穿越跨越南水北调中线干线工程型式及安全措施分析

2016-03-13付超云陈勤冯瑞军

河南水利与南水北调 2016年9期

关键词：干线安全措施干渠

□付超云□陈勤□冯瑞军

（1河南省水利勘测设计研究有限公司;2黄河勘测规划设计有限公司）

穿越跨越南水北调中线干线工程型式及安全措施分析

□付超云1□陈勤2□冯瑞军1

（1河南省水利勘测设计研究有限公司;2黄河勘测规划设计有限公司）

文章对与南水北调中线干线工程交叉的工程进行了分类，并对不同穿越跨越型式的选择影响因素加以分析，提出在进行交叉方案比选时，应针对南水北调中线干线工程不同的建设运行阶段、总干渠的结构断面、地质情况和建筑物的类别、投资和后期的运行管理进行综合分析，合理选择。对穿越跨越南水北调中线干线工程安全措施从设计和施工等方面进行了分析论述，为类似交叉工程的设计、施工提供了一定的借鉴参考价值。

南水北调；穿越；跨越；型式分析

0 引言

南水北调中线干线工程总干渠从丹江口水库陶岔渠首引水，至北京团城湖和天津，输水干渠全长1432km。工程跨越长江、淮河、黄河和海河4大流域，途径河南、河北、北京和天津。工程于2014年全线正式通水运行。随着社会经济发展城市规模的不断扩大，各种配套设施不断完善，工程沿线不可避免会有建筑物或管线与南水北调中线干线工程存在交叉，需穿（跨）南水北调中线干线工程总干渠，为了避免建（构）筑物在穿（跨）越总干渠施工期或运行期对南水北调中线干线工程的工程安全、水质安全和运行安全产生影响，南水北调中线干线工程建设管理部门对穿（跨）越工程布置和设计标准分别提出了一定的要求，并要求从结构和施工上分别采取相应的安全措施。文章对不同类别的穿、跨越南水北调中线干线工程型式选择进行分析，并对安全措施进行分析探讨，对南水北调中线干线工程交叉工程的设计、施工均有一定的借鉴参考价值。

1 穿越跨越南水北调中线干线工程型式的选择

1.1 穿越跨越工程分类

穿越跨越南水北调中线干线工程主要包括穿越工程、跨越工程和邻接工程，其中穿越工程系指在南水北调中线干线工程管理范围内采用下部穿越方式建设的工程；跨越工程系指在南水北调中线干线工程管理范围内采用上部跨越方式建设的工程；穿越跨越工程主要是指在南水北调中线干线工程管理范围和保护范围内建设的桥梁、码头、公路、铁路、地铁、船闸、管道、缆线、取水、排水等工程。结合目前穿越跨越总干渠的工程案例，上部跨越工程主要为铁路、公路、高压线、各类管道等，分别以修建桥梁或桩柱、杆塔等独立式支撑架空型式完成跨越。下部穿越主要为铁路、公路隧道、城市管廊和各类输水、输气管道等，分别以明挖或非开挖的型式完成工程下部穿越，非开挖一般为顶管、盾构和定向钻穿越。

1.2 穿越跨越工程型式的选择

1.2.1 上部跨越

上部跨越即交叉工程从南水北调中线干线水面以上以架空的型式跨越总干渠，由于渠道开口较宽同时需满足相关的规范技术要求，上部跨越跨径较大，一般以桥梁、渡槽或以独立支撑架、杆塔等型式完成跨越。

选择上部跨越除工程本身限制条件外，如自流重力流管道水力比降、道路坡度等，根据南水北调中线干线工程相关技术要求，还需考虑以下几个制约影响因素：①跨越处总干渠渠道开口宽度和管理占地范围，根据相关跨越技术要求，跨越工程布置应采用主跨一跨跨越中线干线工程管理范围，不得占用渠道过水断面，因此主跨跨径一般在100m以上，跨径比较大，结构复杂，投资较多；②总干渠渠道左右岸运行道路净空高度的限制，根据《公路工程技术标准》规定，运行维护道路设计净空高度≥4.50m，因此上部跨越工程跨越渠道高度比较高；③上部跨越布置对中线干线防洪的影响，跨越总干渠建筑物布置不得对总干渠左右岸的防洪产生影响，不应影响渠道两侧的排水沟、截流沟等排导水设施功能，不应修建在渠道两侧的排洪建筑物进出口处；④施工条件，在南水北调运行期间穿（跨）越工程建设施工不得在过水断面内搭设支架、堆放建设材料，且不得有坠落、撒漏弃水弃渣等，对总干渠水质安全产生影响，故跨越施工需采用封闭、独立的施工措施，与此同时，在施工过程中还需考虑总干渠右岸供电专线高压线的影响，防止出现施工伤亡事故。

除以上主要影响因素外，选择上部跨越布置还不得对总干渠附近建筑物产生影响，尤其要满足对总干渠右岸35kV供电专线净空的要求。此外，中水、污水、输油及输送有可能污染水质的液体管道不应采用跨越方式跨越中线干线工程的渠道工程。

