郭永峰

（山西省水利水電勘測設計研究院 山西太原 030024）

1 工程概況

山西省萬家寨引黃入晉工程聯(lián)接段陽曲原水直供工程位于太原市尖草坪區(qū)和陽曲縣，供水水源為引黃水，供水對象為太原市工業(yè)新區(qū)及陽曲縣轉型發(fā)展產業(yè)園區(qū)。線路從引黃聯(lián)接段工程7#洞出口呼延調蓄池進水箱涵取水，通過36.61 km壓力管線、加壓泵站及其附屬建筑物、調蓄池等工程設施，將水輸送至陽曲縣境內。

穿越汾河處位于太原市尖草坪區(qū)，太嵐線跨越汾河鐵路橋上游約2.45 km處，方位基本為東西向，穿越汾河段長381 m。

2 工程地形、水文、地質情況

管道在樁號4+577.86～4+958.865處穿越汾河。河道為復式斷面，總寬300 m左右，右側為汾河大堤，左側為濱河東路。主河槽位于河道右側，為U型斷面，寬度大約170 m左右，河底最低處相對高程78 m，河道左側為河灘地，大約130 m寬，地面相對高程88.6～93.0 m?？辈炱诘叵滤幌鄬Ω叱虨?9 m。

主河槽在樁號4+665～4+785處河底存在淤泥質黏土，黑褐色，飽和，流塑，有臭味，結構松散，厚度0.0～4.5 m。管基持力層為淤泥質黏土，該層土呈流塑狀，具高壓縮性，工程地質特性較差，不能作為管基持力層，建議進行換基處理。

汾河河漫灘段，地勢較平坦。發(fā)育地層為第四系全新統(tǒng)洪沖積物，巖性表層為低液限黏土，淺黃色，稍濕，硬塑，手搓有砂感，結構較松散。厚度2.0～3.5 m。其天然含水率27.8%，干密度1.45 g/cm3，塑性指數(shù)14.1，壓縮系數(shù)為0.49 MPa-1，具中等壓縮性。其下為含礫級配不良砂礫，局部相變?yōu)榧壟洳涣嫉[，級配不良砂呈黃褐色，含卵礫石，礦物成分主要為長石、石英等，卵礫石成分主要為灰?guī)r、變質巖，結構松散-稍密。厚度6.0～7.5 m。建議開挖邊坡水上 1∶0.5～1：0.75，水下 1∶1.5～1∶2.5?？辈炱陂g地下水位相對高程89.1 m，管線位于地下水位以下，施工開挖存在涌水問題。管基持力層為級配不良礫層，建議地基承載力160～180 kPa。

3 穿汾河方案分析比選

3.1 明挖導流方案

該方案采用大開挖方式、河底埋管直接穿汾河。管道采用DN 1400 PCCP混凝土包封。包封厚度0.5 m，管基采用碎石墊層處理。管道臨時水下開挖邊坡1∶2.5，臨時水上開挖邊坡1∶1.5，每5 m設2 m寬馬道。為防止沖刷破壞，管線管頂最小覆土深度位于在河床以下6.2 m，并在管頂以上1 m設1 m厚22 m寬塑料格柵石籠，管中心上游寬10.55 m，下游寬11.45 m。利用水泵將溝槽積水抽排干凈后，再將不同壓實度的開挖料進行分類夯實回填，管周圍優(yōu)先回填透水性填料。具體橫斷面見圖1所示。

圖1 明挖導流法穿汾河橫斷面圖（單位：mm）

因河床較寬，流量大，深度較大，為了不影響下游灌溉用水，本工程施工選在非汛期，導流方式采用圍堰擋水分期導流河床泄流方式，一期圍護左岸，填筑一期圍堰，右岸束窄河床泄流，二期圍護右岸，填筑二期圍堰，左岸已完工部分河床泄流。

明挖導流方案建筑工程投資3 084萬元，工期6個月。

采用該方案占用施工場地較大，土方開挖量較大，防滲、排水費用較大，工程投資較大。穿汾河施工期較短，可避開汛期。

3.2 水平定向鉆方案

施工作業(yè)前進行巖土勘察，為后續(xù)施工提供詳盡的地質資料，根據(jù)勘探成果確定鉆進的入土角、出土角、鉆孔的軌跡軸線。鉆孔的軌跡由斜線段、圓弧段、水平直線段左右對稱布置，穿越河底的最小覆蓋深度為25 m。管道采用DN 1000鋼管并按照設計形狀要求一次成型焊接并做防腐處理完成。具體布置參數(shù)如圖2所示。

