雙壁拼裝鋼圍堰在渠道應(yīng)急搶險(xiǎn)中的應(yīng)用

王淑澎，王聊楊

（南水北調(diào)東線山東干線有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250109）

南水北調(diào)東線工程山東境內(nèi)長(zhǎng)1 191 km，南北干線長(zhǎng)487 km，東西干線長(zhǎng)704 km，其中襯砌渠道長(zhǎng)337.7 km。大部分為挖方渠道，地下水位高，渠道易出現(xiàn)襯砌板鼓板、裂縫、塌陷等缺陷，更易發(fā)生揚(yáng)壓力破壞，常年需要蓄水保護(hù)。一旦出現(xiàn)突發(fā)事故，渠道堵塞，進(jìn)行搶修時(shí)，需要先打排滲井，將地下水位降到渠道底板以下，才能進(jìn)行施工。工程量大，施工工期長(zhǎng)，特別是上下節(jié)制閘距離較長(zhǎng)的渠段，因此而造成的損失巨大。如果采用填筑土質(zhì)圍堰或草袋圍堰雖可減少排滲渠道的長(zhǎng)度，但土質(zhì)圍堰、草袋圍堰難以拆除干凈，特別是在襯砌渠道上，容易對(duì)渠道的襯砌造成破壞。

為此，本文設(shè)計(jì)了一種針對(duì)襯砌渠道維修的雙壁拼裝鋼圍堰，該鋼圍堰利用襯砌渠道的斷面形狀相對(duì)規(guī)則的特點(diǎn)，采用標(biāo)準(zhǔn)鋼模板組合式裝配，橡膠、遇水膨脹密封條等進(jìn)行縫隙間的密封，具有造價(jià)低、組裝快、重復(fù)使用的特點(diǎn)。

1 雙壁拼裝鋼圍堰設(shè)計(jì)

本文基于南水北調(diào)東線工程小運(yùn)河段（設(shè)計(jì)樁號(hào)25+327-60+638）邊波比為1:2.5 的襯砌渠道對(duì)雙壁拼裝鋼圍堰進(jìn)行設(shè)計(jì)。雙壁拼裝鋼圍堰基于標(biāo)準(zhǔn)鋼模板設(shè)計(jì)，由若干矩形圍堰和異型圍堰通過螺栓或?qū)Ｓ每圻B接組裝，兩壁間用角鋼桁架焊接而成。組裝完成后通過錨索固定在岸坡地錨上，形成穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)體系。

根據(jù)小運(yùn)河輸水河道設(shè)計(jì)，渠底寬25 m，邊坡比1∶2.5，渠底高程28.10 m，最高設(shè)計(jì)水位33.46 m，該處地下水位為30.20 m，設(shè)計(jì)輸水流量50 m3/s。矩形圍堰模塊橫向?qū)挾热?.0 m，渠坡處異型圍堰模塊橫向?qū)挾热? m。鋼圍堰頂部設(shè)計(jì)高程比設(shè)計(jì)最高水位應(yīng)高出0.3 m～0.5 m[1]，經(jīng)計(jì)算矩形圍堰模塊高度取2.5 m，異型圍堰模塊高度分別取2.5 m、1.2 m。圍堰的迎水面焊接拉環(huán)，根據(jù)渠道的斷面形狀確定拉環(huán)的位置，位于水壓力的重心，一般1/3 水深處，用于圍堰的固定。

1.1 圍堰模塊

圍堰模塊由上下游兩塊擋水鋼模板、角鋼桁架支撐組成，邊坡處按坡度和底角形狀加工成異型圍堰模塊。兩塊擋水板間距為1.0 m，通過角鋼桁架支撐焊接、螺栓或卡扣連接形成圍堰模塊。相鄰兩圍堰模塊之間連接處粘貼橡膠密封層，圍堰模塊與渠堤、渠坡接觸處粘貼遇水膨脹膠條。

