大管徑PCCP管道交叉穿越方案比選研究

王 冬

(遼寧省水資源管理集團有限責(zé)任公司，遼寧 沈陽 110003)

1 概況

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管(PCCP)是一種復(fù)合管材[1]，具有高密封性、高強度、高抗?jié)B性的技術(shù)特征[2]，其制造和安裝技術(shù)發(fā)展很快[3]，且均已成熟[4]，已經(jīng)全面地應(yīng)用到了我國長距離輸水工程中[5]，大管徑PCCP管道安全和質(zhì)量控制，也是“十一五”科技研究的重要內(nèi)容[6]。

遼寧省某重點輸水工程為一項大型跨流域調(diào)水工程，主要由水源工程和輸水工程兩大部分組成。其中輸水工程管線部分施工項目主要包括PCCP管、鋼管、管道陰極防腐、各類閥井、過河、過路等。

本施工段主管道為4根DN3200的PCCP管或鋼管，施工至樁號GC120+550處將穿越國電康平電廠水源管道，呈52°斜交，如圖1、圖2所示。穿越處為四管同槽，從康平電廠水源管道下方倒虹式穿越，管頂埋深為6.3m?？灯诫姀S水源管道為1條DN1200的PCCP管，管頂埋深2.2m。此處地質(zhì)情況：頂部為耕植土，雜色，埋深0.3～0.9m；上部為粉質(zhì)黏土，黃褐色，潮濕可塑，層底埋深8.0～9.6m；底部為全風(fēng)化安山巖，灰綠色呈砂狀，中密狀態(tài)。設(shè)計開挖邊坡坡比：一側(cè)(動載)為1∶1.50，堆土一側(cè)(靜載)為1∶1.25。

圖1 穿越康平電廠水源管道平面圖

圖2 穿越康平電廠水源管道縱斷面圖

2 穿越方案介紹

經(jīng)反復(fù)研究，定以下三種可能的穿越方案。方案一：水源管道改線方案，如圖3所示；方案二：下部支撐方案，如圖4、圖5所示；方案三：頂管方案，如圖6所示。

2.1 水源管道改線方案

2.1.1總體設(shè)計

(1)將電廠水源管道永久改線到某重點供水管道GC120+637.1管頂。

(2)及時對安裝的管道進行回填[7]，然后在GC120+637.1某重點供水管道管頂修建電廠水源管永久改線段，改線段全部施工完成后再與原水源管線閉合。改線段水源管道采用DN1200鋼管，在轉(zhuǎn)彎處設(shè)計混凝土鎮(zhèn)墩。

(3)改線的水源管道焊接、防腐、回填完成和混凝土鎮(zhèn)墩完成后，電廠水源管道停止通水，將水源管道放空。再將原水源管道拆除，將改線管道與原水源管道聯(lián)接，在最短時間內(nèi)恢復(fù)水源管道通水。

(4)將穿越處的原水源管道拆除，供水管道正常施工。

圖3 改線方案示意圖

2.1.2費用分析

改線方案的預(yù)算費用為2107368元，詳見表1。

表1 穿越電廠水源管道方案1(改線方案)施工費用分析

2.2 下部支撐方案

2.2.1總體設(shè)計

電廠水源管道正常運行。在電廠水源管道下方采用灌注樁和縱橫梁系統(tǒng)對電廠水源管道進行有效支撐。

(1)在電廠水源管道兩側(cè)設(shè)計兩排灌注樁，灌注樁深入到管槽基底以下10m，灌注樁頂比電廠管道底部低0.7m。為減少地基擾動，方便施工，灌注樁計劃在地面上施工，屆時樁頂端有一部分為空樁，不澆灌混凝土。

(2)在灌注樁頂平行于電廠水源管道澆筑混凝土縱梁，在電廠DN1200、PCCP管道底部分段澆筑支撐橫梁，橫梁兩端支撐在縱梁上。最后，灌注樁、混凝土縱梁和橫梁形成一個支撐系統(tǒng)。

(3)等縱梁和支撐橫梁混凝土強度達到之后，進行供水管道穿越施工。

圖4 下部支撐方案示意圖

2.2.2費用分析

方案二的施工費用預(yù)算總額為2102381元，詳見表2。

表2 穿越電廠水源管道方案2(下部支撐方案)施工費用分析

2.3 頂管方案

2.3.1總體設(shè)計

頂管為內(nèi)徑4m、外徑4.8m的PCCP管，頂管長度39m。某重點輸水工程GC120+471.505～GC120+666.310段通水管道改用鋼管。為保證頂管施工安全距離，某重點供水管線間距設(shè)計為13m。管線在穿越前拉開距離，穿越后再回歸到原設(shè)計軸線上。

