沿運(yùn)灌區(qū)艾菱涵頂管方案設(shè)計(jì)及施工要點(diǎn)分析

楊 濤 雷 寧 李 卉

(淮安市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 淮安 223000)

1 工程概況

沿運(yùn)灌區(qū)西沿淮江公路，東至三陽(yáng)河，南臨老通揚(yáng)運(yùn)河，北到鹽邵河，包括真武鎮(zhèn)、丁伙鎮(zhèn)、邵伯鎮(zhèn)、攀川鎮(zhèn)、丁溝鎮(zhèn)、仙女鎮(zhèn)部分共6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。灌區(qū)總面積49.22萬(wàn)畝，現(xiàn)有耕地面積33.4萬(wàn)畝，其中灌溉面積30.34萬(wàn)畝。

艾菱洞地涵建于1960年，為兩孔鋼筋混凝土箱涵結(jié)構(gòu)，尺寸為2.5m×3m，原設(shè)計(jì)流量為30m3/s，穿越鹽邵河。涵洞建設(shè)過(guò)程中，由于洞身覆土厚度不足，第二節(jié)洞身上浮掀起，后用混凝土壓重。鹽邵河現(xiàn)狀為5級(jí)航道，規(guī)劃為3級(jí)航道。現(xiàn)狀洞身沉降縫漏水嚴(yán)重，且受過(guò)往船舶碰撞損壞，存在較大的安全隱患，本次工程計(jì)劃拆建?，F(xiàn)狀艾菱地涵出口側(cè)有一座跨地涵的橋梁(艾菱橋，2010年修建)，橋梁荷載等級(jí)為公路—Ⅱ級(jí)，一跨16m，凈寬9.5m，橋臺(tái)基礎(chǔ)為灌注樁基礎(chǔ)，樁徑1.2m，樁底高程-24m，樁中心距15.34m，橋梁中心線與現(xiàn)有涵洞及干渠中心線有7°夾角。

2 頂管方案設(shè)計(jì)

艾菱地涵穿越鹽邵河。鹽邵河現(xiàn)狀為5級(jí)航道，規(guī)劃為3級(jí)航道，航道升級(jí)改造已列入實(shí)施計(jì)劃，無(wú)法斷流施工，故涵洞設(shè)計(jì)采用頂管施工方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工條件，頂管無(wú)法避開橋梁，必須從橋下穿過(guò)。艾菱橋?yàn)楹禈?，考慮待涵洞施工結(jié)束后可將橋梁廢棄，涵洞上部填土恢復(fù)道路交通，故在涵洞施工時(shí)只要確保頂管施工安全即可，同時(shí)，盡量不影響現(xiàn)有橋梁的安全。根據(jù)頂管布置要求及設(shè)計(jì)流量要求，選用兩根內(nèi)徑3.5m鋼筋混凝土圓管，兩根管道均從橋底通過(guò)，管道外側(cè)與現(xiàn)有橋梁灌注樁基礎(chǔ)間距約為40cm。

涵洞總體布置：涵洞上、下游設(shè)沉井，為降低頂管頂進(jìn)偏差對(duì)橋梁和頂管正常頂進(jìn)的影響，將工作井布置在下游(艾菱橋一側(cè))，接收井布置在上游，頂管從下游向上游頂進(jìn)，兩根管道凈距4.20m，頂管中心高程-12.90m，頂管長(zhǎng)度約120m(見圖1)。

圖1 艾菱地涵縱剖面 (尺寸單位:cm)

工作井布置在涵洞下游側(cè)，采用鋼筋混凝土矩形井，平面總尺寸為18m×13m；雙孔布置，單孔凈尺寸為10m×7m；井壁底高程-19.10m,頂高程7.00m。工作井共分為兩節(jié)，下半節(jié)高程-19.10～-8.10m，壁厚1.5m；上半節(jié)高程-8.10～7.00m，壁厚1m。其中，高程-19.10～2.80m段作為沉井部分，分兩次澆筑、兩次下沉，下沉結(jié)束后接高至高程7.00m，澆筑結(jié)束進(jìn)行頂管施工。工作井底板厚度1.5m，底板頂高程-16.10m。每孔出水側(cè)墻壁留4m×4.2m出水口，并預(yù)留檢修門槽，配套一套檢修疊梁門，配套兩套安全格網(wǎng)，確保運(yùn)行期安全[見圖2(a)]。

