大高差重力輸水管道施工技術探討

河南鶴壁國土開發(fā)有限公司，河南 鶴壁 458000

在我國供水工程設計施工中，當凈揚程較大時，通常采用多級串聯加壓方式予以解決［1］。當用水量較大且時用水量較為均勻時，分級加壓方式是相對合理的。但在施工中，各個環(huán)節(jié)都需要有嚴格的施工管控［2］。本文中所述工程為水利工程項目中的引水工程，起始段與終端高差約70m，全線14.3km，地形起伏變化較大、兩段穿越淇河，工程采用地埋重力式輸水，高差較大處DN700鑄鐵管道安裝中采用防脫膠圈的應用和鎮(zhèn)墩。本文以鶴壁市淇濱區(qū)城市供水管線取水口上移工程項目為例，介紹其施工方案及施工過程控制要點，以期為此類工程的施工質量管控提供借鑒。

1 工程概況

本工程由河南鶴壁國土開發(fā)有限公司投資建設，對淇河白龍廟水庫至劉莊壩段開發(fā)利用，美化環(huán)境，恢復原淇河濕地生態(tài)原貌。將淇濱區(qū)城市供水取水口淇河寒坡洞提水站取水口上移，接現有運行的工農渠南干渠朔泉渡槽，作為淇濱區(qū)備用水源，從工農渠南干渠朔泉渡槽上游開口，二次穿越淇河，接寒坡洞提水站下游新建的蓄水池，全長14.305 公里。采用地埋重力式輸水，日供量依照原管道供水量5 萬m3，引水流量達到0.579m3/s，輸水管道設計流量定為0.666m3/s。第一次穿越淇河處管頂埋深2.17m，高程為112.44m；穿越朱小河處管頂埋深1.5m，高程為120m；第二次穿越淇河處管頂埋深2.45m，高程為95.00m。

2 施工方案及工程實施

施工流程為：施工準備（測量放線）→征地、清點苗木→建設單位、監(jiān)理單位復核→建臨時通道→導流溝開挖→上游圍堰修筑→抽水管溝開挖→墊層、管墩施工DN700 管道焊接、防腐→鋼筋綁扎→澆筑砼包封→管溝回填→地貌恢復。

考慮到供水管道穿越河道處地形起伏很大和倒虹吸轉彎較多，管道運行時管道的內外壓力很大，同時還會伴有水錘、汽蝕等諸多對管材結構及連接不利的工況，為供水安全考慮，經過方案選擇，選用鋼管［3］。對管道中心線相應上下游各20m 范圍內的河道鋪設厚度0.5m，石料粒徑100～200mm 的格賓籠。為提高管道運行安全系數和保護管道，對倒虹吸管進行C20 混凝土包封。

2.1 施工準備

施工前要征得相關部門的認可并取得相應協議后方可施工。準備好施工需要的機具、材料等，編制方案并對施工人員進行技術交底。

2.2 測量放線

根據現場踏勘放出管線中心線、作業(yè)帶占地邊界線，以及導流渠的邊界線。針對設計不同的穩(wěn)管段、彎頭處及護岸處，進行放線并做出標記。

根據施工導流方式的選擇原則，結合穿河管線工程的具體特點，依據河道流量，供水管道穿越河道處施工導流方式采用分期圍堰導流，采用二期導流，即一期采用橫向和縱向圍堰先圍左岸側河道，形成一期基坑，被圍堰束窄的另一側河床過流，河床束窄程度采用50%，二期圍另一側河道，拆除一期橫向圍堰，利用拆除側河床進行過流。

河床及河道內地形根據現場踏勘河底之下為1.5～2m淤泥、下為鵝卵石。本次采用圍堰導流渠導流方法進行施工，即在溝渠內筑壩斷流一半，并在溝渠岸的西側開渠引水。導流溝開挖的同時進行臨時通道修筑。然后在原溝渠上下游進行圍堰的施工，后將圍堰內的水抽出圍堰外。完成焊接、防腐后進行砼澆筑、回填，施工完成后，將拆除圍堰、回填導流溝，并進行地貌恢復。

2.3 開挖導流渠及圍堰填筑

導流建筑物由上、下游橫向圍堰及縱向圍堰組成。施工圍堰均采用梯形斷面，堰頂寬度為3m，堰頂高程不低于設計洪水位的靜水位加安全超高和波浪爬高，安全超高為0.5m；坡度為1：2。導流明渠挖深1～1.8m，渠底寬度2～4m，邊坡為1：2。

