到基坑，严禁在管道上方高处倾倒回填料。基坑内采用人工铺料。管道之间的回填压实应与管道至沟槽壁之间的回填压实对称进行，每侧回填高度差不应超过一层填筑厚度，做到两侧同时回填均匀上升。管顶以上500 mm 范围内采用挖掘机填土、摊平;当土回填到PCCP 管顶部1 m 时，采用推土机推土到位。

9 结 论

本工程施工，导流、降排水和快速安装、回填四个施工工序在整个施工工序中占有举足轻重的作用。本着满足导截流要求，结合工程进度安排要求，过河主河床段穿越施工导流方法采用全断面围堰，导流明渠导流。PCCP 可在不同类型的地形基础上进行安装，主要有素土平基、弧形砂基以及砌筑基础。所谓砌筑基础是指条形支墩和片石灌浆支撑，主要是用在地基承载力较差地段，需要对地基进行处理，由其实在过河施工段，降水效果的好坏决定了安装质量的成败。在过河段施工，应开挖及时，降水及时，安装速度要加快，把功效提高到最高。

［1］张社荣，张彩秀，顾岩. 预应力钢筒混凝土管(PCCP)的设计、生产、施工及数值分析［M］. 北京:中国水利水电出版社，2009:25 －26.

［2］李鹏程，预应力钢筒混凝土管(PCCP)工程［M］. 北京:中国水利水电出版社，2012:11 －13.

［3］沈自力. 工程地质与水文地质［M］. 郑州:黄河水利出版社，2010:6 －10.