南水北調(diào)中線配套工程35號(hào)線穿越公路設(shè)計(jì)研究

□王愛國 □韓秀立 □王李平

（1黃河勘測規(guī)劃設(shè)計(jì)有限公司 2河南省水利廳）

1 工程概況

河南省南水北調(diào)受水區(qū)供水配套工程主要向南陽、平頂山、漯河、周口、許昌、鄭州、焦作、新鄉(xiāng)、鶴壁、濮陽、安陽等11座省轄市區(qū)和所屬的7個(gè)縣級(jí)市、25個(gè)縣城以及禹州神垕鎮(zhèn)、鄧州移民安置區(qū)、南陽龍神工業(yè)園區(qū)等48個(gè)供水目標(biāo)提供生活和工業(yè)用水。

鶴壁市供水配套工程是河南省受水區(qū)供水配套工程的組成部分，包括34號(hào)、35號(hào)、36號(hào)分水口門及相應(yīng)的輸水線路。34號(hào)、35號(hào)、36號(hào)分水口門位于鶴壁市，三個(gè)口門配套工程向鶴壁市（淇縣鐵西區(qū)水廠、淇縣水廠、鶴壁市第三水廠、鶴壁市金山水廠、鶴壁市第四水廠、?？h水廠）6個(gè)供水目標(biāo)、安陽市滑縣（第三水廠、第四水廠）2個(gè)供水目標(biāo)、濮陽市（濮陽市規(guī)劃水廠、濮陽縣蓄水池）2個(gè)供水目標(biāo)供水。

其中35號(hào)輸水管線從35號(hào)口門分水，分水口門位于鶴壁市淇縣新鄉(xiāng)屯鎮(zhèn)三里村西南總干渠右岸，主要供鶴壁淇濱區(qū)、?？h、滑縣、濮陽市城市用水，年均分配水量2.40萬m3。輸水主管線起點(diǎn)為分水口門，終點(diǎn)為濮陽市規(guī)劃水廠，主管道80.20 km，支線總長30.95 km，輸水管線總長111.15 km。分水口門設(shè)計(jì)流量13.00 m3/s，設(shè)計(jì)水位為96.05 m，加大水位為96.45 m，最低控制水位95.52 m。

35號(hào)口門輸水線路主管道由分水口門直接向濮陽市規(guī)劃水廠供水，整個(gè)管道分別設(shè)支管向鶴壁四水廠、滑縣、?？h、濮陽市濮南引黃調(diào)蓄水池供水，主管道設(shè)計(jì)流量為13～6 m3/s，管徑為3.00～2.60 m。向?？h、滑縣供水,輸水管線多次穿越國道、省道，文章以35號(hào)線輸水管線穿越國道107為例，介紹管線穿越國道、省道的設(shè)計(jì)。

2 工程地質(zhì)情況

勘察區(qū)位于太行山東麓，地貌單元屬山前沖洪積傾斜平原，地勢由西向東逐漸降低。道路兩邊地面高程87.60～88.10 m，道路地面高程88.90～89.00 m，路面寬約15 m，施工場地開闊。

2.1 水文地質(zhì)

地質(zhì)測繪和勘探成果表明，在勘探深度范圍內(nèi)，地下水類型主要屬第四系松散土類孔隙潛水，局部為上第三系粘土巖、泥灰?guī)r裂隙水。共分為第四系全新統(tǒng)孔隙潛水含水層組、第四系中、上更新統(tǒng)孔隙潛水（局部承壓）含水層組和上第三系粘土巖和泥灰?guī)r（局部為砂巖、礫巖孔隙含水層組）裂隙含水層組。

為了了解各土層的滲透性，取原狀土樣進(jìn)行了室內(nèi)滲透試驗(yàn)。各巖土體滲透性評價(jià)如下：黃土狀重粉質(zhì)壤土具中等透水性，滲透系數(shù)為2.4E-04～2.2E-04 cm/s；重粉質(zhì)壤土具微～弱透水性，滲透系數(shù)為5.7E-06～1.1E-07 cm/s；中、輕粉質(zhì)壤土具弱～中等透水性，滲透系數(shù)為1.4E-04～1.0E-07 cm/s；砂壤土、粉細(xì)砂具中等透水性，滲透系數(shù)為8.8E-05～5.1E-04 cm/s；卵石具強(qiáng)透水性，淇河河床卵石具強(qiáng)～極強(qiáng)透水性。

