高地下水渠段增設(shè)排水系統(tǒng)在南水北調(diào)中線工程中的應(yīng)用

向德林

(中國南水北調(diào)集團(tuán)中線有限公司渠首分公司，河南 南陽 473000)

1 工程概況

南水北調(diào)中線工程是緩解京、津、華北地區(qū)資源性缺水的特大型跨流域調(diào)水工程，主要為城市供水，兼顧農(nóng)業(yè)和生態(tài)，一期工程年調(diào)水量約95億m3。從加壩擴(kuò)容后的丹江口水庫陶岔渠首閘引水，沿線開挖渠道，經(jīng)唐白河流域西部過長江流域與淮河流域的分水嶺方城埡口，沿黃淮海平原西部邊緣，在鄭州以西李村附近穿過黃河，沿京廣鐵路西側(cè)北上，可基本自流到北京、天津。輸水干線全長1432km。

南水北調(diào)中線南陽管理處高地下水位渠段主要分布在樁號92+216～92+606(全挖方渠段390m)、98+890～99+567(全挖方渠段677m)、105+360～106+060(全挖方渠段700m)段，由于這些渠段地下水位較高，進(jìn)而造成多處襯砌板破壞隆起，為確保工程安全，采用“自排”的方式排出地下水，因此增設(shè)排水系統(tǒng)項(xiàng)目意義重大。

2 本項(xiàng)目實(shí)施難點(diǎn)及對策

2.1 難點(diǎn)分析

本項(xiàng)目由于在一級馬道上施工，作業(yè)面狹窄，馬道寬度約為4m，施工一側(cè)臨坡另一側(cè)臨水；排水盲溝開挖后地下水位較高；馬道地下布設(shè)的硅芯管、35kV電纜等檢測設(shè)施等錯綜復(fù)雜。因此在復(fù)雜地質(zhì)條件及施工場地條件有限的情況下，如何在確保人、物、機(jī)安全的同時(shí)保證排水系統(tǒng)及逆止閥等施工質(zhì)量是本項(xiàng)目的難點(diǎn)。

2.2 對策分析

針對項(xiàng)目難點(diǎn)，首先開挖前對硅芯管進(jìn)行探挖，確定硅芯管準(zhǔn)確位置，對硅芯管位置進(jìn)行防護(hù)；其次排水盲溝開挖后受高地下水位影響，采用邊開挖邊回填方式防止邊坡坍塌；最后臨水側(cè)設(shè)置圍擋和醒目標(biāo)識進(jìn)行安全提醒，精心組織施工，嚴(yán)格質(zhì)量過程控制，把好工序驗(yàn)收關(guān)，使排水系統(tǒng)及逆止閥等施工質(zhì)量始終處于可控狀態(tài)。

3 實(shí)施方案設(shè)計(jì)

根據(jù)本項(xiàng)目現(xiàn)場實(shí)際情況，高地下水位渠段緊鄰渠道一級馬道增設(shè)排水系統(tǒng)，充分利用現(xiàn)有渠道運(yùn)行管理道路、防護(hù)林帶等現(xiàn)有條件，減少工程投資。排水系統(tǒng)施工應(yīng)滿足中國南水北調(diào)集團(tuán)中線公司安全管理有關(guān)規(guī)定，不影響主體工程的安全運(yùn)行。由于增設(shè)的排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理，施工科學(xué)，該項(xiàng)目于2022年4月13日開工，主體工程已于2022年5月31日完成，即在汛前完成主體工程施工，為工程度汛奠定良好基礎(chǔ)，且增設(shè)排水系統(tǒng)后地下水位降低較為顯著。

3.1 增設(shè)逆止閥

為有效排除渠道襯砌面板防滲土工膜下的積水，在渠道襯砌板邊坡土體下設(shè)置積水槽并與土工膜下排水板相通，通過在襯砌板上安裝逆止閥排出積水，減少襯砌板下的頂托力，逆止閥順渠道方向布置間距4m。

逆止閥安裝位置為一級馬道以下第二塊襯砌板板面2m處的渠坡橫向分縫部位。逆止閥為水平開啟的壓差放大式逆止閥，按要求對逆止閥進(jìn)行適當(dāng)改造，以滿足排水及與土工膜黏合要求(見圖1)。

