大型PCCP管道穿河施工技術(shù)研究

(中國水利水電第五工程局有限公司，成都，610066)

PCCP管道穿河施工，是整個PCCP管道施工中很重要的一部分，每一條河道要具體分析，具體對待，施工中主要是防止洪水或地下水對管道的破壞。施工中圍堰施工及施工期應(yīng)對降水措施，是管道穿河施工成功與否的關(guān)鍵，同時還要做好突發(fā)情況的預(yù)判和應(yīng)對措施。

1 工程概況和水文地質(zhì)情況

引江濟(jì)淮工程亳州城市供水項目輸水管道全程采用單管PCCP管，管徑為DN2000，工作壓力分段采用0.8MPa～0.6MPa共2個等級，PCCP管道總長31.44km，所經(jīng)地貌屬淮北平原區(qū)平原地貌。沿線穿越四條河道，河寬50m～150m；跨溝渠、路較多，共50多處；管線建基面在地面以下3.5m～4.5m。

根據(jù)地質(zhì)資料顯示，管道沿線自上而下揭露地層為：第①層粉質(zhì)粘土或重粉質(zhì)壤土，層厚1.8m～7.1m；第②層中粉質(zhì)壤土，層厚2.0m～10.2m；第③層砂壤土和粉細(xì)砂互層，層厚0～7.5m；第④層輕粉質(zhì)壤土，層厚0～5.35m，未揭穿，層厚變化較大；第⑤層粉細(xì)砂，層厚0～6.85m；第⑥層中、重粉質(zhì)壤土，層底未揭穿。

工程區(qū)地下水類型主要為孔隙潛水和孔隙弱承壓水。孔隙潛水主要賦存在②層中粉質(zhì)壤土中，該層厚度較大，又連續(xù)分布；孔隙承壓水富存于③、⑤層粉細(xì)砂或砂壤土、細(xì)砂中，主要受大氣降水及河道等地表水補(bǔ)給，與地表水有密切的水力聯(lián)系。水位隨季節(jié)變化大，旱季埋藏較深，雨季水位較高，承壓水頭分別為3m～12m，勘探期間地下承壓水位29.9m～32.1m。地下水總體由西北向東南流，基本與地面傾向一致。

2 管道施工方法

2.1 圍堰設(shè)計布置

在PCCP管道穿河施工時，在河道內(nèi)自管道軸線的上下游分別設(shè)置圍堰，圍堰設(shè)置在距管道開挖上開口線外30m～40m位置。圍堰設(shè)計參照水文資料和圖紙，根據(jù)實際施工時段及道路通行要求，圍堰填筑安全超高取0.5m，波浪爬高度0.5m，圍堰頂高程比正常水位高1m，圍堰坡比設(shè)計為1∶1.5～1∶2，圍堰上口寬5m，圍堰頂部硬化后作為施工通行道路。具體詳見圖1。

圖1 圍堰典型斷面

2.2 倒虹吸降排水設(shè)計

本工程PCCP管道倒虹吸穿越河道處河道寬度約60m，建基面一般位于河底以下3m～4m，穿越地層為②層中粉質(zhì)壤土，承載力170kPa，工程地質(zhì)條件一般，該層土滲透性屬微透水，但土層中夾有細(xì)砂層或砂層透鏡體，儲存少量水，施工時宜發(fā)生涌水須采取合適的降水方式。

倒虹吸在穿越河道處全長約130m，最大挖深14.03m，設(shè)計參數(shù)河底寬10.2m(以現(xiàn)場實際為準(zhǔn))。根據(jù)降水經(jīng)驗，在管道溝槽兩側(cè)共布置了管井16口，其中溝槽左側(cè)的單號井1#-11#、溝槽右側(cè)的雙號井2#-12#縱向間距按25m控制，平面布置位置距離管軸線16.05m，其他間距如圖2所示。其中7#、8#、13#、16#共計4口降水井深度為15m，其余12口降水井深度為18m。井內(nèi)濾管采用φ30波紋管打孔外裹土工布的形式，井點布置在溝槽開挖線外側(cè)1m位置，每個降水井內(nèi)配備1臺QY型潛水泵抽排，根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件情況加密處理，并在開挖前10d先行抽水。