2.2 地層巖性

場區(qū)地層結(jié)構(gòu)為粘、礫雙層結(jié)構(gòu)，地層巖性主要為第四系上更新統(tǒng)沖洪積物（alplQ3）黃土狀低液限粘土、卵石和第四系中更新統(tǒng)沖洪積層（alplQ2）低液限粘土，地層分布較穩(wěn)定。

第四系中更新統(tǒng)(alplQ2)：

③低液限粘土：淺棕紅色，硬塑狀，見有黑色鐵錳質(zhì)斑點(diǎn)，見有鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)不均一，局部粘粒含量較低。該層未揭穿，揭露厚度7.80 m。

第四系上更新統(tǒng)上段(alplQ3)：

②卵石：灰黃色，卵石成分以石英砂巖、灰?guī)r為主。粒徑一般3～6 cm，最大可達(dá)8 cm，呈次圓狀，次棱角狀，含量約60%，泥砂質(zhì)充填，局部鈣質(zhì)膠結(jié)。

①-1黃土狀低液限粘土：褐黃色，可塑狀，稍濕，見針狀孔隙，土質(zhì)較均一。鉆孔揭露厚度2.30 m，層底高程82.40 m。

①黃土狀低液限粘土：褐黃色，硬塑狀，稍濕，頂部見有植物根系，見小礫石，見有針狀孔隙，底部偶見白色鈣質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)較均一。

人工填土（rQ）:黃褐色，可塑狀，素填土成分為重粉質(zhì)壤土，土質(zhì)不均，夾雜碎石等雜物。

2.3工程地質(zhì)評價(jià)

工程場區(qū)位于太行山東麓，地貌單元屬山前沖洪積傾斜平原，施工場地開闊，交通便利。工程場區(qū)地震動(dòng)峰值加速度為0.20 g，相當(dāng)于地震基本烈度為Ⅷ度。

場區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粘礫雙層結(jié)構(gòu)，建基面位于第①-1層低液限粘土(alplQ3)、第②層卵石(alplQ3)、第③層低液限粘土（alplQ2）中。地下水位位于建基面以下，不存在降排水問題。施工開挖邊坡建議采用1：1～1:1.25。各土層地基承載力相對較高。低液限粘土工程分級(jí)為Ⅱ類土，卵石工程分級(jí)為III類土，鈣質(zhì)膠結(jié)卵石工程分級(jí)為IV類土。建議采用頂管施工。

3 穿越方案設(shè)計(jì)

3.1 穿越國道、省道布置原則

輸水管線沿途穿越國道、省道時(shí)，需要布置穿越工程。穿越工程布置應(yīng)遵循以下原則：

第一，管道穿越國道、省道時(shí)，應(yīng)該采用正交方式穿越；如不能采取正交穿越時(shí)，則交角≥60°。

第二，管道與高速公路、一級(jí)公路相交叉且采用下穿方式時(shí)，應(yīng)埋置地下通道。

第三，地下工程穿越過程中，應(yīng)根據(jù)相關(guān)技術(shù)規(guī)范，確保各管線之間的安全距離，防止管線發(fā)生破壞，對道路造成影響。

35號(hào)線穿越107國道的位置受制于35號(hào)線路總體布置。根據(jù)線路布置原則及工程場區(qū)地形、工程地質(zhì)條件等因素，再結(jié)合管線局部線路選擇，綜合分析確定35號(hào)線穿107國道的位置。35號(hào)線自新鄉(xiāng)屯北側(cè)東南走向穿越京廣鐵路和107國道，穿越角度基本正交。該線路征地拆遷較少，管線布置較為合理。

3.2 穿越方案確定

根據(jù)《公路工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（JTGB01-2003），為了不影響公路的正常使用，對穿越高速公路、國道、省道及四車道以上的城市道路均采用護(hù)管涵或頂管穿越?？紤]高速公路遠(yuǎn)期加寬要求，按照公路部門要求護(hù)管涵和頂管兩側(cè)距路基或道路隔離欄留有一定長度，高速公路≥15 m，其他公路≥5 m。

根據(jù)相關(guān)文件批復(fù)，本次設(shè)計(jì)輸水管道穿越國道、省道及四車道以上的城市道路，為了不影響公路的正常使用，管線仍采用下穿方式穿越公路，采用防護(hù)結(jié)構(gòu)常規(guī)頂進(jìn)法施工。

頂進(jìn)箱涵施工國內(nèi)通常有以下4種方法：大口徑矩形頂管法；管棚箱涵頂進(jìn)法；管幕箱涵頂進(jìn)法；盾構(gòu)箱涵頂進(jìn)法。

