觀音閣水庫輸水管線穿越工程施工方案研究

彭震宇

（遼寧省觀音閣水庫管理局有限責(zé)任公司，遼寧本溪117100）

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫輸水工程由取水頭部、電站、輸水管線、輸水隧洞、配水站及分支管線等幾部分組成。其中輸水管線長度為49 829 m，輸水管線共穿越河流6 次，鐵路4 次，公路9 次，橡膠壩2 次，攔河壩3 次，橋墩14 次，墻體3 次，漫水橋1 次。遼寧省觀音閣水庫輸水工程輸水管線穿越交叉工程見表1。

2 施工方案

2.1 開挖施工

輸水管線穿越河道工程采用開挖法施工，開挖及回填施工方法同輸水管線，DN3000 鋼管采用現(xiàn)場制作、安裝；DN2400，DN1200，DN1400 鋼管采用廠家制作，運(yùn)到施工現(xiàn)場現(xiàn)場安裝。施工工期避過汛期，采用分期圍堰法導(dǎo)流。

輸水管線穿越一般公路、橡膠壩、攔河壩、墻體等部位，采用開挖法施工，開挖及回填同輸水管線施工方法，在公路邊修建臨時(shí)道路，保證施工時(shí)道路通行，施工完成后恢復(fù)路面、橡膠壩、攔河壩及墻體。

2.2 頂管施工

由于鐵路、高速公路、國省干道交通繁忙，施工時(shí)不允許破壞路面，影響交通，確定采用頂管法施工。此工程頂管管徑分兩種：DN3000 及DN1800。

2.2.1 工作井、接收井尺寸計(jì)算

頂管法施工時(shí)，首先在頂進(jìn)端和接收端分別修建一個(gè)工作井和接收井。

工作井的長度按照正常頂進(jìn)狀態(tài)和工具管穿墻狀態(tài)兩種方式分別計(jì)算，然后取大者：

式中：L——工作井的最小長度；b1——后座或后背墻厚度；b2——?jiǎng)傂皂旇F厚度；b3——環(huán)形頂鐵厚度；l1——下井管段長度；l2——主油缸長度；l3——留在井內(nèi)管道的最小長度；l4——安裝富余量；l5——工具管下井時(shí)的最小長度。

經(jīng)計(jì)算，工作井的尺寸見表2。

工作井的寬度：

式中：B——工作井的寬度，m；D——管道的外徑，m。

工作井的深度：

式中：H ——工作井的深度，m；H1——管頂覆土厚度，m；h——操作空間高度，m。

表1 觀音閣水庫輸水管線交叉工程統(tǒng)計(jì)表

接收井尺寸見表2。

表2 工作井與接收井尺寸匯總表

因此，該工程共需修建工作井及接收井18 組，每一對工作井及接收井為一組。

2.2.2 頂管施工方法

工作井、接收井均采用沉井法施工，沉井施工過程為：沉井制作、沉井下沉和封底。

為減少下沉沉井的深度，在井筒制作前首先進(jìn)行基坑開挖，基坑深1 m，寬比工作井的外周尺寸大1 m，基坑邊坡1∶1，然后在沉井刃腳下墊一層砂墊層和混凝土墊層，墊層的寬度與井壁大致相同?；拥撞克闹茉O(shè)置排水溝，斷面尺寸30 cm×30 cm，排水溝接入設(shè)置在一角比排水溝深0.5 m 的集水井中，集水井內(nèi)的水要時(shí)刻保持最低水位，多余水用水泵抽排到基坑外。

沉井制作由刃腳制作和井壁制作兩部分組成。為減少沉井下沉?xí)r井筒外壁與土之間的摩阻力，刃腳支模采用墊木支模，模板表面特別是外壁必須平整、光滑；井壁模板則采用鋼模，為避免受力不均而造成地基的下沉或傾斜，井壁混凝土應(yīng)分段、分層澆筑。