安裝逆止閥前將襯砌板切割拆除約40cm×50cm，具體拆除尺寸根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況確定。然后剪開土工膜安裝逆止閥，逆止閥與土工膜通過黏板緊密黏結(jié)，然后澆筑C20混凝土襯砌板。重新澆筑的襯砌板與原襯砌板之間設(shè)置10mm分縫，縫下部70mm填充聚乙烯閉孔泡沫板，上部30mm填充雙組分聚硫密封膠。根據(jù)總干渠水位情況，適時(shí)開展逆止閥安裝工作[1]。

圖1 逆止閥安裝示意圖(逆止閥水平安裝)(單位：mm)

具體施工工藝如下：

a.襯砌板切除。對安裝φ110逆止閥處的襯砌板切割拆除，切割拆除尺寸約40cm×50cm，具體根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況由現(xiàn)地管理處確定拆除尺寸。

b.集水槽開挖。在襯砌板坡面土體排水板下設(shè)置集水槽，開槽尺寸與襯砌面板切除尺寸一致，集水槽深度約30cm，具體根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況由現(xiàn)地管理處確定開槽深度和寬度。

c.集水槽粗砂回填。將排水板下集水槽采用粗砂回填。

d.安裝φ110逆止閥。φ110逆止閥伸入積水槽(壓差放大式逆止閥，含150g/m2土工布)，每處含土工布約0.25m2(見圖2)。

e.襯砌板C20混凝土恢復(fù)。φ110逆止閥安裝完成后，對切除部位的襯砌板采用C20混凝土恢復(fù)，C20混凝土抗?jié)B等級W6、抗凍等級F150。

圖2 逆止閥安裝大樣圖(逆止閥垂直安裝)(單位：mm)

3.2 增加排水系統(tǒng)

為有效降低渠道設(shè)計(jì)水位以下的地下水，采取“自排”方式在渠道一級馬道二級邊坡坡腳縱向排水溝部位開挖盲溝，每50m設(shè)置橫向排水管，盲溝回填采用粒徑不超過20mm的級配砂礫料，橫向排水管出口底部設(shè)置于總干渠設(shè)計(jì)水位。

具體方案如下：

a.混凝土拆除。拆除需要實(shí)施的渠段一級馬道路面、縱向排水溝、渠道襯砌結(jié)構(gòu)、二級邊坡坡腳混凝土等。

拆除原有縱向排水溝及二級邊坡坡腳混凝土?xí)r，注意保護(hù)硅芯管，該挖方段的硅芯管鋪設(shè)于一級馬道的縱向排水溝外側(cè)，管道中心線距排水溝中心線0.54m、一級馬道路面以下0.8m處，可參考硅芯管道橫斷面布置圖，開挖前應(yīng)先開挖探坑復(fù)核硅芯管位置。

b.開挖縱向排水盲溝。設(shè)置于渠道一級馬道坡腳縱向排水溝下面，盲溝底部高程由渠道設(shè)計(jì)水位和橫向排水管管底高程控制，開挖至縱向排水盲管底部高程以下15cm處,為避開擾動硅芯管，盲溝底部開挖寬度與縱向排水溝寬度0.8m一致，靠近二級邊坡一側(cè)為保護(hù)硅芯管需垂直開挖，靠近渠道一側(cè)按照1 ∶0.5坡比開挖，施工時(shí)為減少對二級邊坡穩(wěn)定的影響和避免溝槽塌方，可按每5m一段進(jìn)行開挖回填。盲溝底部高程以上15cm處設(shè)置φ300塑料排水盲管外裹土工布，與橫向排水管通過三通連接(見圖3)。

c.盲溝回填。盲溝回填砂礫料采用連續(xù)級配砂礫料，回填至縱向排水溝底板底部高程，回填砂礫料最大粒徑不超過20mm，含泥量不大于5%。要求不均勻系數(shù)Cu>5，曲率系數(shù)Cc=1～3，滿足濾土、排水要求，相對密度不小于0.7。砂礫料分層回填夯實(shí)，每層厚度不大于30cm。砂礫料回填后，右岸一級馬道采用C20混凝土進(jìn)行澆筑回填，回填至路面以下5cm處，路面鋪設(shè)5cm厚AC-13瀝青混凝土?？v向排水盲溝回填完畢后，巡渠路縱向排水溝按照原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)恢復(fù)，二級邊坡坡腳澆筑50cm寬10cm厚C20混凝土護(hù)腳。

