大管径PCCP管道交叉穿越方案比选研究

王 冬

(辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110003)

1 概况

预应力钢筋混凝土管(PCCP)是一种复合管材[1]，具有高密封性、高强度、高抗渗性的技术特征[2]，其制造和安装技术发展很快[3]，且均已成熟[4]，已经全面地应用到了我国长距离输水工程中[5]，大管径PCCP管道安全和质量控制，也是“十一五”科技研究的重要内容[6]。

辽宁省某重点输水工程为一项大型跨流域调水工程，主要由水源工程和输水工程两大部分组成。其中输水工程管线部分施工项目主要包括PCCP管、钢管、管道阴极防腐、各类阀井、过河、过路等。

本施工段主管道为4根DN3200的PCCP管或钢管，施工至桩号GC120+550处将穿越国电康平电厂水源管道，呈52°斜交，如图1、图2所示。穿越处为四管同槽，从康平电厂水源管道下方倒虹式穿越，管顶埋深为6.3m。康平电厂水源管道为1条DN1200的PCCP管，管顶埋深2.2m。此处地质情况：顶部为耕植土，杂色，埋深0.3～0.9m；上部为粉质黏土，黄褐色，潮湿可塑，层底埋深8.0～9.6m；底部为全风化安山岩，灰绿色呈砂状，中密状态。设计开挖边坡坡比：一侧(动载)为1∶1.50，堆土一侧(静载)为1∶1.25。

图1 穿越康平电厂水源管道平面图

图2 穿越康平电厂水源管道纵断面图

2 穿越方案介绍

经反复研究，定以下三种可能的穿越方案。方案一：水源管道改线方案，如图3所示；方案二：下部支撑方案，如图4、图5所示；方案三：顶管方案，如图6所示。

2.1 水源管道改线方案

2.1.1总体设计

(1)将电厂水源管道永久改线到某重点供水管道GC120+637.1管顶。

(2)及时对安装的管道进行回填[7]，然后在GC120+637.1某重点供水管道管顶修建电厂水源管永久改线段，改线段全部施工完成后再与原水源管线闭合。改线段水源管道采用DN1200钢管，在转弯处设计混凝土镇墩。

(3)改线的水源管道焊接、防腐、回填完成和混凝土镇墩完成后，电厂水源管道停止通水，将水源管道放空。再将原水源管道拆除，将改线管道与原水源管道联接，在最短时间内恢复水源管道通水。

(4)将穿越处的原水源管道拆除，供水管道正常施工。

图3 改线方案示意图

2.1.2费用分析

改线方案的预算费用为2107368元，详见表1。

表1 穿越电厂水源管道方案1(改线方案)施工费用分析

2.2 下部支撑方案

2.2.1总体设计

电厂水源管道正常运行。在电厂水源管道下方采用灌注桩和纵横梁系统对电厂水源管道进行有效支撑。

(1)在电厂水源管道两侧设计两排灌注桩，灌注桩深入到管槽基底以下10m，灌注桩顶比电厂管道底部低0.7m。为减少地基扰动，方便施工，灌注桩计划在地面上施工，届时桩顶端有一部分为空桩，不浇灌混凝土。

(2)在灌注桩顶平行于电厂水源管道浇筑混凝土纵梁，在电厂DN1200、PCCP管道底部分段浇筑支撑横梁，横梁两端支撑在纵梁上。最后，灌注桩、混凝土纵梁和横梁形成一个支撑系统。

(3)等纵梁和支撑横梁混凝土强度达到之后，进行供水管道穿越施工。

图4 下部支撑方案示意图

2.2.2费用分析

方案二的施工费用预算总额为2102381元，详见表2。

表2 穿越电厂水源管道方案2(下部支撑方案)施工费用分析

2.3 顶管方案

2.3.1总体设计

顶管为内径4m、外径4.8m的PCCP管，顶管长度39m。某重点输水工程GC120+471.505～GC120+666.310段通水管道改用钢管。为保证顶管施工安全距离，某重点供水管线间距设计为13m。管线在穿越前拉开距离，穿越后再回归到原设计轴线上。

