張家口市區(qū)、崇禮縣補(bǔ)水工程管道穿明長城隧洞設(shè)計

王明智 劉洪波 景志杰 崔航宇

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院 河北石家莊 050021）

張家口市區(qū)、崇禮縣補(bǔ)水工程管道穿明長城隧洞設(shè)計

王明智 劉洪波 景志杰 崔航宇

（河北省水利水電第二勘測設(shè)計研究院 河北石家莊 050021）

本文主要介紹張家口市區(qū)、崇禮縣補(bǔ)水工程管道穿明長城隧洞設(shè)計，包括交叉穿越位置概況、工程設(shè)計等。

補(bǔ)水工程 管道 設(shè)計

1 前言

北京與張家口兩地提出聯(lián)合申辦2022年冬季奧運(yùn)會，其中北京地區(qū)負(fù)責(zé)奧運(yùn)會冰上項目，張家口市崇禮縣負(fù)責(zé)承辦奧運(yùn)會雪上項目。為保障崇禮縣各滑雪場冬季造雪以及其他配套設(shè)施用水，提出建設(shè)張家口市區(qū)、崇禮縣補(bǔ)水工程。

2 工程概況

張家口市區(qū)、崇禮縣補(bǔ)水工程，自赤城縣境內(nèi)云州水庫取水，一期工程年供水規(guī)模484萬m3，設(shè)計流量為0.4m3/s，供水對象主要為崇禮縣及赤城縣境內(nèi)各滑雪場用水。工程經(jīng)10級揚(yáng)水泵站（干線四級，支線六級）至崇禮縣滑雪場（蓄水池），總揚(yáng)程1160m。工程輸水線路總長30.6km，其中管道長度22.5km，無壓隧洞長度 8.1km。

管道在支線六級泵站至末端水池之間穿越明長城。穿越處管道樁號為0+189，輸水管道為一條DN600螺旋鋼管，設(shè)計內(nèi)水壓力為1.2MPa，鋼管壁厚為12mm，設(shè)計覆土厚度不小于2.5m。

3 交叉穿越位置概況

根據(jù)現(xiàn)場查勘，結(jié)合輸水管道線路布置，在崇禮縣盆底坑村與赤城縣丁字路村的連線上穿越明長城，交叉位置周圍明長城連綿幾十公里，管道無法繞行穿越明長城，因此需采用交叉穿越方式。穿越位置處地形屬山體半坡，高程1960～1990m，坡度約1/5，坡向北東方向。植被以低矮草生植物為主，間有樺樹。明代長城遺址，現(xiàn)僅存堆石，堆石高約1.5m，寬約3m。

穿越位置地貌為低山，地層為輕粉質(zhì)壤土、含植物根系等有機(jī)土、碎石土、強(qiáng)風(fēng)花崗化片麻巖，未見地下水，但在春季冰雪融化季節(jié)，可產(chǎn)生“空山水”。表層輕粉質(zhì)壤土厚1.0m左右，碎石土厚1.5m左右。0～7.5m為V級圍巖。7.5～10.5m為IV級圍巖。10.5～20.0m為III級圍巖。

4 工程設(shè)計

根據(jù)國家相關(guān)法律法規(guī)及設(shè)計規(guī)范要求，結(jié)合本工程實際情況，擬定下穿暗挖隧洞、下穿直埋鋼管以及管道上跨三個方案，現(xiàn)分別對三個方案進(jìn)行分析。

（1）下穿暗挖隧洞方案

下穿暗挖隧洞方案，即根據(jù)該段的地質(zhì)情況，采用暗挖隧洞方案，成洞后對洞壁采用鋼筋混凝土襯砌，輸水鋼管布置在隧洞內(nèi)。隧洞頂在長城基礎(chǔ)以下埋深不小于4.5m，隧洞長度50m。此段輸水管道壁厚做加厚處理。隧洞進(jìn)、

