金鐘水利樞紐引水配套工程建設(shè)和自動化調(diào)度初試

黃驍男

(莆田市水利局，福建莆田351100)

金鐘水利樞紐引水配套工程建設(shè)和自動化調(diào)度初試

黃驍男

(莆田市水利局，福建莆田351100)

文章基于福建省莆田市金鐘水利樞紐引水配套工程土方開挖、回填、管材選擇與安裝、施工過程質(zhì)量控制及綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計，提出引調(diào)水類水利工程施工中應(yīng)注意的問題和綜合調(diào)度管理發(fā)展方向，該引水配套工程2011年底開工，計劃2014年底前全面竣工通水，作為具有典型特征的引調(diào)水基礎(chǔ)工程，工程在建設(shè)中遇到的土方開挖回填、管材選用與防腐處理、施工質(zhì)量控制、未來綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)實施等對類似工程具有借鑒意義。

莆田;金鐘水利樞紐;管材選擇;安裝;質(zhì)量控制;綜合調(diào)度

福建省莆田市位于臺海西岸，居福(州)廈(門)泉(州)經(jīng)濟圈交通樞紐，依托優(yōu)勢地位，近年來經(jīng)濟發(fā)展增速始終排名全省前三，但區(qū)域內(nèi)水資源緊缺，人均水資源量擁有量僅為1 070 m3，相當(dāng)于全國人均的1/2、全省人均的1/3，屬于水資源緊缺地區(qū)。同時水資源分布嚴(yán)重不均，西北部山區(qū)水資源豐富，東南沿海嚴(yán)重缺水，隨著莆田湄洲灣港口開發(fā)建設(shè)，呈現(xiàn)出經(jīng)濟重心布局與水資源保障倒掛錯置格局。為此，2011年莆田市在貫徹海西意見基礎(chǔ)上啟動建設(shè)金鐘水利樞紐引水配套工程，力求發(fā)揮莆田海西建設(shè)后優(yōu)勢，拓展一線重點水利基礎(chǔ)設(shè)施，實現(xiàn)莆田人民夢寐以求“港城崛起”的愿望。

1 樞紐引水配套工程概況

金鐘水利樞紐引水配套工程是湄洲灣港口城市發(fā)展的重要引調(diào)水工程。引調(diào)水調(diào)出區(qū)位于莆田市仙游縣北部石蒼鄉(xiāng)境內(nèi)的粗溪中游金鐘水庫，在仙游縣鯉城鎮(zhèn)北寶峰雙寶隧洞出口接管，將大型金鐘水庫原水引到湄洲灣北岸和莆田中心城區(qū)，設(shè)計引水流量4.21 m3/s，日供水36.4萬m3。引水管線總長91.2 km，受益仙游縣、荔城區(qū)、城廂區(qū)、秀嶼區(qū)、北岸管委會共11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)110萬人口，其中主干線從北寶峰至蓋尾前連長12.94 km，管徑1.8 m;支線2條共長78.26 km，一條為莆田支線，從蓋尾前連至華林、新度臺商投資集中區(qū)、工業(yè)園區(qū)長24.75 km，管徑1.0 m;另一條為媽祖城支線，從蓋尾前連至媽祖城長53.51 km，管徑1.4 m。工程主管材采用PCCP預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，工程概算總投資5.84億元［1］。

2 工程施工工序

施工主要工序包括場地平整、測量放線、管溝土方(石方)開挖、施工降排水、PCCP管運輸?shù)跹b就位、PCCP管道安裝、接口水壓試驗、填封接口縫、土方回填、水壓試驗、竣工清理等。

3 土方開挖回填施工與技術(shù)要求

3.1 土方開挖施工

土方開挖施工采取開槽管道施工技術(shù)，先以機械開挖采取包括自上而下、上下結(jié)合、先河槽后岸坡以及分期分段開挖等方式進行，注意在槽底預(yù)留200～300 mm土層由人工開挖至設(shè)計高程，整平;在不具備機械開挖條件下，也部分采用人工開挖方式。對處于河床或地下水位以下區(qū)域進行基礎(chǔ)開挖時特別注意做好降排水工作，在安排施工工序時，采取先挖排水溝，再分層下挖，槽口設(shè)截水溝，槽內(nèi)設(shè)支撐。

