（遼寧省水利水電勘測設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

大伙房水庫輸水（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設(shè)計研究院，遼寧沈陽110006）

目前，長距離輸水工程在國內(nèi)越來越多，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越多的應(yīng)用。本文對大伙房水庫輸水（二期）工程管線穿越大遼河施工方案比選做了簡要論述，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，從施工效果看達到了預(yù)期目的，說明在輸水管線穿越河流時，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；長距離輸水工程；施工方案；大伙房水庫

1 工程概述

目前，隨著中國經(jīng)濟的發(fā)展，長距離輸水工程在國內(nèi)越來越多，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越多的應(yīng)用。大伙房水庫輸水（二期）工程是由大伙房水庫向遼寧省撫順、沈陽、遼陽、鞍山、營口、盤錦等六城市輸水的一項大型輸水工程，輸水線路全長約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，管線過大遼河段國堤內(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，鋼管穿越長度為811m（雙管）。

大遼河過河及過堤基礎(chǔ)土質(zhì)為粉細砂，無液化，地基承載力不小于120kPa。

初步設(shè)計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8m左右，采用分期圍堰導(dǎo)流進行施工時，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。因此，在施工圖階段，業(yè)主要求進行圍堰法施工、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

大伙房水庫輸水（二期）工程初步設(shè)計報告中，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級建筑物，根據(jù)SL303-2004《水利水電工程施工組織設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，導(dǎo)流建筑物級別確定為4級，因?qū)Я鲊卟捎猛潦Y(jié)構(gòu)，故導(dǎo)流設(shè)計標準采用非汛期（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，進行主河床左側(cè)施工，由右側(cè)主河床過流；二期工程圍主河床右岸，進行主河床側(cè)施工，由左側(cè)主河床過流。管線穿越主河床施工時，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)主要為粉細砂，因此圍堰填筑用土需要外運，堰前水位3.27m，圍堰最大高度11.0m，邊坡1∶3，頂寬5 m，采用單向進占法填筑。

由于基坑砂層滲透流量大，同時有補給源，所以基坑開挖采用井點降水。鑒于大遼河覆蓋層較厚，采用潛水非完整井降水，計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)過計算，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，揚程40~50m，功率22kW，每眼井各配備1臺潛水泵，共計40臺，另配備6臺潛水泵備用。

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坡2617m3，降水井40眼，水泵2400臺班。

施工工期：因采用分期圍堰導(dǎo)流方式，當(dāng)年9至12月進行一期工程施工，翌年3至6月進行二期工程施工，總工期為當(dāng)年9月至翌年6月，共計10個月。圍堰法施工總投資為1330.04萬元，見表2。

2.2 管法施工

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

采用頂管法施工時，需要在頂進端建造一個工作井，接收端建造一個接收井。首先對井位進行復(fù)核放樣定位，定出頂管中心軸線，建立測量控制網(wǎng)。同時在場內(nèi)適當(dāng)位置設(shè)置好臨時的軸線控制校核點和水準控制校核點，作為頂管施工的控制依據(jù)。頂管基座位置按管道設(shè)計軸線準備進行放樣、就位、安裝、固定?；系膶?dǎo)軌按照設(shè)計軸線，并按時測洞口中心居中放置，設(shè)置好支撐進行加固，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)國內(nèi)已有工程的施工經(jīng)驗，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沉降要求較高等特點，決定采用DK式大刀盤土壓平衡頂管機，由于該機采用了目前先進的土壓平衡原理，除了施工過程中安全可靠外，該掘進機還具有沉降控制精度高、頂進速度快、便于操作和維修、施工可靠性好等特點，在長期頂管施工中證實是完全適合該工程地質(zhì)條件的。

開挖面切削下來的泥土進入攪拌艙，由螺旋輸送機排出攪拌艙，再由皮帶運輸機向后傳輸?shù)诫娖寇噧?nèi)，然后通過電瓶車將土方運至工作井內(nèi)，由龍門吊吊至井上方統(tǒng)一外運。頂進完成后，頂管機進入接收井、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45d，井內(nèi)設(shè)備拆除15d，共計180d。頂管法施工總投資為1115.72萬元，見表3。

2.3 定向鉆法施工

定向穿越的優(yōu)點是自動化程度高、施工占地少、施工周期短、工程造價相對低、受季節(jié)影響小等。定向鉆機適合的地層包括：各種砂層、淤泥、粘土、泥巖、風(fēng)化巖、砂石、頁巖，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、有線隨鉆控向、地面信標、地面雷達、擴孔器等。目前國內(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)績有30余項，最大穿越管徑為φ1016，有過穿越大遼河的經(jīng)驗。

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套，這意味著正常運行工況下，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，另一根鋼管可滿足70%的事故用水量，按照管道設(shè)計原則，這是允許的。由于采用定向鉆法無法對鋼管施加陰極保護需加強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：施工測量定線→發(fā)射坑→接收坑→設(shè)備安裝定位→導(dǎo)向鉆鉆進→布管→鋼管焊接、檢測、防腐→擴孔→回拖→下一循環(huán)。由于導(dǎo)向鉆鉆進速度較快，需嚴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^程需有觸變泥漿固壁，另外在鋼管外防腐層設(shè)收縮保護套，以保證外防腐層在回拖過程中不受破壞。

施工工期：發(fā)射坑、接受坑1個月，鉆進、回拖等4個月，共計5個月。

管法施工總投資為1423.45萬元，見表4。

3 方案比選

3.1 投資

圍堰法施工總投資為1330.04萬元，頂管法施工總投資為1115.72萬元，定向鉆法施工1423.45萬元。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個月，頂管法施工總工期6個月，定向鉆法施工5個月。圍堰法施工工期最長，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行，而頂管法施工、點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希枰赓?，占地面積大，施工時對環(huán)境影響較大。

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

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，只能保證70%的供水量。

4 結(jié)語

綜合考慮投資、工期、征地、供水量等各方面因素，大伙房水庫輸水（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年頂進完成，從施工效果看，達到了預(yù)期目的，說明在輸水管線穿越河流時，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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