引江濟漢穿湖段施工導流工期優化技術研究

馮致海

(中國水利水電第七工程局有限公司第六分局，四川雙流 610225)

1 工程概述

南水北調中線一期引江濟漢工程渠道4標施工內容包含樁號18+947～27+050段長8.103 km的干渠(其中21+500～22+900為穿海子湖段)，澎湖電排渠倒虹吸(樁號19+113)、海子湖倒虹吸(樁號22+280)、魯垱河倒虹吸(樁號25+620)及金結設備安裝工程、臨建工程。引水干渠按1級建筑物設計，干渠上的跨渠倒虹吸等主要建筑物亦按1級建筑物設計，倒虹吸的進出口連接建筑物、消能防沖設施等次要建筑物按3級建筑物設計。根據《水利水電工程施工組織設計規范》SL303—2004 表3.2.1、3.2.6 的規定，相應的臨時導流建筑物為4級，當采用土石圍堰時，洪水標準為20～10年一遇。

南水北調中線一期引江濟漢工程渠道4標土方填筑完成節點工期為25個月，土方填筑沉降半年后方可開始混凝土襯砌施工，亦即31個月后才能開始施工最后一段完成填筑的渠坡混凝土襯砌，渠坡混凝土襯砌完工工期為33個月(沉降半年，襯砌同步推遲兩個月)。與招標技術要求27個月完成渠道混凝土襯砌滯后工期6個月。與合同工期30個月完工相矛盾。

2 施工導流原設計工期

穿海子湖段施工導游原設計工期分為兩期:一期施工為渠道22+200－22+963(含海子湖倒虹吸一座);二期施工為渠道21+500－22+200。穿海子湖段原設計工期為:2011年9～11月10日完成穿湖段一期圍堰填筑及基坑清淤清理工作，2012年4月26日前完成海子湖倒虹吸施工，汛前海子湖內渠堤填筑至渡汛水位高程31.83 m以上。2012年10～11月16日完成穿湖段二期圍堰填筑及基坑清淤清理工作，至2013年4月30日土方填筑完成，2013年6月30日混凝土全部澆筑完成。由于招標文件技術要求“土方填筑沉降半年后才能進行混凝土施工”與招標文件工期要求相矛盾，故招標要求工期無法按時完成。

3 施工導流工期優化

海子湖倒虹吸位于長湖中，其導流標準與穿湖段填筑一并考慮(不單獨考慮)。海子湖倒虹吸設計過流標準為50年一遇，因此而滿足穿湖段施工20年一遇的渡汛洪水要求。為了做到圍堰填筑少占控制性工期，圍堰施工時間段相應要調整至汛期施工。根據長湖的防汛調度方案，汛期水位5年一遇水位為高程30.63 m，10年一遇水位為高程31.13 m，20年一遇水位為高程31.33 m，枯水期水位5年一遇水位為高程29.63 m，10年一遇水位為高程29.87 m，設計圍堰頂高程為30.6 m，基本能滿足一期圍堰汛期施工要求。二期圍堰一期先施工部分可能面臨汛期被洪水淹沒的風險。一期圍堰由于征地工作已嚴重滯后，如因特殊原因影響一期圍堰內渠道填筑不能在汛前填筑至渡汛高程以上，則需采取和縱向圍堰一樣的加高方式加高橫向圍堰以滿足渡汛要求。

穿湖段樁號為21+507～22+900，其中海子湖倒虹吸樁號為K22+280。為了滿足穿湖段在施工過程中湖汊上游來水能順利泄入湖中而不致影響其施工，因此其應分期施工。結合工程布置及進場交通條件，一期汛期施工樁號22+160～22+900段橫向圍堰和21+500～22+070上游橫向圍堰，枯水期施工縱向圍堰軸線樁號22+160及22+160～22+900段橫向圍堰加固及圍堰內渠道和倒虹吸工程，枯水期施工樁號22+070～22+160段圍堰(該段埋設涵管以保證枯水期過流)，圍堰填筑完成后便于施工樁號18+947～22+507段換基填筑。樁號21+500～22+070下游橫向圍堰根據工程機械設備投入情況可靈活安排施工，樁號22+070～22+160下游橫向圍堰在倒虹吸過流前預留缺口過流，倒虹吸過流后填筑至設計高程，以滿足汛期二期基坑渠道的填筑施工。

一期圍堰形成了一個封閉的基坑，在倒虹吸進出口處圍堰向外側折轉，總長約2 010 m，其中橫向圍堰長約1 740 m，采用土方填筑，堰底高程為25.9 m，堰頂高程為 30.6 m，頂寬17.06 m(在設計圍堰頂寬10 m的基礎上另增加圍堰頂寬7.06 m與渠道邊坡平接)，外側邊坡為1∶5，內側邊坡為1∶3.5。一期基坑渠道填筑在汛前可達到脫險高程(因外部原因導致渠道工期滯后按設計加高縱向圍堰方式加高橫向圍堰)，縱向圍堰長約270 m，采用土方填筑，堰底高程為25.9 m，堰頂高程為30.6 m，縱向圍堰不滿足渡汛要求，在其上采用袋裝土填筑到31.83 m高程，堰高1.23 m，袋裝土堰頂寬2 m，兩側邊坡均為1∶1。汛期一期圍堰內渠道可繼續施工。二期圍堰需等到汛后才能填筑兩條橫向圍堰與一期橫向圍堰銜接，堰頂高程30.6 m，頂寬17.06 m，外側邊坡為1∶5，內側邊坡為1∶3.5。二期圍堰共長1 300 m，合龍后縱向圍堰可以拆除，此時一、二期基坑合為一個整體。在二期圍堰合龍前，倒虹吸進出口前的圍堰必須拆除，倒虹吸作為二期渠道施工導流建筑物。

