风城水库至三坪水库输水管道工程施工方案探析

邓 洪

(新疆克拉玛依市水务有限责任公司，新疆 克拉玛依 834000)

1 引言

输水工程建设有利于改善水资源分布不均匀、季节性短缺等问题[1-3]。长距离输水工程建设面临着复杂的地质环境条件，工程建设难度较大。施工是各项工程建设质量的重要影响因素。在工程施工开始前，分析工程施工的重点、难点问题，结合自身经验、工程经验，提出解决措施是十分重要，可在实际施工过程中加以采用，以满足工程建设进度要求，同时可保证工程建设质量，具有十分重要的意义[4-7]。

2 工程概况

风城水库至三坪水库输水管道工程取水口位于风城水库放水洞西侧约800 m处，取水口主要由引渠及进口段、上游洞身段、闸井段、渐变段、有压隧洞、出口渐变段等建筑物组成，全长约411.53 m，轴线方位SW195。横穿两次库区上坝公路，出洞后为一宽阔滩地，地面高程约460.0 m。从取水口岔管末端到三坪水库输水管道工程长约86.2 km。管径DN2200 mm，设计引用流量4.2 m3/s～4.8 m3/s。输水管道管材初步选用PCCP管，为了施工方便，在转弯镇墩、进人孔、放水孔、闸井、阀井位置采用钢管。输水管道工程采用埋管敷设，在管道平面和纵向转角大于5°处全部设置镇墩。管道沿线共设置蝶阀井、空气阀阀井及泄水孔阀井共176座，采用钢筋混凝土结构。管道沿线穿越河流3次，分别为白杨河、克拉苏河、达尔布图河。穿越河流段管沟回填土上部均采用格宾网块石笼进行防冲保护。输水管道工程穿越干支渠约14次，其中风克干渠1次，支渠13次。输水管道从渠道下部穿过，并设必要的格宾网块石笼防冲保护。

图1 施工范围

3 施工难点分析

3.1 沟槽开挖及管道施工难点分析

工程部分埋管段穿过基坑及河流，基坑底板位于地下水位以下，基坑降排水难度大。沟槽开挖深度大，很大一部分超过5.0 m，存在边坡稳定问题。工程螺旋钢管型号DN2000，单节长度根据供货情况确定，单根管道重量较大。沟槽开挖深度较大，起重机作业距离长，钢管单重大，因而选择合理的吊装机械非常重要。个别部位受现场条件限制，大型起重机械不能进前作业，如何进行钢管吊装是工程中的又一难点。

3.2 隧洞钻爆开挖及衬砌施工难点分析

引水洞横穿小山梁，岩性为砂岩凝灰岩，断裂构造较发育，岩层与洞轴线走向近垂直，倾角较陡。上游洞身段自然边坡走向为SE105°，基岩岩性为凝灰岩，强风化厚度4.0 m～5.0 m，岩层产状285°SW∠70°，岩层倾向洞内。开挖时，由于岩石十分破碎，洞口上部岩层易掉块形成倒坡，影响洞口稳定，开挖后应进行支护或衬砌。洞身段上覆岩体厚度9.0 m～33.7 m，穿越的岩性主要为凝灰岩，围岩主要为弱风化～微风化基岩组成，岩体较完整，局部稳定性较差。隧洞沿线不良地质条件段较多，整体围岩情况不好，隧洞大部分埋深浅，围岩风化厚，强度低，围岩不稳定，对工程进度有非常大的影响。

工程隧洞为有压隧洞，防水要求十分高，混凝土抗渗要求高，不允许出现裂缝，施工干扰大，材料运输困难、工期短，任务重。

图2 输水隧洞断面

4 施工措施探析

4.1 沟槽开挖及管道施工措施

4.1.1 沟槽开挖施工措施

针对沟槽开挖施工过程中的难点问题，采用措施如下：

(1)基槽渗水明排

施工降水优先采用明挖明排分层降水法。

第一层：在开挖沟槽完成后每隔20 m挖一个积水坑，使开挖沟槽范围内的上层滞水汇集坑中，用水泵排出。

第二层：排水拟设计在沟槽底部两坡脚内侧开挖两条矩形排水沟，将两侧沟壁剩余水汇集水沟内，用水泵排出。

(2)井点降水

根据地质条件，如果明排不能解决施工降排水问题，考虑采取明排结合井点降水方法，降水井间距10 m，内径为30 cm，根据基槽开挖深度不同井深取6 m或12 m，采用双排(管沟两侧)布置。