圖5 下部支撐方案剖面圖

工作井和接收井均采用沉井方案。在地面上分層向上澆筑工作井和接收井。井的澆筑按B線→D線→A線→C線的順序依次進行，接收井和工作井同時施工。井整體澆筑完成后，在井內(nèi)開挖，將井沉到設(shè)計位置封底，進行頂管施工。在工作井內(nèi)進行鋼管的組裝焊接，完成一節(jié)向頂套管內(nèi)移動一節(jié)，直至鋼管到達接收井內(nèi)。在頂套管的端頭將鋼管與頂套管間的空腔進行封堵，注入水、泥漿。開挖井上下游管槽，對上下游井壁管道部位進行拆除。

圖6 頂管方案示意圖

2.3.2費用分析

頂管方案施工費用預(yù)算總額為11780391元，詳見表3。

3 穿越方案比較分析

電廠水源管道改線方案，工期約50d，可比性投資210.7萬元。此方案的優(yōu)點是工期最短，費用較少，施工簡便且便于管理。缺點是需要將康平電廠水源管道停水和放空。穿越處水源管道為其管線最低點，與上游落差33m，附近水源管道未設(shè)置閘閥，需放空段長度約為9km，放空水量約為10179m3。管道輸送的是沈陽市的污水，無處排放；另外康平電廠水源管道僅此一條，無備用水源，停水將造成電廠巨大的經(jīng)濟損失。

表3 穿越電廠水源管道方案2(下部支撐方案)施工費用分析

下部支撐方案，工期約80d，可比性投資210.2萬元。此方案的優(yōu)點是工期滿足進度要求，費用較少。缺點是施工管理難度較大，因為電廠水源管道輸送的是沈陽市的污水，同時這條管線是電廠的唯一水源，容不得發(fā)生泄漏事故。另外，此段地質(zhì)條件復(fù)雜，地下水豐富。當(dāng)然為了克服缺點，需要加強排水和施工管理。

頂管方案，工期150d，可比性投資1178萬元。頂管方案最主要的優(yōu)勢是施工安全，對電廠水源管道幾乎不產(chǎn)生擾動。但是工期長、費用大，無法保證合同工期完成。

綜合上述邊界條件，選擇下部支撐方案。

4 下部支撐施工技術(shù)要點

灌注樁施工：為加快施工進度，減少對原管道的影響，灌注樁施工在原地面進行。設(shè)計了17根灌注樁，灌注樁直徑80cm，樁長12m。灌注樁采用反循環(huán)回轉(zhuǎn)鉆機進行造孔，25t汽車吊垂直起吊鋼筋籠，分節(jié)焊接成整體入孔(鋼筋籠在鋼筋加工廠按起吊高度分節(jié)制作運至現(xiàn)場)，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土罐車水平運輸，混凝土直升導(dǎo)管法澆筑灌注樁混凝土。

施工降水：為確保穿越施工始終在干地進行，邊坡穩(wěn)定不易發(fā)生塌方[8]，在管槽兩側(cè)上開口線外2m各打1排降水井。管槽降水區(qū)以水源管道為中心，長度計劃100m，根據(jù)計算結(jié)果，每7m布設(shè)1眼鉆井，每側(cè)布設(shè)14眼降水井。施工中根據(jù)降水效果適當(dāng)調(diào)整。開挖時注意對降水井的保護。

水源管道開挖：水源管道1m范圍內(nèi)用人工開挖，為避免坍塌，需用鋼板樁支護。挖至管腰時，開始掏空管道下部，尤其注意保護所有接縫處的原狀土不予開挖、留作支撐。掏空處支護模板，澆筑混凝土橫梁和縱梁。

水源管道回填：某重點輸水工程穿越施工完成后，進行回填，回填至康平電廠高程時，電廠水源管道采用中粗砂回填，從管底懸空部位至管頂采用水撼砂，按試驗確定的碾壓參數(shù)逐層壓實，以避免沉降。

5 結(jié)語

近幾十年來，為改善用水環(huán)境，大型輸調(diào)水工程在全國大量興起，而PCCP作為重要輸水管道被廣泛應(yīng)用[9]，同時交叉穿越工程變成了重要課題[10- 11]。以實際工程為例，通過研究大口徑PCCP穿越PCCP的各個比選方案，選用下部支撐方案，同時總結(jié)和論述了下部支撐方案的施工技術(shù)要點。穿越施工克服了地質(zhì)條件復(fù)雜、施工管理難度大等困難，實際工期75d，投資210.2萬元，完工至今近3年，運行良好，為我國大口徑PCCP穿越PCCP積累了寶貴經(jīng)驗。同時要注意到，交叉穿越仍然是一個重要課題，筆者未對施工管理展開研究，而完善的現(xiàn)場管理體系也是保證工程順利完成的關(guān)鍵[12]。