無(wú)支墩高水頭淺埋式壓力管道回填施工應(yīng)用

劉玉奇

(中國(guó)水利水電第六工程局有限公司，遼寧丹東 118000)

1 概述

斐濟(jì)南德瑞瓦圖電站裝機(jī)2臺(tái)44 MW，由大壩、引水隧洞、調(diào)壓井、壓力管道、廠房及輸變電系統(tǒng)組成。

壓力管道的設(shè)計(jì)是采用了無(wú)支墩的回填式埋管。壓力鋼管總長(zhǎng)約1 393.65 m，管徑為 2.25 m，最大靜水頭299.215 m，最大縱坡59.79%。

2 回填要求

2.1 開挖尺寸

開挖溝槽為底寬3.6 m，0.5∶1邊坡的倒梯形槽。

2.2 回填要求

回填料由下至上分3個(gè)層次，4個(gè)區(qū)(管底標(biāo)高為0，高上為正，AP20為All Pass20縮寫，意為全部通過(guò)20 mm孔徑篩子)。

1層(0～20 cm):X區(qū)，AP100回填料，壓實(shí)度90%。

2層(20～285 cm):A區(qū)，管周20 cm范圍，采用AP20回填料，壓實(shí)度為95%。A1區(qū)，A區(qū)以外范圍，采用AP100回填料，壓實(shí)度為90%。

3層(285～≥395 cm):B區(qū)，采用現(xiàn)場(chǎng)開挖料，壓實(shí)度為90%。

管頂最小回填厚度為150 cm，即最小回填厚度為395 cm。

1層、2層只可人工或小型機(jī)具碾壓夯實(shí)，3層最大碾壓設(shè)備重≤8 t。

2.3 其他要求

2層與3層間采用鋪土工布間隔，作為反濾隔層。

鋼管內(nèi)外噴刷防腐層，并在管周外側(cè)設(shè)防腐保護(hù)纏帶，纏帶不得有破損。

底部X區(qū)兩側(cè)內(nèi)設(shè)100 mm多孔排水管。

3 施工重點(diǎn)難點(diǎn)分析

1)由于壓力鋼管的設(shè)計(jì)理念是不設(shè)支墩，允許鋼管在柔性填埋層內(nèi)自由變形，以釋放應(yīng)力。這對(duì)回填的要求極其嚴(yán)格，是鋼管回填的重點(diǎn)。

2)鋼管外包防腐保護(hù)纏帶，極易損壞，回填過(guò)程中的保護(hù)是本工程的難點(diǎn)之一。

3)回填施工面狹窄，且鋼管安裝后將工作面分為相互隔開的左右兩個(gè)工作面，不利于施工組織。填料種類多，且相互交叉，給回填施工增加了一定難度。

4)壓力管道陡坡段大坡度為59.79%，高差大，交通條件差，只有上部和下部?jī)蓷l路，兩條路高差達(dá)157 m，陡坡段為本工程最大的難點(diǎn)。

5)斐濟(jì)為海洋性氣候，雨量多，因此氣候?qū)κ┕べ|(zhì)量影響也較大。

針對(duì)以上所述施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，從施工程序，施工機(jī)具選擇，施工方法等方面進(jìn)行優(yōu)化施工方案。

為減小天氣影響，做好施工期排水，確?；靥钍┕べ|(zhì)量，根據(jù)壓力管道坡度不同，選擇不同的填筑程序，施工中把壓力管道分平段，緩坡段和陡坡段3種類型，根據(jù)實(shí)際情況來(lái)安排程序。

采用臂長(zhǎng)18 m的長(zhǎng)臂反鏟進(jìn)行鋪料，長(zhǎng)臂反鏟臂長(zhǎng)斗小，即增加了鋪料半徑，解決了管槽兩側(cè)相隔開的問(wèn)題，又可站在一側(cè)直達(dá)填筑工作面進(jìn)行鋪料，減少常規(guī)方法的溜槽搭設(shè)，移動(dòng)等問(wèn)題，也避免了人工鋪料的低效率問(wèn)題。