3.2 作業(yè)安排

工程采用分段施工的平行流水作業(yè)組織方式進行開挖。分段長度根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，按4個工作小組在4個工作班內(nèi)能完成的挖方量來安排。

3.3 技術(shù)要求

引水配套工程設(shè)計輸水線路沿仙港大道、濱海大道、城港大道、湄永高速等公路道路設(shè)施單側(cè)布置，出、棄土石方運輸便捷，加之挖填方相對平衡，使得土石方開挖施工的重點主要放在邊坡防止塌滑以及地下水位開挖時做好排水工作兩方面。對此，在實際施工中注意做到控制開挖坡度不陡于1∶2;自中心向外分層下挖時邊坡處按邊坡比挖成類臺階狀，待挖至設(shè)計深度時再進行削坡;受地下水影響區(qū)段設(shè)排水溝采用一次到底法或分層下挖法開挖;回填時保證均勻的填土施工，禁止以軟性土體回填，管頂0.5 m范圍內(nèi)的回填土不含碎石;注意縱向施工，對土方填筑的厚度進行合理把握(程管頂覆土厚度≥0.8 m)，回填土分層壓實，壓實機具選擇上先輕后重，保證碾壓方向和軸線之間互相平行。

4 管材選擇、安裝與防腐處理

4.1 管材選擇

主管材選用PCCP預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，這是一種新型的鋼性管材，它是帶有鋼筒的高強度混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，噴以水泥砂漿保護層，采用鋼制承插口，同鋼筒焊在一起，承插口有凹槽和膠圈形成了滑動式膠圈的柔性接頭，是鋼板、混凝土、高強鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。滿足承受內(nèi)外壓高、接頭密封性好、抗震能力強、施工方便快捷等技術(shù)要求，適合作為金鐘水利樞紐引水配套工程這種長距離引水項目施工用管材指標(biāo)要求。

4.2 管線方案布置

1)管線平面布置:要考慮征遷條件，避開沿線建筑密集區(qū);盡量走直線，減少大角度彎頭;盡量避開不良地質(zhì)構(gòu)造;盡量沿現(xiàn)有或規(guī)劃道路敷設(shè)，利于運行維護。金鐘引水樞紐配套工程輸水管線屬長距離，沿線跋山涉水，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計中大部分管線選擇沿仙港大道、濱海大道及城港大道布置，線路平順，可最大限度減少水頭損失，滿足重力流輸水條件。同時減少工程拆遷、施工臨時費用，建成后也利于工程的運行管理和維護。

2)管線縱斷面布置:要考慮排氣排泥條件，在輸水管道隆起點設(shè)置進、排氣閥，排除壓力管道內(nèi)的摻氣，或補氣避免管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，保證管道運行安全。泄水閥布置在沿線低點具有排水出路的地方，便于管道維修時排泥、放水。金鐘引水樞紐配套工程長距離重力流輸水對進、排氣要求更高，特別是沿接近水平段的濱海大道布置管線長達(dá)17 km，排氣問題更突出。設(shè)計中縱斷面每隔600～800 m人為布置成一個高點，設(shè)置進、排氣閥，確保管道安全。泄水閥布置在管線最低點，用以排除沉淀物及檢修時放空管內(nèi)余水。此外，需控制最高點與低點之間高差，控制在兩檢修閥之間整個管道放空后，這些低洼管段最多不過剩余管道直徑1/3高度的水，不影響檢修，既節(jié)省投資，又不致影響管道檢修。

