穿越京密引水渠施工方式适应性初探

张明跃 常 帅 郝 邺

(北京市京密引水管理处，北京 101400)

1 引 言

京密引水渠修建于1960年，全长105.059km，横跨密云、怀柔、顺义、昌平、海淀5个区，起点为龚庄子进水闸，终点为团城湖南闸[1](北京市京密引水管理处管段)。自2015年京密引水渠开始承担向北京城区正向供水和南水北调来水调入密云水库调蓄工程反向输水的重任，为确保正常输水运行，保证渠道堤防和建筑物安全愈加重要。

近几年，随着首都经济社会的飞速发展，京密引水渠渠道两侧城镇化进程快速推进，穿越京密引水渠的管线逐年增多。据目前统计，京密引水渠现有穿越管线近100道，穿越管线包括燃气管线、电力管线、地铁轨道、自来水管线、污水管线等。作为京密引水渠管理单位，在穿越工程管理过程中发现，部分建设单位在选择穿越方法时，多侧重于考虑管径条件、工程进度和管道保护等因素，而未充分考虑京密引水渠工程情况、运行现状和周边环境等因素，最终导致穿渠方案调整、施工进度延长、资金成本增加等问题；另一方面，如果选择穿越方法不当，还会给渠道安全造成不利影响，因此，在不同条件下选择更适用于京密引水渠的穿越方式十分必要。

本文首先介绍了穿越京密引水渠的方法及其适用条件，然后介绍了选择穿越方式时应该考虑的因素，最后讨论了不同条件下穿越京密引水渠的适用方式，并对穿越工程提出了建议。

2 穿越方法及适用条件

目前，穿越京密引水渠工程方式包括明挖法和暗挖法，暗挖法又包括顶管法、定向钻拉管法、浅埋暗挖法和盾构法。在2015年反向运行输水前，明挖法是主要穿越方式。反向输水运行后，由于渠道运行水位较高，暗挖法穿越方式逐渐增多。

2.1 明挖法

明挖法适用浅埋地下工程和平面尺寸较大的工程施工和基坑工程施工，在海淀区北清路(北安河路—温泉路)污水管线穿越京密引水渠工程等多项工程中采用该工法。由于明挖法需将管道上部的岩石(土)体全部挖除，再进行管道敷设，最后将管沟进行回填，所以在输水渠道段穿渠时均进行了分期围堰导流。但围堰导流投资较大，约占总工程投资近30%；此外，明挖法穿渠开挖面积大，在前期准备工作中经常涉及树木伐移、占地、交通通行等手续，施工工期较长，资金投入大。

2.2 暗挖法

2.2.1 顶管法

顶管法适用于管径为350～4000mm的管线穿渠，该方法施工进度快、经济合理，而且施工过程处于受控状态，控制精度高、施工环境较好、作业安全，在大秦铁路茶坞地区煤改气天然气管线穿越京密引水渠工程等几处工程中采取了该工法。由于顶管法在卵石层中的顶进相对困难，地下水位高时施工有难度，因此在几处顶管施工前期准备工作中，都需先对渠道地质情况进行勘察。另外，顶管工程包括工作井、接收井和顶管管线[2]，工作井和接收井设置时，要考虑渠道的运行安全，因为原则上规定：河道管理范围内不得布置任何永久性竖井，施工临时竖井确需在管理范围内布设时，堤防河道距离规划堤角线应不小于15m[3]。

2.2.2 定向钻拉管法

定向钻拉管法适用管径在100～1000mm的钢管和PE管的管道施工，该工法施工工艺简单，不污染环境，综合成本低，对周边环境影响小，在陕京四线输气管道工程线路工程EPC总承包(第四标段)京密引水渠定向钻穿越工程中采用了该工法。由于定向钻拉管法仅在卵石层中的施工相对困难，因此施工前只需考虑渠道地质条件的适应性。

2.2.3 浅埋暗挖法

浅埋暗挖法适用于多种不同断面和结构埋置浅且对地面沉降要求严格的管道施工，在怀柔区小城站污水处理市场化建设配套管网工程穿越京密引水渠工程中采用了此种穿越方式。该工法喷射支护时产生粉尘多，对环境影响大；且当地下水位较高时，需要提前进行全线降水。

2.2.4 盾构法

盾构法适合建造断面大、埋深大、距离长的轨道、地铁或3000～14000mm管径的穿越工程，该方法效率高、机械化作业程度高、施工速度快、施工质量易控制、施工安全性高、对周围环境影响小。北京地铁16号线工程北安河站—温阳路站下穿京密引水渠时，由于下穿工程断面较大，其他方法施工较为困难，便采用了盾构工法。

3 选择穿越京密引水渠方式时的考虑因素

通过对穿越方法和适用条件的介绍，不难发现，不同穿越方法都存在着优势和局限性，因此在选择穿越方式时，在考虑管线形式、施工要求等技术要求的基础上，还要进一步考虑京密引水渠堤防情况、地质条件、输水状况、周边环境等其他影响因素，以此来选择最佳的穿越方式。

3.1 渠道堤防情况

京密引水渠建设过程中，龚庄子进水闸—李史山节制闸段32km渠道系利用原白河灌渠扩建而成，堤防相对稳定；李史山节制闸—昆明湖段77km渠道按规划运河线路布置，对具体的地形、地物作了适当调整，渠堤滨河路主要利用弃土填筑[4]。京密引水渠堤防包括填方段、挖方段和半挖半填段，高填方段主要分布在怀柔区衡王坟分水闸—刘各长大车桥和昌平区秦城公路桥—棉山东山洪桥；深挖方段主要在顺义区西台下节制闸—李史山节制闸段，此段渠底至堤顶高差10m以上。

