穿越京密引水渠施工方式適應性初探

張明躍 常 帥 郝 鄴

(北京市京密引水管理處，北京 101400)

1 引 言

京密引水渠修建于1960年，全長105.059km，橫跨密云、懷柔、順義、昌平、海淀5個區(qū)，起點為龔莊子進水閘，終點為團城湖南閘[1](北京市京密引水管理處管段)。自2015年京密引水渠開始承擔向北京城區(qū)正向供水和南水北調(diào)來水調(diào)入密云水庫調(diào)蓄工程反向輸水的重任，為確保正常輸水運行，保證渠道堤防和建筑物安全愈加重要。

近幾年，隨著首都經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，京密引水渠渠道兩側(cè)城鎮(zhèn)化進程快速推進，穿越京密引水渠的管線逐年增多。據(jù)目前統(tǒng)計，京密引水渠現(xiàn)有穿越管線近100道，穿越管線包括燃氣管線、電力管線、地鐵軌道、自來水管線、污水管線等。作為京密引水渠管理單位，在穿越工程管理過程中發(fā)現(xiàn)，部分建設(shè)單位在選擇穿越方法時，多側(cè)重于考慮管徑條件、工程進度和管道保護等因素，而未充分考慮京密引水渠工程情況、運行現(xiàn)狀和周邊環(huán)境等因素，最終導致穿渠方案調(diào)整、施工進度延長、資金成本增加等問題；另一方面，如果選擇穿越方法不當，還會給渠道安全造成不利影響，因此，在不同條件下選擇更適用于京密引水渠的穿越方式十分必要。

本文首先介紹了穿越京密引水渠的方法及其適用條件，然后介紹了選擇穿越方式時應該考慮的因素，最后討論了不同條件下穿越京密引水渠的適用方式，并對穿越工程提出了建議。

2 穿越方法及適用條件

目前，穿越京密引水渠工程方式包括明挖法和暗挖法，暗挖法又包括頂管法、定向鉆拉管法、淺埋暗挖法和盾構(gòu)法。在2015年反向運行輸水前，明挖法是主要穿越方式。反向輸水運行后，由于渠道運行水位較高，暗挖法穿越方式逐漸增多。

2.1 明挖法

明挖法適用淺埋地下工程和平面尺寸較大的工程施工和基坑工程施工，在海淀區(qū)北清路(北安河路—溫泉路)污水管線穿越京密引水渠工程等多項工程中采用該工法。由于明挖法需將管道上部的巖石(土)體全部挖除，再進行管道敷設(shè)，最后將管溝進行回填，所以在輸水渠道段穿渠時均進行了分期圍堰導流。但圍堰導流投資較大，約占總工程投資近30%；此外，明挖法穿渠開挖面積大，在前期準備工作中經(jīng)常涉及樹木伐移、占地、交通通行等手續(xù)，施工工期較長，資金投入大。

2.2 暗挖法

2.2.1 頂管法

頂管法適用于管徑為350～4000mm的管線穿渠，該方法施工進度快、經(jīng)濟合理，而且施工過程處于受控狀態(tài)，控制精度高、施工環(huán)境較好、作業(yè)安全，在大秦鐵路茶塢地區(qū)煤改氣天然氣管線穿越京密引水渠工程等幾處工程中采取了該工法。由于頂管法在卵石層中的頂進相對困難，地下水位高時施工有難度，因此在幾處頂管施工前期準備工作中，都需先對渠道地質(zhì)情況進行勘察。另外，頂管工程包括工作井、接收井和頂管管線[2]，工作井和接收井設(shè)置時，要考慮渠道的運行安全，因為原則上規(guī)定：河道管理范圍內(nèi)不得布置任何永久性豎井，施工臨時豎井確需在管理范圍內(nèi)布設(shè)時，堤防河道距離規(guī)劃堤角線應不小于15m[3]。

2.2.2 定向鉆拉管法

定向鉆拉管法適用管徑在100～1000mm的鋼管和PE管的管道施工，該工法施工工藝簡單，不污染環(huán)境，綜合成本低，對周邊環(huán)境影響小，在陜京四線輸氣管道工程線路工程EPC總承包(第四標段)京密引水渠定向鉆穿越工程中采用了該工法。由于定向鉆拉管法僅在卵石層中的施工相對困難，因此施工前只需考慮渠道地質(zhì)條件的適應性。