图5 下部支撑方案剖面图

工作井和接收井均采用沉井方案。在地面上分层向上浇筑工作井和接收井。井的浇筑按B线→D线→A线→C线的顺序依次进行，接收井和工作井同时施工。井整体浇筑完成后，在井内开挖，将井沉到设计位置封底，进行顶管施工。在工作井内进行钢管的组装焊接，完成一节向顶套管内移动一节，直至钢管到达接收井内。在顶套管的端头将钢管与顶套管间的空腔进行封堵，注入水、泥浆。开挖井上下游管槽，对上下游井壁管道部位进行拆除。

图6 顶管方案示意图

2.3.2费用分析

顶管方案施工费用预算总额为11780391元，详见表3。

3 穿越方案比较分析

电厂水源管道改线方案，工期约50d，可比性投资210.7万元。此方案的优点是工期最短，费用较少，施工简便且便于管理。缺点是需要将康平电厂水源管道停水和放空。穿越处水源管道为其管线最低点，与上游落差33m，附近水源管道未设置闸阀，需放空段长度约为9km，放空水量约为10179m3。管道输送的是沈阳市的污水，无处排放；另外康平电厂水源管道仅此一条，无备用水源，停水将造成电厂巨大的经济损失。

表3 穿越电厂水源管道方案2(下部支撑方案)施工费用分析

下部支撑方案，工期约80d，可比性投资210.2万元。此方案的优点是工期满足进度要求，费用较少。缺点是施工管理难度较大，因为电厂水源管道输送的是沈阳市的污水，同时这条管线是电厂的唯一水源，容不得发生泄漏事故。另外，此段地质条件复杂，地下水丰富。当然为了克服缺点，需要加强排水和施工管理。

顶管方案，工期150d，可比性投资1178万元。顶管方案最主要的优势是施工安全，对电厂水源管道几乎不产生扰动。但是工期长、费用大，无法保证合同工期完成。

综合上述边界条件，选择下部支撑方案。

4 下部支撑施工技术要点

灌注桩施工：为加快施工进度，减少对原管道的影响，灌注桩施工在原地面进行。设计了17根灌注桩，灌注桩直径80cm，桩长12m。灌注桩采用反循环回转钻机进行造孔，25t汽车吊垂直起吊钢筋笼，分节焊接成整体入孔(钢筋笼在钢筋加工厂按起吊高度分节制作运至现场)，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土罐车水平运输，混凝土直升导管法浇筑灌注桩混凝土。

施工降水：为确保穿越施工始终在干地进行，边坡稳定不易发生塌方[8]，在管槽两侧上开口线外2m各打1排降水井。管槽降水区以水源管道为中心，长度计划100m，根据计算结果，每7m布设1眼钻井，每侧布设14眼降水井。施工中根据降水效果适当调整。开挖时注意对降水井的保护。

水源管道开挖：水源管道1m范围内用人工开挖，为避免坍塌，需用钢板桩支护。挖至管腰时，开始掏空管道下部，尤其注意保护所有接缝处的原状土不予开挖、留作支撑。掏空处支护模板，浇筑混凝土横梁和纵梁。

水源管道回填：某重点输水工程穿越施工完成后，进行回填，回填至康平电厂高程时，电厂水源管道采用中粗砂回填，从管底悬空部位至管顶采用水撼砂，按试验确定的碾压参数逐层压实，以避免沉降。

5 结语

近几十年来，为改善用水环境，大型输调水工程在全国大量兴起，而PCCP作为重要输水管道被广泛应用[9]，同时交叉穿越工程变成了重要课题[10- 11]。以实际工程为例，通过研究大口径PCCP穿越PCCP的各个比选方案，选用下部支撑方案，同时总结和论述了下部支撑方案的施工技术要点。穿越施工克服了地质条件复杂、施工管理难度大等困难，实际工期75d，投资210.2万元，完工至今近3年，运行良好，为我国大口径PCCP穿越PCCP积累了宝贵经验。同时要注意到，交叉穿越仍然是一个重要课题，笔者未对施工管理展开研究，而完善的现场管理体系也是保证工程顺利完成的关键[12]。