經(jīng)綜合比較，并參考河南省穿越公路已施工的成功案例，本次35號(hào)主管DN3000穿越國道107施工方案采用管棚箱涵頂進(jìn)法。

4 穿越工程布置

35號(hào)輸水管線選用PCCP管。35號(hào)主線先穿越京廣鐵路里程K538+890處，隨后在淇縣高村東北穿越107國道。本次設(shè)計(jì)將107國道路基兩側(cè)20 m外作為穿越方案控制點(diǎn)，考慮到京廣鐵路位于107國道西北側(cè)，頂進(jìn)起點(diǎn)選在107國道東南側(cè)，起點(diǎn)樁號(hào)K1+621；穿越107國道終點(diǎn)樁號(hào)K1+573。穿越長度48 m，交叉角度89.80°。該處穿越工程采用護(hù)管涵頂進(jìn)施工方案，管線中心高程83.55 m。護(hù)管涵采用框架箱涵，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，涵長48 m，分為4節(jié)，每節(jié)長為12 m。箱涵內(nèi)部尺寸5.30×4.90 m，頂板及邊墻厚0.55 m，底板厚0.65 m。路面高程88.90 m，箱涵頂高程86.80m，距路面厚度為2.10 m。涵頂設(shè)TQF-1型防水層及4 cm厚C40纖維混凝土防護(hù)層，涵兩側(cè)設(shè)聚氨酯防水涂料，涵內(nèi)以水泥砂漿設(shè)置0.30%的縱坡，兩節(jié)箱涵間設(shè)置3 cm沉降縫，沉降縫設(shè)置橡膠止水條。箱涵內(nèi)部留出適當(dāng)檢修空間，設(shè)置支墩架設(shè)PCCP輸水管道，進(jìn)口與穿越京廣鐵路段共用一檢修閥門井，出口另設(shè)置一個(gè)檢修閥門井。

為了確保107國道在頂推施工期間的行車安全，設(shè)計(jì)采用在箱涵頂打入管棚的支護(hù)方案。管棚采用小于245 mm鋼管，間距為50 cm，其長度與箱涵相同。在管棚的兩端分別設(shè)置門框梁、門框柱及其基礎(chǔ)，以便管棚整體受力。

5 穿越工程施工

5.1 工作坑布置

5.1.1 工作坑尺寸的確定

根據(jù)輸水管線布置及頂管長度等因素，工作坑共布置1個(gè)始發(fā)坑和1個(gè)接收坑，工作坑平面型式為矩形。方涵考慮在工作坑內(nèi)預(yù)制，強(qiáng)度達(dá)到要求后直接頂進(jìn)。始發(fā)坑尺寸為22.10 m×12 m×7.50 m（長×寬×深），接收坑尺寸為8.00 m×12 m×8.30 m（長×寬×深）。

5.1.2 坑底處理

坑挖好后還需要進(jìn)行坑底處理，工作坑基礎(chǔ)采用0.10 m厚C10素混凝土墊層，在墊層上澆筑0.20 m厚C20混凝土底板。為了安放導(dǎo)軌，坑底上還需要鋪設(shè)枕木。在套管底敷設(shè)導(dǎo)軌，導(dǎo)軌牢固地固定在枕木上。

5.1.3 后座墻的處理

后座墻是頂進(jìn)管道時(shí)為千斤頂提供反作用力的一種結(jié)構(gòu)，在施工中，要求后座墻必須保持穩(wěn)定。后座墻加固，可采用現(xiàn)場澆灌混凝土擋土墻的措施，還可以采用加大后座墻承壓面積、打鋼板樁等措施。

5.2 方涵套管施工

工作坑采用放坡開挖土釘墻支護(hù)。工作坑內(nèi)的滑板采用穩(wěn)定的鋼筋混凝土板結(jié)構(gòu)，要求表面平整，并潑灑石蠟、滑石粉等材料，以減少箱涵與滑板之間的摩擦?；壥褂梦⑿投軜?gòu)機(jī)在箱涵滑行路徑下頂入φ970×14 mm鋼管,每節(jié)箱涵下3根；箱涵在滑軌或滑板上被千斤頂推動(dòng)前進(jìn)?；炷撂坠茼斶M(jìn)完成后，進(jìn)行涵內(nèi)輸水管道PCCP管敷設(shè)。

6 結(jié)語

南水北調(diào)中線受水區(qū)供水配套工程線路長，沿途穿越各種等級(jí)的公路較多，穿越公路也有多種方案可選。在設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合所穿越公路的實(shí)際情況和特點(diǎn)，通過綜合比較，確定最優(yōu)的穿越方案，做到既能保證工程安全實(shí)施，還能盡量使工程的實(shí)施對公路造成的影響最小。