接收井布置在涵洞上游側(cè)，采用鋼筋混凝土矩形井，平面總尺寸為17.2m×8.9m；雙孔布置，單孔凈尺寸為6.5m×7m，井壁底高程-19.10m,頂高程7.00m。接收井共分為兩節(jié)，下半節(jié)高程-19.10～-8.10m，壁厚1.2m；上半節(jié)高程-8.10～7.00m，壁厚0.8m。其中，高程-19.10～2.80m段作為沉井部分，分兩次澆筑、兩次下沉，下沉結(jié)束后接高至高程7.00m，澆筑結(jié)束進(jìn)行頂管施工；為了便于布置門槽，接高部分進(jìn)水側(cè)沉井井壁厚度為1.2m。接收井底板厚度1.5m，底板頂高程-16.10m。進(jìn)水側(cè)墻壁預(yù)留2孔4m×4.2m進(jìn)水口，設(shè)置4m×3.5m鋼閘門兩扇，配QP-120kN卷?yè)P(yáng)式單吊點(diǎn)啟閉機(jī)，啟閉機(jī)房尺寸為15.6m×3.5m[見圖2(b)]。

圖2 平面布置 (單位：cm)

進(jìn)水側(cè)沉井前設(shè)置攔污柵橋，配套移動(dòng)抓斗式清污機(jī)。為確保水流順暢，涵洞中心線與渠道中心線盡量一致，上、下游連接段為對(duì)稱結(jié)構(gòu)。涵洞上游左右岸基本對(duì)稱，接收井兩側(cè)采用一字墻與河道連接，翼墻采用鋼筋混凝土懸臂結(jié)構(gòu)，河坡與干渠襯砌斷面順接，河底、河坡均采用混凝土護(hù)砌，上游護(hù)砌25m。涵洞上游左右岸基本對(duì)稱，工作井兩側(cè)采用一字墻與河道連接，翼墻采用鋼筋混凝土懸臂結(jié)構(gòu)，河坡與干渠襯砌斷面順接，下游出口設(shè)10m長(zhǎng)消力池，河底、河坡均采用混凝土護(hù)砌，下游共計(jì)護(hù)砌20m。

3 施工要點(diǎn)分析

3.1 施工順序

施工順序?yàn)椋和练介_挖→沉井制作→沉井下沉及封底→頂管頂進(jìn)→上部結(jié)構(gòu)施工→金屬結(jié)構(gòu)制作→設(shè)備安裝→上下游連接段施工→竣工驗(yàn)收。

3.2 頂管運(yùn)輸和吊裝

頂管運(yùn)輸和吊裝應(yīng)采用專用工具，運(yùn)輸、吊裝綁牢且墊穩(wěn)，不得疊加堆放。設(shè)備及預(yù)埋件應(yīng)符合本施工圖和設(shè)備說(shuō)明書的要求，安裝準(zhǔn)確。施工單位應(yīng)制定出安全文明施工的規(guī)章制度和措施，確保工程和人員施工安全。

3.3 頂管施工技術(shù)要點(diǎn)

涵洞采用泥水平衡法頂管施工穿越鹽邵運(yùn)河,上下游沉井采用深井降水干法施工。涵洞施工前，應(yīng)先準(zhǔn)確定位下游側(cè)艾菱橋灌注樁位置，復(fù)核現(xiàn)有頂管軸線，如果需要可適當(dāng)調(diào)整涵洞軸線，盡量保證管道頂進(jìn)施工避開橋梁灌注樁。

頂管施工前,應(yīng)對(duì)地質(zhì)鉆孔做好封閉工作，以防泥漿流失、涌沙冒水等現(xiàn)象發(fā)生。頂管施工應(yīng)采用減阻泥漿在管道四周形成泥漿套，以減小頂進(jìn)阻力，頂管施工期間要求泥漿不失水、不沉淀、不固結(jié)，有良好的流動(dòng)性和稠度。

3.4 頂管施工參數(shù)控制

工程頂管及工作井后座墻最大設(shè)計(jì)頂力為26712kN，需要加設(shè)中繼間，施工單位應(yīng)保證頂管順利頂進(jìn)及沉井安全。工程選用的管材為鋼筋混凝土管，荷載等級(jí)：裂縫荷載為321kN/m，破壞荷載為482kN/m。

工程施工根據(jù)提供的坐標(biāo)系、高程系統(tǒng)，建立本工程測(cè)量控制網(wǎng)，沉井下沉和頂管施工中，應(yīng)對(duì)高程和軸線的各個(gè)控制點(diǎn)進(jìn)行復(fù)測(cè)，以保證高程和軸線的準(zhǔn)確。管道頂進(jìn)允許誤差見表1。

表1 管道頂進(jìn)允許誤差

4 結(jié) 語(yǔ)

艾菱涵穿越鹽邵河，而鹽邵河為5級(jí)航道，已規(guī)劃為3級(jí)航道，且航道升級(jí)改造已列入實(shí)施計(jì)劃，無(wú)法斷流施工，故涵洞設(shè)計(jì)采用頂管穿越方案最合適。頂管施工可減少開挖和占地，降低工程的協(xié)調(diào)難度，降低潛在的風(fēng)險(xiǎn)，減少對(duì)環(huán)境和航道的影響，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可為類似地涵改造工程提供參考。