圖2 PCCP倒虹吸降水管井布置示意

2.3 倒虹吸開挖

2.3.1 清表

根據(jù)征地情況，開挖前首先對開挖范圍內(nèi)的表層植被進(jìn)行清理挖除，清表厚度30cm～50cm。表層清理采用SD22推土機(jī)集料，用液壓反鏟裝20t自卸汽車倒運。后期用于耕種的耕植土運至臨近的臨時堆料場堆存；無用料運至棄渣場堆存。在場地清理過程中，盡可能保護(hù)清理區(qū)域范圍外的天然植被和農(nóng)作物。

2.3.2 土方開挖

土方開挖采用液壓反鏟自上而下分層開挖，每層厚度3.0m左右，主要采用液壓反鏟裝20t自卸汽車運輸。距離臨時堆土場較近部位采用挖掘機(jī)、裝載機(jī)轉(zhuǎn)運至臨時堆土場；距離臨時堆土場較遠(yuǎn)的部位，采用挖掘機(jī)裝自卸汽車轉(zhuǎn)運至臨時堆土場。

每開挖至馬道高程位置，先進(jìn)行臨時截水溝的施工，截水溝主要利用人工進(jìn)行開挖，人工對截水溝底部及兩側(cè)邊坡進(jìn)行夯實處理，以保證溝底縱坡平順及邊坡穩(wěn)定，保持排水通暢。

在開挖施工過程中，根據(jù)施工需要，經(jīng)常監(jiān)測邊坡設(shè)計控制點、線和高程，以指導(dǎo)施工，并在邊坡地質(zhì)條件較差部位設(shè)置變形觀測點，定時觀測邊坡變形情況，如出現(xiàn)異常，立即向監(jiān)理工程師和業(yè)主報告，并采取應(yīng)急處理措施。

倒虹吸建基面采用小型挖掘機(jī)開挖預(yù)留的30cm保護(hù)層，人工進(jìn)行配合，直至開挖至設(shè)計高程。施工過程中確保干地施工。

2.3.3 邊坡的防護(hù)及加固

為防止修整后的開挖邊坡遭受雨水沖刷，在已開挖的基坑四周做臨時擋水土坎，防止雨水流入基坑內(nèi)造成邊坡沖刷，溝槽邊坡采取塑料布防護(hù)。同時，在基坑四周距離開挖線外0.5m外設(shè)置1.2m高的防護(hù)欄，防護(hù)欄按照安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化要求進(jìn)行設(shè)置。

2.4 建基面特殊情況處理

在開挖過程中，當(dāng)出現(xiàn)局部降水效果不良情況時，容易出現(xiàn)涌水等現(xiàn)象，出現(xiàn)類似現(xiàn)象時，采用簡易木板樁防護(hù)，在木板樁的保護(hù)下進(jìn)行開挖和管道安裝，即在施工至距離預(yù)留保護(hù)層時進(jìn)行木板樁施工，木板樁施工方法為沿溝槽兩側(cè)排水溝外邊沿打入鋼管樁，樁間距1.0m，在樁外側(cè)用竹架板或木板擺放1.0m高，緊貼竹架板外側(cè)堆碼碎石裝土工布袋，土工布袋寬50cm，堆碼至竹架板2/3高，碎石裝土工布袋主要起到反濾作用，防止?jié)B水帶走細(xì)沙形成管涌現(xiàn)象，這樣能保持坡腳穩(wěn)固，不出現(xiàn)空洞，繼而保證邊坡溝槽壁土方穩(wěn)定，避免出現(xiàn)邊坡塌陷。木板樁施工完成后再進(jìn)行底部溝槽清理，溝槽清理完成后立即開挖集水坑并進(jìn)行排水，從而減少沙土在排水失重后的垮塌，確保邊坡穩(wěn)定。溝槽兩側(cè)不準(zhǔn)堆土，挖出的土方均用ZL50裝載機(jī)轉(zhuǎn)運離溝槽20m以外，減輕溝槽上部荷載。

2.5 管道鋪設(shè)

倒虹吸PCCP管道自施工道路以下至槽底深度大部分在4m～5m，管道單件最大重量26.7t，經(jīng)過計算，確定采用135t履帶吊吊裝。

2.5.1 鋪設(shè)粗砂墊層

建基面開挖完成后并達(dá)到設(shè)計要求后，進(jìn)行粗砂墊層鋪設(shè)，粗砂利用吊車吊運至建基面，測量人員事先測定并安裝好高程控制樁，并掛上高度控制線，控制線高出設(shè)計高程3cm～5cm，人工進(jìn)行平整，平整完畢采用平板振動夯進(jìn)行夯實，由實驗室取樣合格后再進(jìn)行PCCP管道安裝。