2.2.3 淺埋暗挖法

淺埋暗挖法適用于多種不同斷面和結(jié)構(gòu)埋置淺且對地面沉降要求嚴格的管道施工，在懷柔區(qū)小城站污水處理市場化建設(shè)配套管網(wǎng)工程穿越京密引水渠工程中采用了此種穿越方式。該工法噴射支護時產(chǎn)生粉塵多，對環(huán)境影響大；且當?shù)叵滤惠^高時，需要提前進行全線降水。

2.2.4 盾構(gòu)法

盾構(gòu)法適合建造斷面大、埋深大、距離長的軌道、地鐵或3000～14000mm管徑的穿越工程，該方法效率高、機械化作業(yè)程度高、施工速度快、施工質(zhì)量易控制、施工安全性高、對周圍環(huán)境影響小。北京地鐵16號線工程北安河站—溫陽路站下穿京密引水渠時，由于下穿工程斷面較大，其他方法施工較為困難，便采用了盾構(gòu)工法。

3 選擇穿越京密引水渠方式時的考慮因素

通過對穿越方法和適用條件的介紹，不難發(fā)現(xiàn)，不同穿越方法都存在著優(yōu)勢和局限性，因此在選擇穿越方式時，在考慮管線形式、施工要求等技術(shù)要求的基礎(chǔ)上，還要進一步考慮京密引水渠堤防情況、地質(zhì)條件、輸水狀況、周邊環(huán)境等其他影響因素，以此來選擇最佳的穿越方式。

3.1 渠道堤防情況

京密引水渠建設(shè)過程中，龔莊子進水閘—李史山節(jié)制閘段32km渠道系利用原白河灌渠擴建而成，堤防相對穩(wěn)定；李史山節(jié)制閘—昆明湖段77km渠道按規(guī)劃運河線路布置，對具體的地形、地物作了適當調(diào)整，渠堤濱河路主要利用棄土填筑[4]。京密引水渠堤防包括填方段、挖方段和半挖半填段，高填方段主要分布在懷柔區(qū)衡王墳分水閘—劉各長大車橋和昌平區(qū)秦城公路橋—棉山東山洪橋；深挖方段主要在順義區(qū)西臺下節(jié)制閘—李史山節(jié)制閘段，此段渠底至堤頂高差10m以上。

3.2 地質(zhì)條件

京密引水渠堤防地質(zhì)條件主要以砂質(zhì)黏土、砂礫石、粉砂為主，砂礫石存在的大直徑卵石層主要分布在張各莊—龍山段；粉砂地質(zhì)主要分布在龍山—昆明湖段。此外，京密引水渠張各莊上游段地下水位相對較低，水位在渠底高程左右，但張莊下游段地下水位普遍較高，一般在渠道設(shè)計水位左右。

3.3 輸水狀況

自2015年，京密引水渠開始承擔正、反向輸水，以反向輸水為主。反向輸水由團城湖取水，沿京密引水渠新建8個泵站加壓，然后從雁棲泵站新建22km直徑2.6m的PCCP輸水管道入密云水庫調(diào)節(jié)池[5]。

反向輸水期為每年的4—11月，反向輸水過程中為保證泵站正常運行，渠道平均水深達2.6m，與正向輸水水深相比增加了0.6m。同時，京密引水渠懷柔水庫上游渠道警戒水深為2.8m，峰山口輸水閘—西臺上跌水閘警戒水深3.0m，西臺上跌水閘—李史山節(jié)制閘前警戒水深3.1m；興壽節(jié)制閘、東沙河節(jié)制閘、土城節(jié)制閘、柳林節(jié)制閘前警戒水深3.0m[6]。由此可見，反向輸水時的水深基本已經(jīng)接近渠道警戒水深。