(3)边坡支护

针对沟槽开挖深度大的部位，为确保边坡稳定，可根据现场实际情况采取喷射混凝土支护的措施。

4.1.2 管道施工措施

针对管道施工过程中的难点问题，采用措施如下：

(1)根据设计边坡计算，起重机工作幅度为24 m，结合以往施工经验并查阅起重机参数，采用QUY260履带起重机负责布管，QUY400履带起重机负责安装。

(2)针对场地狭窄部位大型起重机不能进前作业的问题，采用由简易轨道、台车运输的方法进行安装。具体方法为：管线沟槽开挖及基础处理完毕后，沿轴线铺设简易轨道，其上布设钢管专用运输台车，钢管在台车上固定后用卷扬机牵引至安装位置。

4.2 隧洞钻爆开挖施工措施

针对隧洞沿线地质条件复杂、埋深浅、围岩不稳定等问题的解决措施如下：

①在地下洞室开挖施工之前，根据已有的设计地质预报资料，运用超前地质探测和超前钻孔探测法分析前方地质状况，做好地质预报。

②不良地质段，加强围岩变形观测。按规范要求布置围岩收敛监测断面，定期观测，并及时分析和整理观测数据，以指导施工，从而确保施工安全。

③在开挖施工中采取“短进尺、弱爆破、加密量测、及时支护”的方式进行开挖，采用分层分部开挖方式、进行超前支护，或采取一掘一支护，稳步前进。严格控制最大单响药量，尽可能减少爆破施工对围岩的扰动。按照一排炮一支护的程序稳步推进。

④开挖过程中，根据围岩特性对局部不稳定部位增设随机锚杆。对控制稳定的软弱结构面，采取锚筋束加固或预应力锚索加固并延伸到完整岩体中维护围岩稳定。在松散、软弱破碎的岩体中开挖洞室，尽量减少对围岩的扰动，采用先护后挖，边挖边扩或先对岩体进行加固后再开挖等方法；或者采取一掘一支护，稳步前进，开挖下一循环先喷混凝土，然后施工锚杆、挂网，再喷混凝土至设计厚度，如此循环掘进。围岩稳定特别差时，爆破前采取超前锚杆、超前小导管灌浆、管棚等进行超前支护，爆破后立即喷混凝土封闭岩面，出渣后，再进行系统支护，必要时安设钢支撑或钢格栅等增加支护能力。

⑤地下水活动较严重地段，采用超前孔探明地下水的活动规律，测定漏水量、压力，防止突然暴渗，宜采用排、堵、截、引的综合治理措施。有地下水存在时有塌方及较大溶隙、裂隙处理，宜先治水后进行溶隙空洞和塌方处理。

⑥对于卸荷严重地带，采用超前注浆的方法进行施工。注浆后的开挖，采取短进尺、弱爆破、快支护、早衬砌的原则进行。

4.3 隧洞衬砌施工措施

针对有压隧洞衬砌施工难度高等问题，提出采用以下措施：

①清除基岩表面松动石块，对清完碴后残留在岩层表面的松动石块以及肉眼能看到有裂纹之处，都要用小铁锤敲击，彻底清除干净。高压水冲洗，高压风吹干。

②拌和必须采用设有自动计量系统装置的拌和站。

③挑选有丰富施工经验的混凝土工进行操作，做到既不漏捣，又不能振捣过度。要认真设置好振捣程序，并随时做好混凝土浇注和振捣过程和各项记录。

④混凝土浇筑完拆模后开始进行养护。混凝土养护采取喷水养护，养护时间不小于14天。

⑤衬砌混凝土达到设计要求后及时回填注浆。

⑥模板刚度强度与本标段工程衬砌工作量相适应，避免衬砌尚未完成、模板出现严重变形等现象，确保不会在施工过程中更换模板。

5 结论

结合风城水库至三坪水库输水管道工程实例，通过现场调查和已有资料分析，提出了工程施工过程中可能面临的三大施工难点问题：沟槽开挖与管道安装、隧洞开挖、隧洞衬砌等。结合类似工程经验，针对不同的施工难点问题提出了施工过程中的解决措施，可在施工前解决施工过程中可能遇到的问题，从而有助于提高工程建设进度和质量。