出口工作坑距長城保證安全距離，避免影響長城基礎(chǔ)。并于施工完成后對原地面進(jìn)行恢復(fù)，減少對長城附近地形、地表的影響。

暗挖隧洞埋深5m左右，暗挖隧洞橫斷面圖見圖1。管道穿越處地層為花崗片麻巖，級別為Ⅴ級，無地下水影響。

圖1 管道穿越長城暗挖隧洞橫斷面圖

（2）下穿直埋方案

下穿直埋方案，即施工時，將管線穿越明長城段的地面石塊移走，開挖管溝后埋設(shè)DN1000混凝土套管，套管內(nèi)布設(shè)輸水鋼管，施工完成后，將石塊原樣堆放。管道穿越長城下穿直埋方案管道橫斷面圖見圖2。

圖2 管道穿越長城下穿直埋方案管道橫斷面

（3）下穿直埋方案

架管方案，即管道在穿越長城處向上伸出地面，從長城上方跨越通過，示意圖見圖3，但考慮冬季運(yùn)行時，鋼管須采取加強(qiáng)保溫措施。保溫措施為聚氨酯硬質(zhì)泡沫保溫層和高密度聚乙烯外護(hù)緊密結(jié)合的預(yù)制管。

為減小運(yùn)行期管道振動影響，在管道跨越長城段的下轉(zhuǎn)彎點設(shè)置鎮(zhèn)墩；同時對穿越段管道壁厚加厚處理，避免在長城附近發(fā)生爆管事故。管道下轉(zhuǎn)彎點工作坑距長城保證安全距離，避免影響長城基礎(chǔ)。并于施工后對原地面進(jìn)行恢復(fù)，減少對長城以及附近地形、地表的影響。

圖3 管道穿越長城架管方案示意圖

根據(jù)中華人民共和國國務(wù)院令第476號《長城保護(hù)條例》第十二條規(guī)定：“進(jìn)行工程建設(shè)應(yīng)繞過長城，無法繞過的，應(yīng)當(dāng)采取挖掘地下通道的方式通過長城；無法挖掘地下通道的，應(yīng)當(dāng)采取架設(shè)橋梁的方式通過長城，任何單位或者個人進(jìn)行工程建設(shè)，不得拆除、穿越、遷移長城?！?/p>

輸水管道為鋼管，強(qiáng)度高，下穿暗挖隧洞方案采用了隧洞內(nèi)布設(shè)鋼管的穿越方式，運(yùn)行期管道出現(xiàn)事故時，不會對長城造成影響。

下穿直埋方案，在施工期需要對現(xiàn)有長城干壘石進(jìn)行搬移，因此，不能作為管道與長城交叉的可選方案。

架管方案，相對暗挖方案對長城影響小，但是工程建成后視覺效果差，鋼管需要設(shè)置保溫設(shè)施。另外由于鋼管自身撓度有限，跨越長度較短，導(dǎo)致工作坑距離長城較近，危及長城基礎(chǔ)安全，且施工中的不確定因素大，投資高。

綜合考慮國家法律法規(guī)、施工、運(yùn)行管理及工程安全等因素，采用下穿暗挖隧洞方案作為本工程供水管道穿越明長城的方案。

5 結(jié)論

工程建設(shè)期間，隧洞鉆爆施工中的震動容易對長城主體造成失穩(wěn)、坍塌等不利影響，因此在施工過程中，應(yīng)盡量選擇產(chǎn)生震動較小的施工方案，比如人工鑿進(jìn)或者靜態(tài)爆破等施工工藝。

工程建成投入運(yùn)行后，管道對長城的影響主要體現(xiàn)兩個方面：一、管道出現(xiàn)爆管事故以及維修再施工均有可能對長城造成影響。為此，在隧洞設(shè)計過程中，設(shè)置排水管及時排出事故時隧洞內(nèi)的排水，避免浸泡導(dǎo)致隧洞變形而破壞長城主體穩(wěn)定。二、工程在運(yùn)行過程中由于停泵等因素出現(xiàn)的水錘波易引起管道震動，從而引起隧洞甚至長城主體的震動。因此在隧洞兩端設(shè)置鋼筋混凝土鎮(zhèn)墩固定輸水鋼管，增加其穩(wěn)定性。

目前該段工程已施工完畢。

10.3969/j.issn.1672-2469.2014.12.020

TV222

B

1672-2469(2014)12-0057-02

王明智（1985年—），男，工程師。