回填碾壓機(jī)具采用輕便的小型平板夯進(jìn)行碾壓，既適合溝槽等狹小面施工，又適合斜坡陡坡施工。在鋼管下部，回填厚度小，受鋼管限制無(wú)法采用平板夯施工的部位，采用平板搗棒，薄層鋪料人工搗實(shí)。

為減小回填施工作業(yè)厚度，采取小型機(jī)具施工，加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)施工管理，將施工做細(xì)做精，既確保了工程質(zhì)量，又可有效保護(hù)鋼管及其防腐保護(hù)纏帶不被損壞。

在鋪料5 m范圍的鋼管上用寬幅皮帶保護(hù)，防止鋪料過(guò)程中掉落回填料破壞鋼管防腐纏帶。

管周回填施工時(shí)，先鋪緊貼鋼周的 AP20細(xì)料，再填A(yù)P100的粗料，防止大顆粒料沖擊破壞鋼管及其防腐。

對(duì)回填料進(jìn)行覆蓋防護(hù)，減小雨季對(duì)填料含水率的影響。

嚴(yán)格試驗(yàn)的作用，從原材料的制備到現(xiàn)場(chǎng)施工，將施工每一個(gè)程序結(jié)果量化，確保施工質(zhì)量。

4 試驗(yàn)

4.1 爆破試驗(yàn)

經(jīng)過(guò)比選回填料確定為隧洞開挖料，在隧洞爆破開挖期通過(guò)爆破試驗(yàn)，適當(dāng)調(diào)整爆破參數(shù)，既使渣料粒徑適合破碎機(jī)進(jìn)口要求，又增加了細(xì)顆粒的含量，使加工后的料級(jí)配更趨合理。

4.2 級(jí)配試驗(yàn)

對(duì)加工后的料進(jìn)行粒徑和級(jí)配試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決和調(diào)整，改變破碎機(jī)出口粒徑，調(diào)整中等顆粒料徑含量，適當(dāng)調(diào)整開挖料爆破參數(shù)，增加原料細(xì)顆粒含量。

4.3 碾壓試驗(yàn)

壓力管道填筑施工前，對(duì)AP20、AP100、普通開挖渣料等分別進(jìn)行碾壓試驗(yàn)。

根據(jù)設(shè)計(jì)要求及現(xiàn)場(chǎng)條件，各區(qū)按照不同的鋪料厚度、碾壓遍數(shù)、碾壓機(jī)具分別進(jìn)行碾壓試驗(yàn)，取得相應(yīng)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而確定碾壓機(jī)具及相應(yīng)的最優(yōu)碾壓參數(shù)。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)

回填施工中，每班次進(jìn)行壓實(shí)度試驗(yàn)，以及時(shí)調(diào)整碾壓施工參數(shù)，并且在多雨天氣加密回填料含水率測(cè)試，以確保回填質(zhì)量。

5 回填料準(zhǔn)備

5.1 AP20、AP100料

經(jīng)計(jì)算，AP20料(A區(qū))共3 233 m3，AP100料(X區(qū)和A1 區(qū))共10 745 m3。

附近無(wú)可開采料源，考慮利用隧洞出口側(cè)洞挖開挖料，既解決了料源，減少了開采費(fèi)用，又節(jié)省了棄渣堆放場(chǎng)地。

在隧洞開挖施工中，適當(dāng)加大了爆破的炸藥量，使開挖出的粒徑滿足破碎機(jī)進(jìn)口要求，提高了開挖料的可利用率。

開挖料采用PE－400破碎機(jī)破碎，簡(jiǎn)易篩分為兩種規(guī)格，AP20和 AP100。

在壓力鋼管轉(zhuǎn)彎處，變形較大部位，為防止防腐保護(hù)纏帶被破碎加工的AP20料破壞，在轉(zhuǎn)彎處6 m范圍內(nèi)，采用無(wú)尖角的沙卵石(外購(gòu)，274 m3)。

5.2 現(xiàn)場(chǎng)開挖料

在不影響邊坡安全情況下，開挖期間預(yù)留了部分開挖渣料堆棄在壓力管道兩側(cè)的征地范圍內(nèi)，作為B區(qū)回填料。

6 施工方法

6.1 施工程序

6.1.1 平段施工(坡度＜4%)

