双壁拼装钢围堰在渠道应急抢险中的应用

王淑澎，王聊杨

（南水北调东线山东干线有限责任公司，山东 济南 250109）

南水北调东线工程山东境内长1 191 km，南北干线长487 km，东西干线长704 km，其中衬砌渠道长337.7 km。大部分为挖方渠道，地下水位高，渠道易出现衬砌板鼓板、裂缝、塌陷等缺陷，更易发生扬压力破坏，常年需要蓄水保护。一旦出现突发事故，渠道堵塞，进行抢修时，需要先打排渗井，将地下水位降到渠道底板以下，才能进行施工。工程量大，施工工期长，特别是上下节制闸距离较长的渠段，因此而造成的损失巨大。如果采用填筑土质围堰或草袋围堰虽可减少排渗渠道的长度，但土质围堰、草袋围堰难以拆除干净，特别是在衬砌渠道上，容易对渠道的衬砌造成破坏。

为此，本文设计了一种针对衬砌渠道维修的双壁拼装钢围堰，该钢围堰利用衬砌渠道的断面形状相对规则的特点，采用标准钢模板组合式装配，橡胶、遇水膨胀密封条等进行缝隙间的密封，具有造价低、组装快、重复使用的特点。

1 双壁拼装钢围堰设计

本文基于南水北调东线工程小运河段（设计桩号25+327-60+638）边波比为1:2.5 的衬砌渠道对双壁拼装钢围堰进行设计。双壁拼装钢围堰基于标准钢模板设计，由若干矩形围堰和异型围堰通过螺栓或专用卡扣连接组装，两壁间用角钢桁架焊接而成。组装完成后通过锚索固定在岸坡地锚上，形成稳定的结构体系。

根据小运河输水河道设计，渠底宽25 m，边坡比1∶2.5，渠底高程28.10 m，最高设计水位33.46 m，该处地下水位为30.20 m，设计输水流量50 m3/s。矩形围堰模块横向宽度取5.0 m，渠坡处异型围堰模块横向宽度取3 m。钢围堰顶部设计高程比设计最高水位应高出0.3 m～0.5 m[1]，经计算矩形围堰模块高度取2.5 m，异型围堰模块高度分别取2.5 m、1.2 m。围堰的迎水面焊接拉环，根据渠道的断面形状确定拉环的位置，位于水压力的重心，一般1/3 水深处，用于围堰的固定。

1.1 围堰模块

围堰模块由上下游两块挡水钢模板、角钢桁架支撑组成，边坡处按坡度和底角形状加工成异型围堰模块。两块挡水板间距为1.0 m，通过角钢桁架支撑焊接、螺栓或卡扣连接形成围堰模块。相邻两围堰模块之间连接处粘贴橡胶密封层，围堰模块与渠堤、渠坡接触处粘贴遇水膨胀胶条。

1.2 围堰模块拚接

锚索采用5 根长100 m 直径D20 mm 钢丝绳，通过锁扣固定在钢围堰拉环上[2]。在钢模板的迎水面焊接拉环，锚索和拉环连接后固定在地锚上，通过锚索拉力平衡静水压力和部分钢围堰自重，形成静力平衡。

2 围堰安装

2.1 安装准备

安装在静水情况下进行，现场检查钢围堰各个制造件是否齐全，是否有变形，如有变形，进行校正处理。钢围堰吊装前，采用水下电视、水下机器人等方式进行察看，清除钢围堰安装位置的水下异物[3]。检查安装使用的工具是否齐全。安全前组织对参与安装人员进行技术交底，主要是安装方案、操作要点以及安全注意事项。检查安装用钢丝绳、夹具等是否存在损伤等安全隐患，如有损伤，立即更换。

2.2 测量放样

采用全站仪进行放样，以钢围堰工作提升中心放出安装样线，做出标志，确定每节模块的位置。为安装需要，钢围堰工作提升中心点挂锤球定点，对应于控制点。

2.3 吊装

安装前进行试吊，按照安装方案确定的吊点对吊物进行绑扎，试吊时吊物起高离地10 cm，检查各项参数是否正常。经试吊检查无问题后进行正式吊装[4]。从中心位置开始吊装，依次向两岸均衡进行。全部就位后，对各围堰模块露出水面的部分采用架管卡扣进行连接加固。