3.2 地质条件

京密引水渠堤防地质条件主要以砂质黏土、砂砾石、粉砂为主，砂砾石存在的大直径卵石层主要分布在张各庄—龙山段；粉砂地质主要分布在龙山—昆明湖段。此外，京密引水渠张各庄上游段地下水位相对较低，水位在渠底高程左右，但张庄下游段地下水位普遍较高，一般在渠道设计水位左右。

3.3 输水状况

自2015年，京密引水渠开始承担正、反向输水，以反向输水为主。反向输水由团城湖取水，沿京密引水渠新建8个泵站加压，然后从雁栖泵站新建22km直径2.6m的PCCP输水管道入密云水库调节池[5]。

反向输水期为每年的4—11月，反向输水过程中为保证泵站正常运行，渠道平均水深达2.6m，与正向输水水深相比增加了0.6m。同时，京密引水渠怀柔水库上游渠道警戒水深为2.8m，峰山口输水闸—西台上跌水闸警戒水深3.0m，西台上跌水闸—李史山节制闸前警戒水深3.1m；兴寿节制闸、东沙河节制闸、土城节制闸、柳林节制闸前警戒水深3.0m[6]。由此可见，反向输水时的水深基本已经接近渠道警戒水深。

3.4 周边环境

3.4.1 渠道周边交通情况

京密引水渠部分堤顶路为城市交通道路，车辆来往频繁，主要交通道路集中在怀柔水库下游渠道。主要道路包括怀长路、怀昌路、昌平左堤路、温阳路、温北路、黑龙潭路、黑山扈路等，其中昌平段渠道左右岸均有交通道路，并且紧邻渠道，穿越施工时要重点考虑该段渠道的交通影响。

3.4.2 渠道两岸林木情况

目前，京密引水渠两岸共有水源防护林428hm2，杨、柳、松、柏等各类树木19万株，被誉为北京地区的“绿色长城”。渠道防护林一般在渠道堤顶路两侧，但沿昌平、海淀区渠道内坡种植了大量柏树，穿渠过程中会涉及树木伐移和绿化恢复事宜。

3.4.3 渠道周边生活区情况

京密引水渠沿线共涉及5个区、21个镇乡、102个村，渠道两侧人口稠密，尤其是昌平区上苑、大辛峰、小辛峰、棉山几个村部分住户房址紧邻渠道左岸外坡脚，穿越施工时要重点考虑。

4 不同条件下适用京密引水渠的穿越方式

4.1 明挖法

因明挖法需将管道上部土方全部挖除后铺设管道，同时明挖法穿越需进行拆迁，且中断交通道路，因此，明挖法适合在京密引水渠非深挖方渠堤，以及渠道停水期和反向输水期泵站上游拆迁占地少、不影响交通的渠道段采用。为减少拆迁投入和对交通的影响，在紧邻渠道人口稠密区和主要交通道路地段不宜采取明挖法。

4.2 暗挖法

4.2.1 顶管法

顶管法穿越卵石地层时顶进困难，另外顶管工程需布置工作井，在工作井施工时应采取有效的地下水控制措施(降水或截水)，否则对堤防安全影响较大。因此采用顶管法穿越京密引水渠时要充分考虑地质条件影响，尽量避免在卵石地层和地下水位高的渠道段实施。

4.2.2 定向钻拉管法

定向钻进在卵石地层穿越比较困难，要充分考虑渠道地质情况，应尽量避免在京密引水渠地质条件为卵石地层的渠道采用。

4.2.3 浅埋暗挖法

浅埋暗挖法适合埋深较浅的穿越方式，在京密引水渠西台上跌水—李史山节制闸深挖方段渠道不宜采取。另外浅埋暗挖法受地下水影响较大，在京密引水渠地下水位高的地段不宜实施。同时该工法喷射粉尘较多，对环境影响大，建议在渠道两侧人口分散地段采用。

4.2.4 盾构法

盾构法不宜在京密引水渠砂卵石地层条件下施工。同时盾构法适合长距离的大型管线穿越工程，由于京密引水渠宽度较短，一般不超过50m，如果管线管径较小且只在穿渠段采用盾构法显然从技术经济上考虑是不合理的。

5 结论及建议

5.1 结论

a.明挖法施工会引起拆迁，对周边环境影响大，会增加非主体工程资金投入；而暗挖法穿越影响相对较小，并且基本不需围堰导流，能够保证渠道的正常输水量，相比明挖法具有明显优势。

b.在选择穿越京密引水渠的方式时，在考虑穿越管径因素的基础上，还要充分考虑渠道的堤防型式、地质条件、地下水位、输水运行等情况。

c.选择穿越方式时，要综合技术、经济、工期等多方面因素，充分发挥各种方式的优越性并避其局限，以选择最适合京密引水渠的穿越方式。

5.2 建议

a.穿越工程完工后，考虑渠道堤防安全，要定期对堤防进行沉降观测。

b.建议地方政府部门统一规划考虑，同一地段避免多次开挖穿渠。

c.为方便统一管理，可沿渠道建立穿渠综合管廊，这也是今后的发展趋势。