1.2 圍堰模塊拚接

錨索采用5 根長(zhǎng)100 m 直徑D20 mm 鋼絲繩，通過鎖扣固定在鋼圍堰拉環(huán)上[2]。在鋼模板的迎水面焊接拉環(huán)，錨索和拉環(huán)連接后固定在地錨上，通過錨索拉力平衡靜水壓力和部分鋼圍堰自重，形成靜力平衡。

2 圍堰安裝

2.1 安裝準(zhǔn)備

安裝在靜水情況下進(jìn)行，現(xiàn)場(chǎng)檢查鋼圍堰各個(gè)制造件是否齊全，是否有變形，如有變形，進(jìn)行校正處理。鋼圍堰吊裝前，采用水下電視、水下機(jī)器人等方式進(jìn)行察看，清除鋼圍堰安裝位置的水下異物[3]。檢查安裝使用的工具是否齊全。安全前組織對(duì)參與安裝人員進(jìn)行技術(shù)交底，主要是安裝方案、操作要點(diǎn)以及安全注意事項(xiàng)。檢查安裝用鋼絲繩、夾具等是否存在損傷等安全隱患，如有損傷，立即更換。

2.2 測(cè)量放樣

采用全站儀進(jìn)行放樣，以鋼圍堰工作提升中心放出安裝樣線，做出標(biāo)志，確定每節(jié)模塊的位置。為安裝需要，鋼圍堰工作提升中心點(diǎn)掛錘球定點(diǎn)，對(duì)應(yīng)于控制點(diǎn)。

2.3 吊裝

安裝前進(jìn)行試吊，按照安裝方案確定的吊點(diǎn)對(duì)吊物進(jìn)行綁扎，試吊時(shí)吊物起高離地10 cm，檢查各項(xiàng)參數(shù)是否正常。經(jīng)試吊檢查無問題后進(jìn)行正式吊裝[4]。從中心位置開始吊裝，依次向兩岸均衡進(jìn)行。全部就位后，對(duì)各圍堰模塊露出水面的部分采用架管卡扣進(jìn)行連接加固。

2.4 圍堰連接加固

采用合適功率水泵抽排兩片圍堰內(nèi)的水,以底寬 25 m、水深 2.0 m、邊坡 1∶2.5 的渠道為例，采用水泵進(jìn)行抽排。因?yàn)榇藭r(shí)圍堰尚未完全加固連接，模塊間漏水，抽排的速度要大于漏水速度。隨著圍堰內(nèi)水位下降，隨時(shí)用卡扣或螺栓連接加固模塊，在圍堰內(nèi)水位下降1.0 m 左右時(shí)，用第二道鋼管連接加固各模塊。隨著水位下降，依次安裝第三、第四道架管，架管間距隨著水位向下逐漸加密，建議依次為 0.7 m、0.5 m、0.3 m、0.3 m，并且在拉環(huán)處，架管要和拉環(huán)加固肋板可靠連接。

2.5 圍堰拉環(huán)設(shè)計(jì)

拉環(huán)選用Q235 優(yōu)質(zhì)鋼材，鋼材截面尺寸為100 mm×100 mm×18 mm，拉環(huán)板型心處預(yù)留Φ22 孔用于連接鋼絲繩，拉環(huán)板焊接在端板中心位置上，端板通過螺栓連接于上鋼圍堰。螺栓選用10.9 級(jí)M20 大六角頭高強(qiáng)度螺栓，端板平面尺寸為200 mm×100 mm，厚度10 mm。拉環(huán)板兩側(cè)各設(shè)兩道加勁肋，全部焊縫為全熔透角焊縫，焊腳尺寸為6 mm。

2.6 錨索固定

兩岸根據(jù)拉環(huán)數(shù)量，對(duì)稱安裝地錨，根據(jù)渠道斷面形狀和圍堰模塊數(shù)量，一般每5 m 布置一道錨索。圍堰拼接加固后，將錨索連接在地錨上或岸邊合適的樹木根部，并用緊線器進(jìn)行調(diào)節(jié)松緊均勻。在維修中，根據(jù)圍堰受力變形，調(diào)整錨索，保證圍堰受力均衡穩(wěn)定。