d.渠道襯砌板拆除。沿橫向排水管位置拆除渠道襯砌板，拆除寬度80cm，拆除襯砌板混凝土?xí)r盡量避免破壞土工膜，襯砌板拆除后沿拆除寬度中心線將土工膜剪開。

e.設(shè)置橫向排水管。沿渠道方向每50m向渠道中心線方向設(shè)置一根橫向排水管，橫向比降為1 ∶100，為φ200HDPE雙壁波紋管，橫管出口底部高程為設(shè)計(jì)水位高程，管溝槽開挖寬度80cm，橫向排水管出口安裝φ200拍門逆止閥。橫向排水溝回填采用C20混凝土，右岸管溝回填至一級馬道路面以下5cm處，路面鋪設(shè)5cm厚瀝青混凝土。

圖3 右岸縱向排水盲溝布置示意圖

管溝澆筑前，橫向排水管壁周圍應(yīng)清理干凈，不能有碎石或其他建筑垃圾存在，防止地下水通過排水管壁周圍進(jìn)入土工膜下。橫向排水管出口處土工膜防滲處理：土工膜與橫向排水管采用熱熔膠黏結(jié)，黏結(jié)寬度200mm，搭接處的波紋槽采用瀝青填充飽滿。

渠道右岸一級馬道瀝青路面恢復(fù)采用5cm厚AC-13細(xì)粒式瀝青混凝土。渠道襯砌板采用C20混凝土澆筑，重新澆筑的襯砌板與原襯砌板之間設(shè)置10mm分縫，縫內(nèi)填充70mm寬聚乙烯閉孔泡沫板，表面為3cm雙組分聚硫密封膠。路沿石恢復(fù)尺寸為15cm×25cm×50cm，采用C20混凝土預(yù)制路沿石。

3.3 臨時(shí)措施

工程施工現(xiàn)場受渠道交通條件限制，場地較小，施工時(shí)交通中斷，為保證工程施工順利進(jìn)行，試點(diǎn)位置選擇在距離跨渠橋梁較近的渠段，并在相鄰橋梁處設(shè)置限行警示標(biāo)志，禁止無關(guān)車輛和人員通過。

工程沿線35kV電力線路不具備現(xiàn)場用電要求，通過自帶發(fā)電機(jī)滿足用電需求。工程用水通過外運(yùn)滿足。排水系統(tǒng)施工時(shí)，沿路沿石一側(cè)設(shè)置1.5m高防護(hù)擋板，防止人、設(shè)備和土料、垃圾等其他有害物質(zhì)進(jìn)入渠道。在渠坡上開挖溝槽或進(jìn)行襯砌板修復(fù)時(shí)，沿施工需求工作面四周安裝防護(hù)欄桿或防護(hù)網(wǎng)，防止人、設(shè)備和土料、垃圾等其他物質(zhì)進(jìn)入渠道。

在排水系統(tǒng)施工過程中，注意光纜系統(tǒng)的保護(hù)，確保通信光纜安全通暢。硅芯管開挖前，應(yīng)與現(xiàn)地管理處確認(rèn)硅芯管道、安全監(jiān)測設(shè)施分布情況，商定具體實(shí)施方案，經(jīng)審批后方可實(shí)施。

施工期間做好降雨保護(hù)措施，盲溝及橫向排水溝開挖前關(guān)注后續(xù)天氣情況，盲溝及橫向排水溝開挖后盡快完成排水管的安裝及溝槽的回填，應(yīng)在降雨之前將溝槽回填完畢。

4 主要實(shí)施內(nèi)容

4.1 主要工程量

瀝青路面拆除與恢復(fù)2800m2，二級邊坡坡腳混凝土拆除與澆筑35m3，縱向排水溝混凝土拆除與澆筑210m3，渠道襯砌板拆除與澆筑6.72m3，一級馬道路面C20混凝土澆筑433.91m3，C20混凝土路緣石拆除更換1.5m3，橫向排水溝C20混凝土澆筑95.3m3，φ200雙壁波紋管130m，φ300塑料盲溝管700m，φ200逆止閥14個，砂礫料回填1004.9m3，土方開挖及外運(yùn)1477.26m3，PVC彎頭(φ300)3個，PVC三通12個，邊坡覆蓋307.69m2，其他施工臨時(shí)工程等項(xiàng)目。