此時，二期圍堰仍不能滿足汛期圍堰內渠道的施工，如要滿足，則需圍堰加高1.23 m，使圍堰頂高程達到31.83 m。要滿足合同工期要求，則二期圍堰堰頂必須加高，以滿足汛期基坑渠道填筑要求。

4 工期優化的技術支持

圍堰涵管導流的布置位置在樁號22+100處，圍堰頂寬10 m，兩側邊坡坡率為1∶5，圍堰頂土方填筑高程為30.6 m。圍堰的導流設施主要為滿足一枯過水需要，設計流量最高水位按照海子湖正常蓄水位高程28.63 m和枯水期10年一遇水位29.87 m高程考慮擬定導流方案。

正常蓄水位流量 Q=143 m3/s×(28.63－26.5)/(31.6 －27.7)=78.1 m3/s

枯水期水位流量 Q=143 m3/s×(27.63－26.5)/(31.6 －27.7)=41.43 m3/s

枯水期10年一遇水位流量Q=143 m3/s×(29.87 －27.6)/(31.6 －27.7)=83.23 m3/s

海子湖倒虹吸設計流量為143 m3/s，上游最高水位高程31.6 m(P=2%洪水位)，進口閘室底板頂面高程為27.7 m。

結合淤泥頂高程26.5 m和正常蓄水位高程28.63 m以及枯水期10年一遇水位高程29.87 m和涵管過流底高程27.6 m擬定的設計方案為:

涵管處圍堰寬度按照設計寬度10 m考慮，管頂填土厚度為1.35 m，管道長20 m。進水口管道流水面高程為27.6 m，出水口管道流水面高程為27.3 m，排水坡度為 0.015;管道采用 φ1.5 m 鋼筋混凝土管，其下鋪筑10 cm厚碎石及20 cm厚C20混凝土基礎。

涵管單管設計流量計算:

設計流速:V=1/n×R2/3×I1/2=1/0.013×0.372/3 ×0.015 1/2=4.86(m/s)

設計流量:

Q=A ×V=3.14 ×0.752 ×4.86=8.58(m3/s)

式中 管壁粗糙系數n=0.013;水力半徑R按照滿管取值;水力坡度按照管道流水坡度0.015計算。

出于安全考慮，按照10年一遇水位的1.2倍流量布設，設置12排φ1.5 m的鋼筋混凝土管。

Q總=12 ×8.58=102.96(m3/s)＞83.23 ×1.2=99.9(m3/s)

滿足枯水期10年一遇水位流量要求。

5 工期優化后的施工過程

海子湖穿湖段圍堰填筑在淤泥質土上進行，圍堰填筑采用土方水下填筑，基礎較軟，填筑過程受水影響較大，水下填筑質量無法保證，需采取加固措施加固圍堰。設計采用粉噴樁加固圍堰，因此，為粉噴樁施工創造條件，盡早完成粉噴樁施工，進而保證圍堰渡汛安全至關重要。

圍堰作為永久渠道填筑的一部分，對填筑施工的質量要求高，一期圍堰填筑后要及時做好外坡漿砌石護坡，以防止二汛圍堰被水沖刷破壞。

圍堰的填筑土料主要在取土場或就近在渠道開挖料中取土，若在排泥場解決，則排泥場土料經檢測合格也可用于圍堰填筑。采用挖掘機挖裝，15 t、10 t自卸汽車運輸至現場。

圖1

圍堰戧堤擬從上、下游分別進占填筑。水下部分采用拋填法施工，15 t、10 t自卸汽車運料，端進法直接向水中拋填進占，推土機配合向水中推料;渠堤圍堰外側邊填筑、邊拋石護腳。拋石由汽車從石料場運輸至工地堆存，拋石時采用機械轉運至現場由反鏟拋至坡角。水上部分粘土料采用推土機攤鋪，碾壓機分層碾壓，局部采用手扶式振動夯輔助碾壓。

設計圍堰斷面見圖1。為便于粉噴樁施工，將圍堰斷面調整為:圍堰頂寬17.06 m，外側邊坡為1∶5，內側邊坡為1∶3.5。縱向圍堰填筑至設計高程。渠堤圍堰外側邊填筑、邊拋石護腳。二期圍堰樁號21+500～22+070汛期圍堰填筑至設計高程，過流采用在樁號22+070～22+160范圍預留缺口過流。

汛后一期圍堰采用粉噴樁施工加固圍堰，縱向圍堰用袋裝土加高至高程31.83 m，將袋裝土布置調整至圍堰外側，以保證縱向圍堰內側交通暢通，袋裝土圍堰由K24+400～25+500取土場取土，15 t自卸汽車運輸至場內后人工裝袋，采用人工堆碼成型。二期圍堰填筑樁號22+070～22+160段，過流采用在樁號22+070～22+160范圍內埋設12排φ1.5 m鋼筋混凝土管過流。涵管基礎采用10 cm厚碎石和20 cm厚C20混凝土基礎，管涵長20 m，埋設高程28.35 m。涵管埋設根據需要作小圍堰防護。圍堰填筑前的基礎清淤采用船載泥漿泵抽排至排泥場，圍堰填筑后采用粉噴樁加固基礎。圍堰貫通后，渠堤18+947～21+507的換填工程可從取土場取土施工。

圍堰填筑完成后，根據現場情況及時做好漿砌石邊坡防護。

6 結語

南水北調中線一期引江濟漢工程渠道4標在合同工期不能滿足的情況下，通過優化施工導流工期，為工程建設爭取了半年以上的工期，為合同按期完工提供了有力的保證。圍堰施工關系到整個工程的合同工期，而保證圍堰按期完工是項目控制的重中之重。