1.2.2 下部穿越

下部穿越主要为以明挖或非开挖的型式完成工程下部穿越，鉴于目前干线工程已正式通水运行，已不具备明挖施工的条件，故下部穿越只能选择非开挖的方式穿越。

选择下部穿越除工程本身限制条件外，根据南水北调中线干线工程相关技术要求，主要还存在以下几个制约影响因素：一是穿越处地质条件是下部穿越的主要影响因素，如岩层和土层、是否存在湿陷性、地震液化、膨胀性等，需针对不同的地层采取不同的施工措施和器械。二是穿越的深度和长度，根据要求，如采用顶进或盾构等暗挖方法施工时，渠道底板以下管顶埋深不应小于穿渠管道或箱涵最大外径的2倍，且≥5m，采用定向钻方式时，对全填方渠段，管顶埋深不应小于原地面线以下10m，挖方及半挖半填渠段，管顶埋深不应小于渠底以下10m；穿越进出口应布置在中线干线工程一级水源保护区以外的合适地点，综合以上要求，穿越管线或箱涵的长度较长，深度比较深，投资一般比较大。三是施工技术难度比较大，由于中线干线工程渠道过水断面采用土工膜加混凝土衬砌，故在穿越施工过程中对渠道下部土体变形要求比较高，施工应采用严格的监测和控制措施。同理，除以上影响因素外，穿越工程布置亦不得对中线干线工程临近建筑物及防洪安全产生影响。

综上，上部跨越和下部穿越各自存在着一定的影响制约因素，在进行交叉方案比选时，应针对南水北调中线干线工程不同的建设运行阶段、穿（跨）越位置处总干渠的结构断面、地质情况和穿（跨）越工程建（构）筑物的类别、投资和后期的运行管理进行综合分析，合理选择。

2 穿越跨越南水北调中线干线工程安全措施分析

2.1 提高设计安全等级

穿越、跨越工程建筑物的安全等级不应低于中线干线工程主体建筑物的安全等级；管道工程穿（跨）越段设计等级、输电线路穿（跨）越段设计安全系数应在原设计基础上提高一个等级；通过提高交叉段建筑物的安全等级、安全系数，基本可以避免在正常的运行过程中交叉建筑物首先破坏从而影响渠道的正常运行。

2.2 材料的选择及防腐

穿越、跨越工程建筑物建筑材料应选择不易锈蚀、材料轻、施工、检修方便的建筑材料，需防腐的应加强防腐，且防腐材料不得对总干渠的水质安全产生影响，以定向钻管道穿越总干渠为例，在保证管道自身壁厚要求外，在穿越段壁厚提高一个等级，加强级防腐，同时加阴极保护。

2.3 加强渗控措施

为防止地下水沿穿渠建筑物纵向结合土带形成渗流通道，导致建筑物周边土壤的渗透破坏，从而影响建筑物自身及总干渠安全运行，需加强渗流控制。

由于南水北调总体地势为左岸高，右岸低，为防止左岸洪水、积水沿管道、箱涵外壁向右岸渗透，从而形成渗流通道，首先应在穿越管线、箱涵的起止端做好截渗，设置截渗环。同时，非开挖施工顶进或定向钻完成后，泥浆干缩变形，在管道、箱涵外壁与土体之间一般会有空隙，为防止渗流通过的形成和总干渠土体沉降，还应对该空隙进行二次注浆，保证管道、箱涵的外壁与土体之间密实。

2.4 施工精度控制

由于南水北调输水量大、渠道断面设置有土工膜、保温板等各项设施，破坏后难以修复等特点，要求穿越工程施工精度比较高，一般非开挖穿越在钻（挖）进施工过程都是采用定位导向系统，为了提高系统的准确性同时避免外界的干扰，一般会采用布置人工磁场的方式解决南水北调35kv输电线路和高压线等磁场的影响，在穿越起止点各布置一个磁场，利用直流电流产生的稳定磁场来加强探头所处区域内的磁场，屏蔽外界其他不稳定磁场的干扰，使测量数据更准确。

2.5 加强施工期的安全监测

为确保工程穿越总干渠施工的精确实施，确保施工影响区域内南水北调总干渠的安全稳定，为控制施工对南水北调总干渠的影响提供判断数据，及时为施工提供反馈信息，在穿越施工过程中除监测穿越工程自身的位置和变形外，还应对总干渠的内部土体变形和外观进行实时监测，通过测量数据的分析，掌握总干渠稳定性的变化规律，随时根据监测资料调整施工技术参数，消除安全隐患，也是工程信息化施工的重要组成部分。

除以上安全措施以外，为保障穿（跨）越工程在施工期、运行期总干渠的水质、结构、运行安全，根据不同的建筑物类型还应采取相应的措施，如桥梁跨越工程，施工应采用封闭施工，防止施工杂物或养生水洒落总干渠；为保障运行期总干渠的安全，在桥梁桥面设防撞墩，防护网，为防止桥面雨水、污水流入总干渠，还应设置排水系统，排至总干渠一级水源保护区范围之外。