2.5.2 PCCP管就位

PCCP管道吊裝自管道下游向上游進(jìn)行吊裝，在管道就位時，用長2m～3m、校正平直的角鋼，量出角鋼中心位置并作好標(biāo)記，在角鋼中心掛一只線錘，將50cm水平尺放在角鐵上，調(diào)整角鋼，使水平尺氣泡居中(此時線錘的位置就是管中心線)。測量技術(shù)人員用全站儀根據(jù)軸線控制樁與線錘的相對位置，指揮安裝工人校正管道軸線。在管道兩側(cè)用千斤頂慢慢頂壓管道側(cè)面，使線錘位置與控制軸線位置重合。此方法校正后，管道軸線控制在范圍內(nèi)，以確保PCCP管就位精度。

2.5.3 PCCP管對接安裝

PCCP管對接時應(yīng)使插口端與承口端保持平行，并使圓周間隙大致相等，以準(zhǔn)確就位；然后由履帶吊不斷調(diào)整“被裝管”中心軸線，并以內(nèi)拉方式，使“被裝管”徐徐平行移動，撤除承插口間的墊木，最后對接成功，達(dá)到設(shè)計要求。在履帶吊安裝時，讓“被裝管”尾部略高于插入端，對準(zhǔn)軸線后，緩慢移動使“被裝管”向“已裝管”靠近，至對接成功。對接時應(yīng)注意觀察橡膠圈，一旦發(fā)現(xiàn)橡膠圈有異常擠壓現(xiàn)象，應(yīng)立即停止對接，并檢查橡膠圈是否完好，找出問題，調(diào)整后重新安裝。整個對接過程必須保證接口清潔，嚴(yán)禁砂土及其他異物進(jìn)入。

對接采用“內(nèi)拉法”，即在已安裝完成后的管道內(nèi)下部，架設(shè)受力斜梁(垂直長度略大于管道內(nèi)徑)，在被安裝管道外端口架設(shè)橫梁，用鋼絲繩和手扳葫蘆將兩梁連接，通過手扳葫蘆將被安裝管道拉至安裝位置。管道的對接靠內(nèi)拉和履帶吊的移動同步進(jìn)行，逐漸將被安裝管道與已安裝完成管道頂壓對接在一起。

2.5.4 管道固定

PCCP管就位后根據(jù)測量控制，進(jìn)行細(xì)微調(diào)整，就位準(zhǔn)確后，即可進(jìn)行管道的穩(wěn)固。為使安裝到位的PCCP管不發(fā)生移位，對管道底部的兩側(cè)采用人工進(jìn)行中粗砂回填，并將兩側(cè)用手持填壓設(shè)備壓實，確保管道固定牢靠。

2.6 溝槽回填

安裝完成并經(jīng)監(jiān)理驗收合格的管道需及時進(jìn)行溝槽回填。由于溝槽回填主要從單側(cè)進(jìn)料，為避免回填過程中管道受擠壓導(dǎo)致管道移位，回填工作利用長臂反鏟兩側(cè)對稱送料回填，管道兩側(cè)同時上升。分層厚度根據(jù)夯填試驗結(jié)果確定，一般應(yīng)控制在20cm以內(nèi)，回填各區(qū)域壓實度按設(shè)計要求進(jìn)行控制。每層回填夯實后由試驗人員進(jìn)行壓實度檢測。從管底基礎(chǔ)部位開始到管頂以上50cm范圍內(nèi)，采用液壓反鏟送料，振動打夯機(jī)夯實；管頂50cm以上填筑面積較大時，采用機(jī)械從管道軸線兩側(cè)同時夯實。

3 結(jié)語

通過上述PCCP管道倒虹吸施工方案和工藝在本工程中的綜合運用，保證了PCCP管道倒虹吸穿越河道時的施工進(jìn)度和良好質(zhì)量，取得了很好的效果，工期得到了保證，工程也獲得了良好的社會、經(jīng)濟(jì)效益，希望這些施工方案和工藝能對類似河道倒虹吸工程中起到借鑒作用。