郭永峰

（山西省水利水電勘測設(shè)計(jì)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(duì)象為太原市工業(yè)新區(qū)及陽曲縣轉(zhuǎn)型發(fā)展產(chǎn)業(yè)園區(qū)。線路從引黃聯(lián)接段工程7#洞出口呼延調(diào)蓄池進(jìn)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(diào)蓄池等工程設(shè)施，將水輸送至陽曲縣境內(nèi)。

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(zhì)情況

管道在樁號(hào)4+577.86～4+958.865處穿越汾河。河道為復(fù)式斷面，總寬300 m左右，右側(cè)為汾河大堤，左側(cè)為濱河?xùn)|路。主河槽位于河道右側(cè)，為U型斷面，寬度大約170 m左右，河底最低處相對(duì)高程78 m，河道左側(cè)為河灘地，大約130 m寬，地面相對(duì)高程88.6～93.0 m。勘察期地下水位相對(duì)高程為89 m。

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

汾河河漫灘段，地勢(shì)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(jié)構(gòu)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(jí)配不良砂礫，局部相變?yōu)榧?jí)配不良礫，級(jí)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(zhì)巖，結(jié)構(gòu)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(duì)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(jí)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(dǎo)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(shí)水下開挖邊坡1∶2.5，臨時(shí)水上開挖邊坡1∶1.5，每5 m設(shè)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(shè)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(shí)度的開挖料進(jìn)行分類夯實(shí)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(dǎo)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(dǎo)流方式采用圍堰擋水分期導(dǎo)流河床泄流方式，一期圍護(hù)左岸，填筑一期圍堰，右岸束窄河床泄流，二期圍護(hù)右岸，填筑二期圍堰，左岸已完工部分河床泄流。

明挖導(dǎo)流方案建筑工程投資3 084萬元，工期6個(gè)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(fèi)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(jìn)行巖土勘察，為后續(xù)施工提供詳盡的地質(zhì)資料，根據(jù)勘探成果確定鉆進(jìn)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(duì)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(shè)計(jì)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(duì)高程單位為m）

施工工序流程如下：

水平定向鉆優(yōu)點(diǎn)：消除了對(duì)交通、環(huán)境、周邊建筑物基礎(chǔ)的破壞和不良影響，適應(yīng)環(huán)保的各項(xiàng)要求。不影響江河通航，不損壞江河兩側(cè)堤壩及河床結(jié)構(gòu)。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(diǎn)。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(zhì)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(shí)施過程中，工期、投資變化不確定性很大，很難達(dá)到理想效果。

3.3 主河槽填筑法

穿越河道位置處經(jīng)挖沙后河底較深，且不平整，為方便管道鋪設(shè)，不再進(jìn)行水下溝槽開挖施工，而是采用填方斷面過河。施工時(shí)沿管子軸線采用河道開挖料左右對(duì)稱填筑一個(gè)施工大平臺(tái)，中間填筑至相對(duì)高程89.5 m，兩側(cè)填筑至相對(duì)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(gè)內(nèi)寬40m，外寬52 m的一個(gè)梯形狀的大平臺(tái)。靠近兩側(cè)平臺(tái)邊緣1 m處布設(shè)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(duì)不透水層2 m。基槽施工開挖采用反鏟挖掘機(jī)按設(shè)計(jì)斷面進(jìn)行開挖，開挖邊坡1∶1.5，每5 m設(shè)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(jìn)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(shè)完成之后按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行開挖料分類夯實(shí)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(shè)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(tái)兩端施工圍堰至相對(duì)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(duì)高程以m計(jì)，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(gè)月。

該方案土方填筑量較大，防滲費(fèi)用工程投資較大，排水費(fèi)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(yù)制管段沉放法的簡稱，其施工順序是將焊接好的涂塑復(fù)合鋼管通過起重機(jī)和卷揚(yáng)機(jī)等的機(jī)械設(shè)備按設(shè)計(jì)要求拖浮到管道設(shè)計(jì)位置，使其浮在水面上，然后打開管子所有閥門和進(jìn)出水口后，使管道在自重作用下緩緩下沉至設(shè)計(jì)好的斷面位置處，最后拆除管子的進(jìn)水口閥門，管子就位后，利用開挖料進(jìn)行管溝回填，回填采用先兩端后中間的方式，避免回填時(shí)對(duì)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(duì)高程以m計(jì)，其余為mm）

為了減少管道內(nèi)外防腐的工作量，管道采用DN 1400涂塑復(fù)合鋼管，水下填筑邊坡1∶3。管基采用6 m寬土工格柵作護(hù)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(yīng)低于填筑頂高程6.2 m，并在管頂以上2.2 m設(shè)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(shí)回填至相對(duì)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(yàn)算和水流沖刷深度的計(jì)算，經(jīng)專家多次論證，填筑平臺(tái)相對(duì)高程及管道覆土深度合理，穿河斷面符合設(shè)計(jì)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(gè)月，該方案避免了土方大量的開挖，各項(xiàng)費(fèi)用工程投資較小，工期受外界條件變化很小，能適應(yīng)各種地質(zhì)條件變化。

4 總結(jié)

通過對(duì)各種穿越汾河詳細(xì)的方案概述比較，認(rèn)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(nèi)外穿河中有成熟的設(shè)計(jì)、施工經(jīng)驗(yàn)?？蔀槠渌愃乒こ烫峁﹨⒖冀梃b。