2.4 围堰连接加固

采用合适功率水泵抽排两片围堰内的水,以底宽 25 m、水深 2.0 m、边坡 1∶2.5 的渠道为例，采用水泵进行抽排。因为此时围堰尚未完全加固连接，模块间漏水，抽排的速度要大于漏水速度。随着围堰内水位下降，随时用卡扣或螺栓连接加固模块，在围堰内水位下降1.0 m 左右时，用第二道钢管连接加固各模块。随着水位下降，依次安装第三、第四道架管，架管间距随着水位向下逐渐加密，建议依次为 0.7 m、0.5 m、0.3 m、0.3 m，并且在拉环处，架管要和拉环加固肋板可靠连接。

2.5 围堰拉环设计

拉环选用Q235 优质钢材，钢材截面尺寸为100 mm×100 mm×18 mm，拉环板型心处预留Φ22 孔用于连接钢丝绳，拉环板焊接在端板中心位置上，端板通过螺栓连接于上钢围堰。螺栓选用10.9 级M20 大六角头高强度螺栓，端板平面尺寸为200 mm×100 mm，厚度10 mm。拉环板两侧各设两道加劲肋，全部焊缝为全熔透角焊缝，焊脚尺寸为6 mm。

2.6 锚索固定

两岸根据拉环数量，对称安装地锚，根据渠道断面形状和围堰模块数量，一般每5 m 布置一道锚索。围堰拼接加固后，将锚索连接在地锚上或岸边合适的树木根部，并用紧线器进行调节松紧均匀。在维修中，根据围堰受力变形，调整锚索，保证围堰受力均衡稳定。

3 降排水

维修前应根据当地的地质资料及施工面大小，在渠道两岸合理确定排渗井的位置、深度及水泵参数。最好查阅建设期的施工资料，了解建设期的排水效果，制定降排水方案。在施工中，如果地下水位下降速度达不到要求，则需要在增设降水井或增加水泵功率，使渠内水位比地下水位低不大于0.4 m 的规程要求。渠内需要抽排明水,采用离心式潜水泵，抽排至围堰下游，渠内水位下降速度与地下水位同步。

4 安全监测

为防止施工过程中衬砌板遭受扬压力破坏，采用巡视检查和仪器设备观测。观测内容包括：地下水位监测、平面位置监测、围堰内部水位监测、围堰外部水位监测等。变形观测基准点、观测点在钢围堰施工前布设。基准点位置应稳定、安全、可靠，且基准点数量不少于2 个。监测采用相同的观测路线和测试方法。

地下水位监测：施工期间，每天三次监测地下水位。当地下水位高于渠内水位0.4 m 时，停止渠内明水的抽排。

渠坡位移监测：在渠道两岸适当位置设置位移观测点。每50 m 一个，施工期间，每6 h 进行一次位移观测。当垂直位移大于5 mm 时，采取加大地下水的抽排速度。变形继续加大时，应向渠内充水，保证渠坡安全。

5 与土质围堰的对比分析

以底宽 25 m、水深 2.5 m、边坡 1∶2.5 的渠道为例。根据《水利水电工程围堰设计规范》（SL645-2013）规定，土围堰顶宽度宜为4～12 m，坡度 1∶1～1∶2，经测算需土方 1 515 m3，根据《山东省水利水电建筑工程预算定额》需用13 m 长壁挖掘机（1.0 m3）工作 5.5 个台班，造价约 4.36 万元，工期6 d。钢围堰需要用钢量22.7 t，总造价约8 万元，工期5 d，钢围堰拆除后可重复利用。而土质围堰施工难度大，拆除过程中易对衬砌渠道造成破坏。

6 结 论

本文主要对南水北调衬砌渠道应急事故中维修渠道工程设计了双壁拼装钢围堰结构。对设计的钢围堰结构、制作、安装等进行了介绍，对钢围堰受力进行了分析，以及实施过程中渠道衬砌板进行了受力计算。结果表明，所设计的双壁拼装钢围堰安装快、易拆除、可重复利用，具有较高的实用性，在水深25 m 内，不会对渠道衬砌板产生破坏，满足应急事故抢险工作要求。