4.2 主要施工工序

硅芯管探挖→排水溝拆除外運(yùn)→縱向排水溝開挖→盲溝管鋪設(shè)→砂礫石回填→橫向排水溝開挖→排水管及逆止閥安裝→砂礫石回填→排水溝混凝土澆筑→瀝青路面鋪設(shè)。

4.3 主要施工工藝

4.3.1 縱向排水盲溝、橫向排水溝開挖

對工程范圍內(nèi)縱向排水盲溝、橫向排水溝分段進(jìn)行施工。土方明挖施工工藝為：施工準(zhǔn)備→輪廓放樣→場地清理→開挖運(yùn)渣→基底壓實(shí)→檢查驗(yàn)收。

主要施工方法如下：

a.硅芯管探挖。依據(jù)管理處現(xiàn)場提供的硅芯管位置，人工利用洛陽鏟挖探坑確定硅芯管準(zhǔn)確位置，保護(hù)硅芯管位置不擾動，避開硅芯管50cm進(jìn)行開挖。

b.盲溝管安裝。盲溝管利用鉛絲將兩端固定牢靠。砂礫石回填過程中避免盲溝管錯位。

4.3.2 縱(橫)向排水溝混凝土澆筑

縱(橫)向排水溝混凝土澆筑采用槽鋼作為模板，局部采用方木配合竹膠板作為模板，鋼模板采用鋼管及φ22鋼筋進(jìn)行整體加固，木模板采用鋼管及方木進(jìn)行整體加固，模板安裝確保穩(wěn)固?；炷翝仓捎昧锊廴雮}的方式，人工平倉，φ30振搗棒進(jìn)行振搗，直至沒有氣泡冒出為準(zhǔn)。

混凝土澆筑先進(jìn)行底板澆筑，底板澆筑完成后，停歇30min，再進(jìn)行排水溝側(cè)邊澆筑，同一倉號澆筑不宜間歇，如因機(jī)械故障等原因間歇，時(shí)間不宜超過60～90min。

4.3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)

坡面混凝土灑水后，用塑料薄膜封閉覆蓋，可在板面上形成較多水珠，滿足混凝土養(yǎng)護(hù)要求。養(yǎng)護(hù)期間，塑料薄膜應(yīng)貼緊混凝土板面，邊角覆土或用沙袋壓牢，并進(jìn)行經(jīng)常性檢查。襯砌混凝土養(yǎng)護(hù)期不少于28天。

5 實(shí)施效果分析

對試驗(yàn)段內(nèi)安裝的6個斷面測壓管采集數(shù)據(jù)，經(jīng)分析可知，當(dāng)?shù)叵滤簧邥r(shí)，地下水能夠及時(shí)通過排水盲溝匯集并經(jīng)橫向排水管排入渠道，地下水位與渠道水位相差最大約為0.2m，而試點(diǎn)實(shí)施前該渠段地下水位與渠道水位相差最大約為1.6m(見表1)。

表1 排水系統(tǒng)增設(shè)前后與渠道運(yùn)行水位對比

6 結(jié) 語

本文通過對渠道高地下水試驗(yàn)段增設(shè)排水系統(tǒng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，經(jīng)過精心組織施工，嚴(yán)把工程質(zhì)量，地下水位降幅顯著。對試驗(yàn)段內(nèi)安裝的6個斷面測壓管采集數(shù)據(jù)，經(jīng)分析可知，當(dāng)?shù)叵滤簧邥r(shí)，地下水能夠及時(shí)通過排水盲溝匯集并經(jīng)橫向排水管排入渠道，地下水位與渠道水位相差最大約為0.2m，而試點(diǎn)實(shí)施前該渠段地下水位與渠道水位相差最大約為1.6m。解決了因地下水位升高給渠道通水運(yùn)行帶來的安全隱患，有效避免了襯砌板隆起破壞，確保了高地下水渠段的工程安全。