大型PCCP管道穿河施工技术研究

2020-06-30

四川水利 2020年3期

(中国水利水电第五工程局有限公司，成都，610066)

PCCP管道穿河施工，是整个PCCP管道施工中很重要的一部分，每一条河道要具体分析，具体对待，施工中主要是防止洪水或地下水对管道的破坏。施工中围堰施工及施工期应对降水措施，是管道穿河施工成功与否的关键，同时还要做好突发情况的预判和应对措施。

1 工程概况和水文地质情况

引江济淮工程亳州城市供水项目输水管道全程采用单管PCCP管，管径为DN2000，工作压力分段采用0.8MPa～0.6MPa共2个等级，PCCP管道总长31.44km，所经地貌属淮北平原区平原地貌。沿线穿越四条河道，河宽50m～150m；跨沟渠、路较多，共50多处；管线建基面在地面以下3.5m～4.5m。

根据地质资料显示，管道沿线自上而下揭露地层为：第①层粉质粘土或重粉质壤土，层厚1.8m～7.1m；第②层中粉质壤土，层厚2.0m～10.2m；第③层砂壤土和粉细砂互层，层厚0～7.5m；第④层轻粉质壤土，层厚0～5.35m，未揭穿，层厚变化较大；第⑤层粉细砂，层厚0～6.85m；第⑥层中、重粉质壤土，层底未揭穿。

工程区地下水类型主要为孔隙潜水和孔隙弱承压水。孔隙潜水主要赋存在②层中粉质壤土中，该层厚度较大，又连续分布；孔隙承压水富存于③、⑤层粉细砂或砂壤土、细砂中，主要受大气降水及河道等地表水补给，与地表水有密切的水力联系。水位随季节变化大，旱季埋藏较深，雨季水位较高，承压水头分别为3m～12m，勘探期间地下承压水位29.9m～32.1m。地下水总体由西北向东南流，基本与地面倾向一致。

2 管道施工方法

2.1 围堰设计布置

在PCCP管道穿河施工时，在河道内自管道轴线的上下游分别设置围堰，围堰设置在距管道开挖上开口线外30m～40m位置。围堰设计参照水文资料和图纸，根据实际施工时段及道路通行要求，围堰填筑安全超高取0.5m，波浪爬高度0.5m，围堰顶高程比正常水位高1m，围堰坡比设计为1∶1.5～1∶2，围堰上口宽5m，围堰顶部硬化后作为施工通行道路。具体详见图1。

图1 围堰典型断面

2.2 倒虹吸降排水设计

本工程PCCP管道倒虹吸穿越河道处河道宽度约60m，建基面一般位于河底以下3m～4m，穿越地层为②层中粉质壤土，承载力170kPa，工程地质条件一般，该层土渗透性属微透水，但土层中夹有细砂层或砂层透镜体，储存少量水，施工时宜发生涌水须采取合适的降水方式。

倒虹吸在穿越河道处全长约130m，最大挖深14.03m，设计参数河底宽10.2m(以现场实际为准)。根据降水经验，在管道沟槽两侧共布置了管井16口，其中沟槽左侧的单号井1#-11#、沟槽右侧的双号井2#-12#纵向间距按25m控制，平面布置位置距离管轴线16.05m，其他间距如图2所示。其中7#、8#、13#、16#共计4口降水井深度为15m，其余12口降水井深度为18m。井内滤管采用φ30波纹管打孔外裹土工布的形式，井点布置在沟槽开挖线外侧1m位置，每个降水井内配备1台QY型潜水泵抽排，根据现场地质条件情况加密处理，并在开挖前10d先行抽水。

图2 PCCP倒虹吸降水管井布置示意

2.3 倒虹吸开挖

2.3.1 清表

根据征地情况，开挖前首先对开挖范围内的表层植被进行清理挖除，清表厚度30cm～50cm。表层清理采用SD22推土机集料，用液压反铲装20t自卸汽车倒运。后期用于耕种的耕植土运至临近的临时堆料场堆存；无用料运至弃渣场堆存。在场地清理过程中，尽可能保护清理区域范围外的天然植被和农作物。

2.3.2 土方开挖

土方开挖采用液压反铲自上而下分层开挖，每层厚度3.0m左右，主要采用液压反铲装20t自卸汽车运输。距离临时堆土场较近部位采用挖掘机、装载机转运至临时堆土场；距离临时堆土场较远的部位，采用挖掘机装自卸汽车转运至临时堆土场。

每开挖至马道高程位置，先进行临时截水沟的施工，截水沟主要利用人工进行开挖，人工对截水沟底部及两侧边坡进行夯实处理，以保证沟底纵坡平顺及边坡稳定，保持排水通畅。

在开挖施工过程中，根据施工需要，经常监测边坡设计控制点、线和高程，以指导施工，并在边坡地质条件较差部位设置变形观测点，定时观测边坡变形情况，如出现异常，立即向监理工程师和业主报告，并采取应急处理措施。