河道西側為主要自然徑流，河床較淺，深度約0.5～2.0m，擬建導流渠為底部2m 寬，2～4.5m 深，由管道中心線上游150m圍堰處至下游50m 處，需要對此部位的河床進行加深作業(yè)，采用兩臺380 反鏟挖機進行作業(yè)，開挖多余的卵石用于圍堰填筑，東側埋設3 根1.5m 混凝土管，作為二次導流使用。河道西側為主要自然徑流，河床較淺，深度約0.5～2.0m，擬建導流渠為底部2m寬，2～4.5m深，由管道中心線上游150m圍堰處至下游50m處，需要對此部位的河床進行加深作業(yè)，采用兩臺380 反鏟挖機進行作業(yè)，開挖多余的卵石用于圍堰填筑。東側埋設3 根1.5m 混凝土管，作為二次導流使用。

2.4 管道安裝

輸水管道工程線路設計輸送能力為5 萬m3/d，輸水管道設計流量為0.666m3/s。本次輸水管道穿越河道、道路及閥門井連接處等局部選用鋼管，其他段采用球墨鑄鐵管，其中鋼管3.38km，球墨鑄鐵管10.925km。沿線管道樁號4+228以上管徑為0.80m，樁號4+228 以下管徑為0.70m。基礎采用粗砂墊層，管底砂墊層厚度為20cm。管道敷設方式大部分采用地埋方式，管道最小埋深0.7m。施工開挖邊坡設計為1：1。

管道的預制焊接與主線路焊接一致，組對和焊接應嚴格按照管道組對、焊接指導書執(zhí)行。管道組焊之間應保證管道內的清潔，使用清管器清理管道內部至清潔。管道下溝安裝前，應對管溝的幾何尺寸、中心線及標高位置進行復測，確認其符合設計要求。管道下溝前，管溝內鋪設0.2m 的細土層保護管道。下溝時注意防腐層的保護，起吊點距管道環(huán)焊縫距離不應小于2m，起吊高度以1m 為宜。管道下溝完成后應及時對焊口的坐標、高程進行數據采集，作為竣工圖備用，管道埋立即對接口位置做好焊接以及防腐。探傷、分段試壓后立即組織對鋼管進行澆筑。

在管道方向改變處、橫截面面積改變處或管路終端會產生推力，如果不對其進行充分限制，則可能導致接口拉開，為防止接口拉開，則需對這些部位加設鎮(zhèn)墩，這樣增加接口圈和土壤之間的接觸面積，提高摩擦力從而防止接口的移動而造成滲漏。采用土質溝槽鎮(zhèn)墩，鎮(zhèn)墩混凝土澆筑在開挖斷面內滿填混凝土，土質溝槽鎮(zhèn)墩后背必須為原狀土，并保證鎮(zhèn)墩和土體緊密接觸，鎮(zhèn)墩與管道間做沉降縫，縫內墊20mm 浸油木板。

管道砼澆筑完畢達到養(yǎng)護期后，及時進行管溝回填，回填時不間斷地用水泵將溝內水排出，并做好水泵臺班記錄。

3 質量保證措施

焊接嚴格按照焊接工藝規(guī)程及施工規(guī)范要求施工。管溝開挖過程中要及時測量，管溝深度和坡度要滿足設計要求，確保連頭施工時是在在無應力狀態(tài)下組對。管道吊裝過程中要注意管道及防腐層的保護。導流渠施工應嚴格按照坡比開挖，以防塌方。圍堰堰體應分層壓實，并按施工方案中的坡比放坡，防滲布用編織袋裝土和竹籠裝石頭排壓須密排壓實，防止渠水滲透。排水工作應連續(xù)進行，溝下焊口與地下水要保持不接觸，以確保焊接質量。

管道下溝過程中統一指揮，確保在下溝過程中不損傷管道及防腐層。河道表層應進行壓實及平整的恢復，在護坡上游位置臨時設置阻水壩，表面用土工布覆蓋，并用麻袋、土等對土工布邊緣埋壓，有效控制河水的沖刷破壞。

4 安全保證措施

施工前項目部需對施工及安全作業(yè)人員進行安全和技術交底，并做好交底記錄備案。施工時劃出作業(yè)區(qū)域，并用警戒線隔離，四周插上4 面刀旗。并在堰體設置防跨塌等警示牌，施工過程中嚴禁非施工人員進入施工現場。

如需晚間施工，施工設備上要設夜間照明燈，作業(yè)區(qū)域設置夜間警示燈，保證有足夠的照明。在管線穿越段安裝施工的全過程中，應根據天氣、水文的變化情況及時采取相應的措施。

施工期間安排專職安全人員巡查現場，保證施工現場安全防護。施工現場用電必須符合臨時用電安全規(guī)定（JGJ46-2005）的相關要求，并有防雨措施，由持有電工證的專人安裝、使用、管理。

5 結語

本工程方案線路短，管溝開挖土方少，地表擾動小，途經村莊采取繞行通過，避免房屋拆遷和棄土，道路依托條件較好，可減少施工擾動面積，減少水土流失量。施工過程中考慮試壓過程中內部壓力較大，鑄鐵管道在高差較大部位采用織袋裝土和竹籠裝石頭密排壓實，有效固定鑄鐵管道。