圖2 水平定向鉆法穿汾河縱斷面圖（圖中相對高程單位為m）

施工工序流程如下：

水平定向鉆優(yōu)點：消除了對交通、環(huán)境、周邊建筑物基礎的破壞和不良影響，適應環(huán)保的各項要求。不影響江河通航，不損壞江河兩側堤壩及河床結構。具有施工不受季節(jié)限制，施工周期短人員少、施工占地少等特點。定向鉆施工速度快，主要適合管徑1 m以下管道工程；用于均質土層的穿越能夠取得滿意的效果。

水平定向鉆方案建筑工程投資1 900萬元，工期1年。管徑1 m以上實施過程中，工期、投資變化不確定性很大，很難達到理想效果。

3.3 主河槽填筑法

穿越河道位置處經挖沙后河底較深，且不平整，為方便管道鋪設，不再進行水下溝槽開挖施工，而是采用填方斷面過河。施工時沿管子軸線采用河道開挖料左右對稱填筑一個施工大平臺，中間填筑至相對高程89.5 m，兩側填筑至相對高程91 m，填筑水下邊坡為1∶3，水上邊坡為1∶1.5，直至最終形成一個內寬40m，外寬52 m的一個梯形狀的大平臺?？拷鼉蓚绕脚_邊緣1 m處布設兩排混凝土防滲墻，厚度0.8 m，墻頂高程高于施工期水位0.5 m，墻底高程伸入下部相對不透水層2 m?；凼┕ら_挖采用反鏟挖掘機按設計斷面進行開挖，開挖邊坡1∶1.5，每5 m設2 m寬馬道。管道采用DN 1400 PCCP，管基采用1.5 m厚格柵加筋土進行地基處理，用于改善管底承載力和不均勻性，避免發(fā)生不均勻沉陷。待管子鋪設完成之后按設計要求進行開挖料分類夯實回填，為防止沖刷破壞，管線管頂最小埋深位于河床以下6.2 m，并在管頂以上3.5 m設置1m厚20m寬塑料格柵石籠，管中心上游寬8.3m，下游寬11.7 m。最后拆除平臺兩端施工圍堰至相對高程88 m處。橫斷面具體參數(shù)見圖3所示。

圖3 主河槽填筑法穿汾河橫斷面圖（單位除相對高程以m計，其余為mm）

主河槽填筑法方案建筑工程投資只有3 000萬元，工期6個月。

該方案土方填筑量較大，防滲費用工程投資較大，排水費用大大降低，施工不受季節(jié)影響。

3.4 沉管法方案

沉管法是將預制管段沉放法的簡稱，其施工順序是將焊接好的涂塑復合鋼管通過起重機和卷揚機等的機械設備按設計要求拖浮到管道設計位置，使其浮在水面上，然后打開管子所有閥門和進出水口后，使管道在自重作用下緩緩下沉至設計好的斷面位置處，最后拆除管子的進水口閥門，管子就位后，利用開挖料進行管溝回填，回填采用先兩端后中間的方式，避免回填時對管道造成新的位移。

圖4 沉管法穿汾河橫斷面圖（單位除相對高程以m計，其余為mm）

為了減少管道內外防腐的工作量，管道采用DN 1400涂塑復合鋼管，水下填筑邊坡1∶3。管基采用6 m寬土工格柵作護底處理，用于改善管底承載力不均勻，避免發(fā)生不均勻沉陷。為防止沖刷破壞，管頂最小埋深應低于填筑頂高程6.2 m，并在管頂以上2.2 m設1m厚20 m寬塑料格柵石籠，管中心上游寬8 m，下游寬12 m。在其上繼續(xù)夯實回填至相對高程88 m處。該高程處不影響河道的正常過水和行洪。通過抗浮驗算和水流沖刷深度的計算，經專家多次論證，填筑平臺相對高程及管道覆土深度合理，穿河斷面符合設計要求。橫斷面具體布置參數(shù)見圖4所示。

沉管法方案建筑工程投資只有900萬元，工期只有3個月，該方案避免了土方大量的開挖，各項費用工程投資較小，工期受外界條件變化很小，能適應各種地質條件變化。

4 總結

通過對各種穿越汾河詳細的方案概述比較，認為沉管法穿越汾河工程能夠降低工程投資，縮短施工工期，且在省內外穿河中有成熟的設計、施工經驗?？蔀槠渌愃乒こ烫峁﹨⒖冀梃b。