3)管線橫斷面布置:橫斷面布置涉及管道埋設(shè)深度、管道基礎(chǔ)及溝槽回填控制。管道埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)冰凍情況、外部荷載、管材性能、抗浮要求及與其他管道交叉等因素確定。金鐘引水樞紐配套工程設(shè)計管頂埋深一般≥0.70 m;遇穿公路段管材可改用鋼管，覆土厚度≥1.0 m;遇穿河流管段應(yīng)根據(jù)水利部門提供的規(guī)劃河道斷面及沖刷深度設(shè)計，管道采用砌石護砌。管道基礎(chǔ)采用中粗砂墊層或級配砂碎石墊層，厚0.15～0.25 m。金鐘引水樞紐配套工程工壓高，溝槽回填要求對稱下料，分層夯實，均勻上升，特別是有拐角管段，壓實度不足難以承受管道產(chǎn)生的不平衡力，將產(chǎn)生位移，容易造成接頭漏水，故要求應(yīng)分區(qū)域嚴(yán)格按規(guī)范要求回填土壓實。金鐘引水管線涉及部分上埋式管道，應(yīng)注意兩側(cè)回填土寬度。管道水平中心線每側(cè)回填土寬度不得小于2倍管道外徑，在此寬度范圍，管頂以上500 mm區(qū)域內(nèi)回填土壓實系數(shù)≥0.9，且應(yīng)與其外側(cè)土的回填同時進行。

4.3 管材安裝

PCCP管在斜坡區(qū)域安裝時，應(yīng)由下至上順序施工，先安裝坡底管道，再向上安裝坡頂管道，注意將管道的承口朝上，這樣做可以充分利用管道自重以便于安裝就位施工。采用機具吊裝下管盡量減少溝槽上機械的移動，起吊索具用柔性材料包裹，避免碰損管子。裝卸過程始終保持輕裝輕放的原則，嚴(yán)禁管道在管溝基槽內(nèi)的搬運移動。吊車下管時還要注意吊車站位置溝槽邊坡的穩(wěn)定，有專人進行監(jiān)測。管道安裝時，將剛吊下的管道插口與已安裝好的管道的承口對中，使插口正對承口。采用手扳葫蘆外拉法將剛吊下的管道的插口緩慢而平穩(wěn)地滑入前一根已安裝的管道的承口內(nèi)就位，管口連接時作業(yè)人員事先進入管內(nèi)，往兩管之間塞入擋塊，控制兩管之間的安裝間隙在20～30 mm，同時也避免承插口環(huán)發(fā)生碰撞。特別注意管子順直對口時使插口端和承口端保持平行，并使圓周間隙大致相等。

4.4 管道接口處理與水壓試驗

管節(jié)下槽前，逐根檢查管材和承插口有無損壞現(xiàn)象，確保承插口清理干凈，如有飛邊毛刺馬上進行處理，以防劃破橡膠密封圈。膠圈套入插口凹槽之前先分別在插口圈外表面、承口圈的整個內(nèi)表面和膠圈上涂抹潤滑劑，膠圈滑入插口槽后，在膠圈及插口環(huán)之間插入一根光滑的桿(或用螺絲刀)，將該桿繞接口圓2周(兩個方向各1周)，使膠圈緊緊地繞在插口上，形成良好密封面。PCCP管對口完成后對每一處接口做水壓試驗。在插口的兩道密封圈中間預(yù)留8mm螺孔作試驗接口，進出水螺孔供閉水試驗時使用，據(jù)施工試驗，其位置宜放在水平線以下45°左右。如放在底部，因施工中機具設(shè)備及施工人員的進出會帶入土渣等雜質(zhì)，使進水孔堵塞或進入兩個膠圈中間的密封倉，從而使閉水通道堵死或形成氣阻，導(dǎo)致閉水試驗不合格;如進水孔位置太高，則閉水試驗時操作不便。試水時擰下螺栓，將水壓試水機與之連接，注水加壓。接口的試驗壓力值，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，取工作壓力加0.3 MPa，恒壓5 min，檢查接口無滲漏即合格。進行下一節(jié)管道的施工后，仍需再做一遍前一節(jié)管道接口的閉水試驗，以防止管道在安裝過程中操作不當(dāng)而引起前一節(jié)管道接口的松動，確保工程質(zhì)量萬無一失。

