大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程穿越大遼河施工方案優(yōu)化

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽(yáng)110006）

大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程穿越大遼河施工方案優(yōu)化

王永海

（遼寧省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，遼寧沈陽(yáng)110006）

目前，長(zhǎng)距離輸水工程在國(guó)內(nèi)越來(lái)越多，輸水管線不可避免的要穿越河流、高速公路、鐵路等交通樞紐，頂管法施工得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。本文對(duì)大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程管線穿越大遼河施工方案比選做了簡(jiǎn)要論述，綜合考慮投資、工期、征地、供水量等各方面因素推薦采用頂管法施工，從施工效果看達(dá)到了預(yù)期目的，說(shuō)明在輸水管線穿越河流時(shí)，在適合的地質(zhì)條件下采用頂管法施工是十分有效的。

大遼河；長(zhǎng)距離輸水工程；施工方案；大伙房水庫(kù)

1 工程概述

目前，隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，長(zhǎng)距離輸水工程在國(guó)內(nèi)越來(lái)越多，輸水管線不可避免的要穿越河流、高速公路、鐵路等交通樞紐，頂管法施工得到了越來(lái)越多的應(yīng)用。大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程是由大伙房水庫(kù)向遼寧省撫順、沈陽(yáng)、遼陽(yáng)、鞍山、營(yíng)口、盤錦等六城市輸水的一項(xiàng)大型輸水工程，輸水線路全長(zhǎng)約261km。該工程盤錦支線為1條DN1400mm的玻璃鋼夾砂管線，在位于海城和盤錦交界處的三岔河鐵路橋下游穿越大遼河，為確保管線的輸水安全性，管線過(guò)大遼河段國(guó)堤內(nèi)單線改為雙線DN1400mm玻璃鋼夾砂管，管線穿越主河床段管材采用φ1420mm的鋼管，鋼管穿越長(zhǎng)度為811m（雙管）。

大遼河過(guò)河及過(guò)堤基礎(chǔ)土質(zhì)為粉細(xì)砂，無(wú)液化，地基承載力不小于120kPa。

初步設(shè)計(jì)階段該穿越工程采用圍堰法施工，由于大遼河汛后水深4~6m，最深處達(dá)8m左右，采用分期圍堰導(dǎo)流進(jìn)行施工時(shí)，圍堰填筑難度較大，且當(dāng)?shù)責(zé)o合適的圍堰填筑材料，需要外運(yùn)。因此，在施工圖階段，業(yè)主要求進(jìn)行圍堰法施工、頂管法施工、定向鉆法施工方案比較。

2 施工方案

2.1 圍堰法施工

大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告中，管線穿越大遼河采用圍堰法施工，穿河工程選擇在每年非汛期（9月至翌年6月）施工。該工程取水頭部、輸水隧洞、輸水管線等主要建筑物為1級(jí)建筑物，根據(jù)SL303-2004《水利水電工程施工組織設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，導(dǎo)流建筑物級(jí)別確定為4級(jí)，因?qū)Я鲊卟捎猛潦Y(jié)構(gòu)，故導(dǎo)流設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采用非汛期（汛后）洪水重現(xiàn)期10年一遇。

管線穿越大遼河施工期洪水成果見(jiàn)表1。

表1 管線穿越大遼河施工期洪水成果表

從表1中可以看出，大遼河非汛期水位由潮位確定，為典型的感潮河段。

大遼河堤間寬約3900m，主河床寬約400 m，灘地位于右岸，采用分期圍堰導(dǎo)流方式。一期工程圍主河床左岸，進(jìn)行主河床左側(cè)施工，由右側(cè)主河床過(guò)流；二期工程圍主河床右岸，進(jìn)行主河床側(cè)施工，由左側(cè)主河床過(guò)流。管線穿越主河床施工時(shí)，不影響灘地管線施工。

圍堰型式采用土石結(jié)構(gòu)，因當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)土質(zhì)主要為粉細(xì)砂，因此圍堰填筑用土需要外運(yùn)，堰前水位3.27m，圍堰最大高度11.0m，邊坡1∶3，頂寬5 m，采用單向進(jìn)占法填筑。