3 降排水

維修前應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐牡刭|(zhì)資料及施工面大小，在渠道兩岸合理確定排滲井的位置、深度及水泵參數(shù)。最好查閱建設(shè)期的施工資料，了解建設(shè)期的排水效果，制定降排水方案。在施工中，如果地下水位下降速度達(dá)不到要求，則需要在增設(shè)降水井或增加水泵功率，使渠內(nèi)水位比地下水位低不大于0.4 m 的規(guī)程要求。渠內(nèi)需要抽排明水,采用離心式潛水泵，抽排至圍堰下游，渠內(nèi)水位下降速度與地下水位同步。

4 安全監(jiān)測(cè)

為防止施工過程中襯砌板遭受揚(yáng)壓力破壞，采用巡視檢查和儀器設(shè)備觀測(cè)。觀測(cè)內(nèi)容包括：地下水位監(jiān)測(cè)、平面位置監(jiān)測(cè)、圍堰內(nèi)部水位監(jiān)測(cè)、圍堰外部水位監(jiān)測(cè)等。變形觀測(cè)基準(zhǔn)點(diǎn)、觀測(cè)點(diǎn)在鋼圍堰施工前布設(shè)?；鶞?zhǔn)點(diǎn)位置應(yīng)穩(wěn)定、安全、可靠，且基準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量不少于2 個(gè)。監(jiān)測(cè)采用相同的觀測(cè)路線和測(cè)試方法。

地下水位監(jiān)測(cè)：施工期間，每天三次監(jiān)測(cè)地下水位。當(dāng)?shù)叵滤桓哂谇?nèi)水位0.4 m 時(shí)，停止渠內(nèi)明水的抽排。

渠坡位移監(jiān)測(cè)：在渠道兩岸適當(dāng)位置設(shè)置位移觀測(cè)點(diǎn)。每50 m 一個(gè)，施工期間，每6 h 進(jìn)行一次位移觀測(cè)。當(dāng)垂直位移大于5 mm 時(shí)，采取加大地下水的抽排速度。變形繼續(xù)加大時(shí)，應(yīng)向渠內(nèi)充水，保證渠坡安全。

5 與土質(zhì)圍堰的對(duì)比分析

以底寬 25 m、水深 2.5 m、邊坡 1∶2.5 的渠道為例。根據(jù)《水利水電工程圍堰設(shè)計(jì)規(guī)范》（SL645-2013）規(guī)定，土圍堰頂寬度宜為4～12 m，坡度 1∶1～1∶2，經(jīng)測(cè)算需土方 1 515 m3，根據(jù)《山東省水利水電建筑工程預(yù)算定額》需用13 m 長(zhǎng)壁挖掘機(jī)（1.0 m3）工作 5.5 個(gè)臺(tái)班，造價(jià)約 4.36 萬元，工期6 d。鋼圍堰需要用鋼量22.7 t，總造價(jià)約8 萬元，工期5 d，鋼圍堰拆除后可重復(fù)利用。而土質(zhì)圍堰施工難度大，拆除過程中易對(duì)襯砌渠道造成破壞。

6 結(jié) 論

本文主要對(duì)南水北調(diào)襯砌渠道應(yīng)急事故中維修渠道工程設(shè)計(jì)了雙壁拼裝鋼圍堰結(jié)構(gòu)。對(duì)設(shè)計(jì)的鋼圍堰結(jié)構(gòu)、制作、安裝等進(jìn)行了介紹，對(duì)鋼圍堰受力進(jìn)行了分析，以及實(shí)施過程中渠道襯砌板進(jìn)行了受力計(jì)算。結(jié)果表明，所設(shè)計(jì)的雙壁拼裝鋼圍堰安裝快、易拆除、可重復(fù)利用，具有較高的實(shí)用性，在水深25 m 內(nèi)，不會(huì)對(duì)渠道襯砌板產(chǎn)生破壞，滿足應(yīng)急事故搶險(xiǎn)工作要求。