倒虹吸建基面采用小型挖掘机开挖预留的30cm保护层，人工进行配合，直至开挖至设计高程。施工过程中确保干地施工。

2.3.3 边坡的防护及加固

为防止修整后的开挖边坡遭受雨水冲刷，在已开挖的基坑四周做临时挡水土坎，防止雨水流入基坑内造成边坡冲刷，沟槽边坡采取塑料布防护。同时，在基坑四周距离开挖线外0.5m外设置1.2m高的防护栏，防护栏按照安全生产标准化要求进行设置。

2.4 建基面特殊情况处理

在开挖过程中，当出现局部降水效果不良情况时，容易出现涌水等现象，出现类似现象时，采用简易木板桩防护，在木板桩的保护下进行开挖和管道安装，即在施工至距离预留保护层时进行木板桩施工，木板桩施工方法为沿沟槽两侧排水沟外边沿打入钢管桩，桩间距1.0m，在桩外侧用竹架板或木板摆放1.0m高，紧贴竹架板外侧堆码碎石装土工布袋，土工布袋宽50cm，堆码至竹架板2/3高，碎石装土工布袋主要起到反滤作用，防止渗水带走细沙形成管涌现象，这样能保持坡脚稳固，不出现空洞，继而保证边坡沟槽壁土方稳定，避免出现边坡塌陷。木板桩施工完成后再进行底部沟槽清理，沟槽清理完成后立即开挖集水坑并进行排水，从而减少沙土在排水失重后的垮塌，确保边坡稳定。沟槽两侧不准堆土，挖出的土方均用ZL50装载机转运离沟槽20m以外，减轻沟槽上部荷载。

2.5 管道铺设

倒虹吸PCCP管道自施工道路以下至槽底深度大部分在4m～5m，管道单件最大重量26.7t，经过计算，确定采用135t履带吊吊装。

2.5.1 铺设粗砂垫层

建基面开挖完成后并达到设计要求后，进行粗砂垫层铺设，粗砂利用吊车吊运至建基面，测量人员事先测定并安装好高程控制桩，并挂上高度控制线，控制线高出设计高程3cm～5cm，人工进行平整，平整完毕采用平板振动夯进行夯实，由实验室取样合格后再进行PCCP管道安装。

2.5.2 PCCP管就位

PCCP管道吊装自管道下游向上游进行吊装，在管道就位时，用长2m～3m、校正平直的角钢，量出角钢中心位置并作好标记，在角钢中心挂一只线锤，将50cm水平尺放在角铁上，调整角钢，使水平尺气泡居中(此时线锤的位置就是管中心线)。测量技术人员用全站仪根据轴线控制桩与线锤的相对位置，指挥安装工人校正管道轴线。在管道两侧用千斤顶慢慢顶压管道侧面，使线锤位置与控制轴线位置重合。此方法校正后，管道轴线控制在范围内，以确保PCCP管就位精度。

2.5.3 PCCP管对接安装

PCCP管对接时应使插口端与承口端保持平行，并使圆周间隙大致相等，以准确就位；然后由履带吊不断调整“被装管”中心轴线，并以内拉方式，使“被装管”徐徐平行移动，撤除承插口间的垫木，最后对接成功，达到设计要求。在履带吊安装时，让“被装管”尾部略高于插入端，对准轴线后，缓慢移动使“被装管”向“已装管”靠近，至对接成功。对接时应注意观察橡胶圈，一旦发现橡胶圈有异常挤压现象，应立即停止对接，并检查橡胶圈是否完好，找出问题，调整后重新安装。整个对接过程必须保证接口清洁，严禁砂土及其他异物进入。

对接采用“内拉法”，即在已安装完成后的管道内下部，架设受力斜梁(垂直长度略大于管道内径)，在被安装管道外端口架设横梁，用钢丝绳和手扳葫芦将两梁连接，通过手扳葫芦将被安装管道拉至安装位置。管道的对接靠内拉和履带吊的移动同步进行，逐渐将被安装管道与已安装完成管道顶压对接在一起。

2.5.4 管道固定

PCCP管就位后根据测量控制，进行细微调整，就位准确后，即可进行管道的稳固。为使安装到位的PCCP管不发生移位，对管道底部的两侧采用人工进行中粗砂回填，并将两侧用手持填压设备压实，确保管道固定牢靠。

2.6 沟槽回填

安装完成并经监理验收合格的管道需及时进行沟槽回填。由于沟槽回填主要从单侧进料，为避免回填过程中管道受挤压导致管道移位，回填工作利用长臂反铲两侧对称送料回填，管道两侧同时上升。分层厚度根据夯填试验结果确定，一般应控制在20cm以内，回填各区域压实度按设计要求进行控制。每层回填夯实后由试验人员进行压实度检测。从管底基础部位开始到管顶以上50cm范围内，采用液压反铲送料，振动打夯机夯实；管顶50cm以上填筑面积较大时，采用机械从管道轴线两侧同时夯实。