由于基坑砂層滲透流量大，同時(shí)有補(bǔ)給源，所以基坑開(kāi)挖采用井點(diǎn)降水。鑒于大遼河覆蓋層較厚，采用潛水非完整井降水，計(jì)算采用謝爾卡切夫公式，滲透系數(shù)K=4.0m/d，抽水影響半徑為368 m，單井涌水量為2694m3/d。經(jīng)過(guò)計(jì)算，井深為25m、井徑為50cm、井距為20m，共40眼井。根據(jù)單井極限涌水量數(shù)值，選用250QJ140型潛水泵，流量140m3/h，揚(yáng)程40~50m，功率22kW，每眼井各配備1臺(tái)潛水泵，共計(jì)40臺(tái)，另配備6臺(tái)潛水泵備用。

大遼河圍堰工程量：圍堰填筑199395m3，防滲土工膜13414m2，垂直鋪塑199395m3，圍堰迎水面鉛絲籠護(hù)坡2617m3，降水井40眼，水泵2400臺(tái)班。

施工工期：因采用分期圍堰導(dǎo)流方式，當(dāng)年9至12月進(jìn)行一期工程施工，翌年3至6月進(jìn)行二期工程施工，總工期為當(dāng)年9月至翌年6月，共計(jì)10個(gè)月。圍堰法施工總投資為1330.04萬(wàn)元，見(jiàn)表2。

2.2 管法施工

大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程管線穿越高速公路、國(guó)省干道均采用頂管法施工，有著相當(dāng)成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。

采用頂管法施工時(shí)，需要在頂進(jìn)端建造一個(gè)工作井，接收端建造一個(gè)接收井。首先對(duì)井位進(jìn)行復(fù)核放樣定位，定出頂管中心軸線，建立測(cè)量控制網(wǎng)。同時(shí)在場(chǎng)內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)置好臨時(shí)的軸線控制校核點(diǎn)和水準(zhǔn)控制校核點(diǎn)，作為頂管施工的控制依據(jù)。頂管基座位置按管道設(shè)計(jì)軸線準(zhǔn)備進(jìn)行放樣、就位、安裝、固定?；系膶?dǎo)軌按照設(shè)計(jì)軸線，并按時(shí)測(cè)洞口中心居中放置，設(shè)置好支撐進(jìn)行加固，保證基座穩(wěn)定不變形。工作井井內(nèi)布置主要是后靠背、前方洞止水圈、主頂油缸、油泵車、鋼扶梯等。

表2 圍堰法施工工程概算表

根據(jù)國(guó)內(nèi)已有工程的施工經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該工程地質(zhì)條件、施工條件及工程在高速路下穿越對(duì)沉降要求較高等特點(diǎn)，決定采用DK式大刀盤土壓平衡頂管機(jī)，由于該機(jī)采用了目前先進(jìn)的土壓平衡原理，除了施工過(guò)程中安全可靠外，該掘進(jìn)機(jī)還具有沉降控制精度高、頂進(jìn)速度快、便于操作和維修、施工可靠性好等特點(diǎn)，在長(zhǎng)期頂管施工中證實(shí)是完全適合該工程地質(zhì)條件的。

開(kāi)挖面切削下來(lái)的泥土進(jìn)入攪拌艙，由螺旋輸送機(jī)排出攪拌艙，再由皮帶運(yùn)輸機(jī)向后傳輸?shù)诫娖寇噧?nèi)，然后通過(guò)電瓶車將土方運(yùn)至工作井內(nèi)，由龍門吊吊至井上方統(tǒng)一外運(yùn)。頂進(jìn)完成后，頂管機(jī)進(jìn)入接收井、回收。

施工工期：工作井、接收井預(yù)制60d，沉井施工45d，井內(nèi)設(shè)備安裝15d，頂進(jìn)45d，井內(nèi)設(shè)備拆除15d，共計(jì)180d。頂管法施工總投資為1115.72萬(wàn)元，見(jiàn)表3。