4.5 管材防腐處理

工程濱海段水土環(huán)境對鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)具有較強腐蝕性，考慮PCCP管表面砂漿保護層本身是一種多孔材料，在生產(chǎn)過程中由于砂漿自身收縮開裂、干燥收縮開裂;在使用過程中由于環(huán)境腐蝕產(chǎn)生裂縫、受力產(chǎn)生裂縫;或由于基礎(chǔ)不均勻沉陷形成PCCP管承插口中灌漿砂漿開裂等威脅，使得PCCP管施工具有一定技術(shù)難度，而且對此類重要引水工程一旦爆管具有突發(fā)性、災(zāi)難性、無征兆等特點，其爆管帶來的不僅僅限于管道供水中斷，還可能引起公共安全事故。因此參照國內(nèi)外已實施的其他濱海PCCP管道施工管理，本工程重點對PCCP管保護防腐進行處理。處理措施根據(jù)國標(biāo)《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》(GB/T 19685—2005)規(guī)范，PCCP管砂漿保護層厚度20 mm，同時基于天津水利科學(xué)研究院研究實驗成果“保護層凈厚度由國標(biāo)規(guī)定的20～25 mm時，PCCP鋼絲的工作壽命由8 a延長至17 a，增加82%”而選定在國標(biāo)基礎(chǔ)上進行砂漿加厚5 mm，外部混凝土防腐涂層全部采用環(huán)氧瀝青涂料。

5 施工質(zhì)量安全控制

工程至2011年開工建設(shè)以來嚴(yán)格把控工程質(zhì)量，執(zhí)行水利工程項目法人責(zé)任制、招標(biāo)投標(biāo)制、工程監(jiān)理制、合同管理制、項目驗收制“五制”要求，作為省級重點工程，推行重點項目標(biāo)準(zhǔn)化管理，施工過程嚴(yán)格按照事先設(shè)定好的工程設(shè)計要求進行，施工單位施工現(xiàn)場日志具有完整的施工操作依據(jù)，監(jiān)理單位質(zhì)量報告和質(zhì)量檢查記錄齊全，質(zhì)量監(jiān)督部門積極主動開展質(zhì)量檢查。

6 綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)

該工程作為長距離重力流輸水管道工程，擔(dān)負(fù)莆田經(jīng)濟社會生活發(fā)展供水任務(wù)，對建成通水后的科學(xué)管理調(diào)度水平提出了極高要求。為全面實時掌握工程沿線取水流量、供水管壓力變化情況，保證供水安全、降低供水能耗，需要隨工程建設(shè)同步開展綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)，建立計算機供水管網(wǎng)模型，形成集監(jiān)測、控制與智能決策功能為一體的數(shù)據(jù)平臺，同時在取水口布置流量計，在管線沿路檢修閥井及流量計井設(shè)置壓力變送器，隨輸水管沿線裝設(shè)壓力、流量傳感器將數(shù)據(jù)實時傳輸回處理中心分析以達(dá)到科學(xué)調(diào)度供水目標(biāo)，顛覆了原來依靠人工經(jīng)驗進行供水調(diào)度管理格局，成為莆田供水工程科學(xué)調(diào)度的先驅(qū)，也為多水源聯(lián)合調(diào)度供水和水利信息化打下了基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

該引水配套工程2011年底開工，計劃2014年底前全面竣工通水，作為具有典型特征的引調(diào)水基礎(chǔ)工程，工程在建設(shè)中遇到的土方開挖回填、管材選用與防腐處理、施工質(zhì)量控制、未來綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)實施等對類似工程具有借鑒意義。本文僅從上述方面進行概述，實際工作中遇到的問題是非常復(fù)雜多樣的，要求設(shè)計、施工、管理人員必須在對工程項目有著充分了解的基礎(chǔ)上予以解決，才能夠最大限度的保證工程安全，實現(xiàn)科學(xué)調(diào)度。

［1］莆田金鐘水利樞紐引水配套工程初步設(shè)計報告［R］.莆田:莆田市水利水電勘測設(shè)計院，2009.

TV672

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1007－7596(2014)07－0171－03

2014－06－09

黃驍男(1985－)，男，福建泉州人，助理工程師，