3.4 周邊環(huán)境

3.4.1 渠道周邊交通情況

京密引水渠部分堤頂路為城市交通道路，車輛來往頻繁，主要交通道路集中在懷柔水庫下游渠道。主要道路包括懷長路、懷昌路、昌平左堤路、溫陽路、溫北路、黑龍?zhí)堵?、黑山扈路等，其中昌平段渠道左右岸均有交通道路，并且緊鄰渠道，穿越施工時要重點考慮該段渠道的交通影響。

3.4.2 渠道兩岸林木情況

目前，京密引水渠兩岸共有水源防護林428hm2，楊、柳、松、柏等各類樹木19萬株，被譽為北京地區(qū)的“綠色長城”。渠道防護林一般在渠道堤頂路兩側(cè)，但沿昌平、海淀區(qū)渠道內(nèi)坡種植了大量柏樹，穿渠過程中會涉及樹木伐移和綠化恢復事宜。

3.4.3 渠道周邊生活區(qū)情況

京密引水渠沿線共涉及5個區(qū)、21個鎮(zhèn)鄉(xiāng)、102個村，渠道兩側(cè)人口稠密，尤其是昌平區(qū)上苑、大辛峰、小辛峰、棉山幾個村部分住戶房址緊鄰渠道左岸外坡腳，穿越施工時要重點考慮。

4 不同條件下適用京密引水渠的穿越方式

4.1 明挖法

因明挖法需將管道上部土方全部挖除后鋪設(shè)管道，同時明挖法穿越需進行拆遷，且中斷交通道路，因此，明挖法適合在京密引水渠非深挖方渠堤，以及渠道停水期和反向輸水期泵站上游拆遷占地少、不影響交通的渠道段采用。為減少拆遷投入和對交通的影響，在緊鄰渠道人口稠密區(qū)和主要交通道路地段不宜采取明挖法。

4.2 暗挖法

4.2.1 頂管法

頂管法穿越卵石地層時頂進困難，另外頂管工程需布置工作井，在工作井施工時應采取有效的地下水控制措施(降水或截水)，否則對堤防安全影響較大。因此采用頂管法穿越京密引水渠時要充分考慮地質(zhì)條件影響，盡量避免在卵石地層和地下水位高的渠道段實施。

4.2.2 定向鉆拉管法

定向鉆進在卵石地層穿越比較困難，要充分考慮渠道地質(zhì)情況，應盡量避免在京密引水渠地質(zhì)條件為卵石地層的渠道采用。

4.2.3 淺埋暗挖法

淺埋暗挖法適合埋深較淺的穿越方式，在京密引水渠西臺上跌水—李史山節(jié)制閘深挖方段渠道不宜采取。另外淺埋暗挖法受地下水影響較大，在京密引水渠地下水位高的地段不宜實施。同時該工法噴射粉塵較多，對環(huán)境影響大，建議在渠道兩側(cè)人口分散地段采用。

4.2.4 盾構(gòu)法

盾構(gòu)法不宜在京密引水渠砂卵石地層條件下施工。同時盾構(gòu)法適合長距離的大型管線穿越工程，由于京密引水渠寬度較短，一般不超過50m，如果管線管徑較小且只在穿渠段采用盾構(gòu)法顯然從技術(shù)經(jīng)濟上考慮是不合理的。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

a.明挖法施工會引起拆遷，對周邊環(huán)境影響大，會增加非主體工程資金投入；而暗挖法穿越影響相對較小，并且基本不需圍堰導流，能夠保證渠道的正常輸水量，相比明挖法具有明顯優(yōu)勢。

b.在選擇穿越京密引水渠的方式時，在考慮穿越管徑因素的基礎(chǔ)上，還要充分考慮渠道的堤防型式、地質(zhì)條件、地下水位、輸水運行等情況。

c.選擇穿越方式時，要綜合技術(shù)、經(jīng)濟、工期等多方面因素，充分發(fā)揮各種方式的優(yōu)越性并避其局限，以選擇最適合京密引水渠的穿越方式。

5.2 建議

a.穿越工程完工后，考慮渠道堤防安全，要定期對堤防進行沉降觀測。

b.建議地方政府部門統(tǒng)一規(guī)劃考慮，同一地段避免多次開挖穿渠。

c.為方便統(tǒng)一管理，可沿渠道建立穿渠綜合管廊，這也是今后的發(fā)展趨勢。