2.3 定向鉆法施工

定向穿越的優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高、施工占地少、施工周期短、工程造價(jià)相對(duì)低、受季節(jié)影響小等。定向鉆機(jī)適合的地層包括：各種砂層、淤泥、粘土、泥巖、風(fēng)化巖、砂石、頁(yè)巖，也能穿越各種礫石層。穿越精度：橫向與縱向偏差不大于2.0m。主要設(shè)備包括：水平定向鉆機(jī)、有線隨鉆控向、地面信標(biāo)、地面雷達(dá)、擴(kuò)孔器等。目前國(guó)內(nèi)比較成熟的穿越管道規(guī)格為φ1000以下。在西氣東輸工程中采用定向鉆穿越了數(shù)條河流及障礙物。遼河油田建設(shè)一公司完成的定向鉆穿越業(yè)績(jī)有30余項(xiàng)，最大穿越管徑為φ1016，有過(guò)穿越大遼河的經(jīng)驗(yàn)。

表3 頂管法施工工程概算表

該工程如采用定向鉆法穿越大遼河，必須將鋼管的直徑由φ1400變更為φ1000，同時(shí)將鋼管的內(nèi)外防改為環(huán)氧粉末熱涂敷，并將外防腐層加一層收縮保護(hù)套，這意味著正常運(yùn)行工況下，2根φ1000鋼管可滿足單根φ1400鋼管的輸水量，當(dāng)其中的一根穿河鋼管出現(xiàn)故障時(shí)，另一根鋼管可滿足70%的事故用水量，按照管道設(shè)計(jì)原則，這是允許的。由于采用定向鉆法無(wú)法對(duì)鋼管施加陰極保護(hù)需加強(qiáng)外防腐層的厚度及質(zhì)量，采用環(huán)氧或PE熱涂敷技術(shù)已較為成熟。

施工工藝包括：施工測(cè)量定線→發(fā)射坑→接收坑→設(shè)備安裝定位→導(dǎo)向鉆鉆進(jìn)→布管→鋼管焊接、檢測(cè)、防腐→擴(kuò)孔→回拖→下一循環(huán)。由于導(dǎo)向鉆鉆進(jìn)速度較快，需嚴(yán)格的布管和焊接工藝等密切配合，方可能提高工效，保證安全性?；赝线^(guò)程需有觸變泥漿固壁，另外在鋼管外防腐層設(shè)收縮保護(hù)套，以保證外防腐層在回拖過(guò)程中不受破壞。

施工工期：發(fā)射坑、接受坑1個(gè)月，鉆進(jìn)、回拖等4個(gè)月，共計(jì)5個(gè)月。

管法施工總投資為1423.45萬(wàn)元，見(jiàn)表4。

3 方案比選

3.1 投資

圍堰法施工總投資為1330.04萬(wàn)元，頂管法施工總投資為1115.72萬(wàn)元，定向鉆法施工1423.45萬(wàn)元。頂管法施工投資最少。

表4 定向鉆法施工工程概算表

3.2 工期

圍堰法施工總工期10個(gè)月，頂管法施工總工期6個(gè)月，定向鉆法施工5個(gè)月。圍堰法施工工期最長(zhǎng)，頂管法施工與定向鉆法施工工期接近；圍堰法施工只能在非汛期進(jìn)行，而頂管法施工、點(diǎn)定向鉆法施工則不受此限制。

3.3 施工方法比較

圍堰法：采用明挖方案，大遼河在此地段為感潮河段，水位受潮水影響較大，水深較大，導(dǎo)流工程施工困難，且當(dāng)?shù)赝亮喜灰俗鰢咛钪?，需要外?gòu)，占地面積大，施工時(shí)對(duì)環(huán)境影響較大。

頂管法：采用地下頂進(jìn)的施工方法，占地面積小，施工時(shí)對(duì)環(huán)境影響小。而在大遼河跨河施工時(shí)，頂管法施工在大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程穿越高速及國(guó)省干道工程中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，已有相當(dāng)成熟的施工經(jīng)驗(yàn)。

定向鉆法：不需要額外征地，但由于孔徑限制，鋼管內(nèi)徑需由DN1400變更為DN1000，當(dāng)一根管出現(xiàn)故障時(shí)，只能保證70%的供水量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜合考慮投資、工期、征地、供水量等各方面因素，大伙房水庫(kù)輸水（二期）工程穿越大遼河主河床段推薦采用頂管法施工。該段頂管已在2008年頂進(jìn)完成，從施工效果看，達(dá)到了預(yù)期目的，說(shuō)明在輸水管線穿越河流時(shí)，在適合的地質(zhì)條件下采用頂管法施工是十分有效的。

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2017-03-06