沉井采用分節(jié)澆筑，一次下沉。井深10 m 的沉井分3 節(jié)澆筑，井深7.5 m 的沉井分2 節(jié)澆筑。工作井及接收井要預(yù)留頂管機(jī)進(jìn)、出洞洞口，工作井和接收井的預(yù)留洞口直徑要比頂管機(jī)刀盤直徑大0.15 m。

沉井下沉前把素混凝土墊層打碎，沉井的刃口就切入土中。

井內(nèi)挖土吊車提升按人工挖掘的方式進(jìn)行。井內(nèi)挖土按照每層30 cm 的厚度進(jìn)行，并保持中間部分高于四周30 cm 以上，在刃腳內(nèi)壁應(yīng)保留2 m左右寬的土臺，待沉井下沉?xí)r，再逐層挖去土臺，刃腳不斷擠壓土臺導(dǎo)致土體塌落，沉井便按照每次20 cm 左右的厚度均勻下沉。

沉井下沉?xí)r，如果地下水位較高，在沉井周圍設(shè)置輕型井點(diǎn)，用井點(diǎn)降水法降低地下水位。當(dāng)沉井下沉至設(shè)計(jì)標(biāo)高，清除井底余土，在基面上鋪設(shè)砂墊層，然后澆筑底板混凝土，進(jìn)行沉井封底。

工作井施工完成后，在工作井內(nèi)布置頂進(jìn)系統(tǒng)，頂進(jìn)系統(tǒng)的主要設(shè)備是主油缸，井內(nèi)布置4 臺主油缸，左右對稱布置。布置在工作井內(nèi)的其它頂進(jìn)設(shè)備還包括導(dǎo)軌、頂鐵、后背及后座，導(dǎo)軌起導(dǎo)向作用，安裝在前方，接近穿墻管，用于支托未入土的管段和頂鐵；頂鐵傳遞頂力，用于彌補(bǔ)油缸行程不足；沉井井墻用于傳遞主油缸的頂力；在井墻前加上后座，保護(hù)井墻不受損傷。

頂管掘進(jìn)機(jī)選用DK 式大刀盤土壓平衡頂管機(jī)，該種機(jī)型采用土壓平衡原理，施工安全可靠，對地面建筑物影響較小。同時(shí)，該頂管機(jī)的轉(zhuǎn)矩可自行平衡，不容易產(chǎn)生機(jī)體的偏轉(zhuǎn)。

開挖面切削下來的泥土經(jīng)過攪拌艙，由皮帶運(yùn)輸機(jī)向后傳輸?shù)竭\(yùn)輸車內(nèi)，然后運(yùn)至工作井內(nèi)，統(tǒng)一吊裝出井外。土方外運(yùn)采用15 t 自卸汽車。

頂管掘進(jìn)必須連續(xù)進(jìn)行，頂進(jìn)速度與出土速度應(yīng)快慢一致，達(dá)到平衡，保持土體的穩(wěn)定。在頂管施工結(jié)束后，采取壓密注漿法對土體進(jìn)行加固。

該工程頂管管徑較大，頂進(jìn)距離較短，頂進(jìn)過程中不需人工通風(fēng)，采用自然通風(fēng)即可。

吊裝設(shè)備采用門式吊車，門吊吊裝方便，操作安全，門吊的起吊能力應(yīng)滿足最大起吊能力。

鋼管焊接在工作井內(nèi)進(jìn)行，其焊接安裝要求見穿河工程。焊接后的鋼管由工作井向接收井推進(jìn)。

3 結(jié)語

觀音閣水庫輸水工程管線在穿越河道、一般公路、橡膠壩、攔河壩、墻體等部位采用開挖法施工；穿越鐵路、高速公路、國省干道等交通繁忙，施工時(shí)不允許破壞路面、影響交通的部位采用頂管法施工，保證了工程的安全和工期。該工程于2017 年12 月22 日全線貫通，于2018 年7 月1 日正式通水運(yùn)行。