施工段較長(zhǎng)且坡度＜4%的施工段為平段，平段有2段，PC01－PC02和PC05－PC07。平段回填施工按順下坡方向進(jìn)行填筑施工，這樣做可以避免從高處流下的水形成集水坑，進(jìn)而對(duì)已回填部分造成破壞。

6.1.2 緩坡段施工(坡度＞4%)

緩坡段主要為 PC02－PC03、PC07－PC12、PC12－PC16、PC16－PC20，緩坡段的填筑由低向高進(jìn)行填筑，回填面略向下坡方向傾斜，便于雨水流出。

6.1.3 陡坡段施工(坡度＞49%)

陡坡段主要為 PC03－PC05。陡坡段由 PC03(下)向PC05(上)進(jìn)行填筑施工，在PC04附近設(shè)存渣平臺(tái)，PC03到PC04填筑時(shí)利用L4路從下向上運(yùn)輸回填料，當(dāng)回填筑至PC04以上時(shí)，利用L3路從上向下運(yùn)輸回填料，在L3路末端設(shè)溜渣槽(采用反鏟開挖，鋪鐵皮形成溜渣槽)，并在壓力管道邊緣形成反鏟施工道路。

6.2 回填施工

立面回填施工程序:鋼管安裝→X區(qū)→A區(qū)→A1區(qū)→B區(qū)。

6.2.1 X區(qū)回填(AP100)

X區(qū)回填厚度為20 cm，采用長(zhǎng)臂反鏟鋪料，人工配合平料，鋼管底部鋪料厚度為10 cm，采用平板搗棒進(jìn)行人工搗實(shí)，搗實(shí)數(shù)為12。鋼管兩側(cè)鋪料厚度為20 cm，采用小型平板夯進(jìn)行碾壓，碾壓8遍。

6.2.2 A區(qū)回填(AP20)、A1區(qū)回填(AP100)

ZONE A和A1回填同時(shí)進(jìn)行，鋪料厚度為20 cm，采用長(zhǎng)臂反鏟鋪料，每層鋪料時(shí)先鋪ZONE A回填料(AP20)，由人工平鋪;然后鋪筑ZONE A1回填料(AP100)，根據(jù)作業(yè)面條件采用推土機(jī)攤鋪或人工攤鋪。鋪料完成后采用平板夯進(jìn)行碾壓，碾壓10遍。

6.2.3 B區(qū)回填(現(xiàn)場(chǎng)開挖料)

回填在ZONE A1結(jié)束后進(jìn)行，鋪料前在ZONE A1表面鋪設(shè)土工布Geotextile，采用長(zhǎng)臂反鏟在管槽兩側(cè)就近取料鋪料，平板夯進(jìn)行碾壓，碾壓8遍，超過(guò)管頂1.5 m以后，可采用長(zhǎng)臂反鏟輔助碾壓。

7 結(jié)語(yǔ)

該工程已于2012年5月18日并網(wǎng)發(fā)電，運(yùn)行良好。無(wú)支墩高水頭淺埋式壓力鋼管應(yīng)用于水電工程壓力管道，在國(guó)內(nèi)尚無(wú)先例，在國(guó)際上也僅有數(shù)例，施工單位本著做精做細(xì)，確保工程質(zhì)量的原則，無(wú)論是從原料的選取到施工機(jī)具的選擇，還是從碾壓試驗(yàn)到現(xiàn)場(chǎng)施工，都以試驗(yàn)為依據(jù)，完滿地完成施工任務(wù)，在無(wú)支墩高水頭壓力管道回填施工方面填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白。為國(guó)內(nèi)同類工程開創(chuàng)先河，有較高的借鑒價(jià)值。

［1］紀(jì)云生.水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)手冊(cè)［K］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1996.

［2］張基堯.工程機(jī)械使用手冊(cè)［K］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1996.

［3］盛樹馨.SL 237—1999土工試驗(yàn)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)水利水電出版社，1999.