無支墩高水頭淺埋式壓力管道回填施工應用

劉玉奇

(中國水利水電第六工程局有限公司，遼寧丹東 118000)

1 概述

斐濟南德瑞瓦圖電站裝機2臺44 MW，由大壩、引水隧洞、調壓井、壓力管道、廠房及輸變電系統組成。

壓力管道的設計是采用了無支墩的回填式埋管。壓力鋼管總長約1 393.65 m，管徑為 2.25 m，最大靜水頭299.215 m，最大縱坡59.79%。

2 回填要求

2.1 開挖尺寸

開挖溝槽為底寬3.6 m，0.5∶1邊坡的倒梯形槽。

2.2 回填要求

回填料由下至上分3個層次，4個區(管底標高為0，高上為正，AP20為All Pass20縮寫，意為全部通過20 mm孔徑篩子)。

1層(0～20 cm):X區，AP100回填料，壓實度90%。

2層(20～285 cm):A區，管周20 cm范圍，采用AP20回填料，壓實度為95%。A1區，A區以外范圍，采用AP100回填料，壓實度為90%。

3層(285～≥395 cm):B區，采用現場開挖料，壓實度為90%。

管頂最小回填厚度為150 cm，即最小回填厚度為395 cm。

1層、2層只可人工或小型機具碾壓夯實，3層最大碾壓設備重≤8 t。

2.3 其他要求

2層與3層間采用鋪土工布間隔，作為反濾隔層。

鋼管內外噴刷防腐層，并在管周外側設防腐保護纏帶，纏帶不得有破損。

底部X區兩側內設100 mm多孔排水管。

3 施工重點難點分析

1)由于壓力鋼管的設計理念是不設支墩，允許鋼管在柔性填埋層內自由變形，以釋放應力。這對回填的要求極其嚴格，是鋼管回填的重點。

2)鋼管外包防腐保護纏帶，極易損壞，回填過程中的保護是本工程的難點之一。

3)回填施工面狹窄，且鋼管安裝后將工作面分為相互隔開的左右兩個工作面，不利于施工組織。填料種類多，且相互交叉，給回填施工增加了一定難度。

4)壓力管道陡坡段大坡度為59.79%，高差大，交通條件差，只有上部和下部兩條路，兩條路高差達157 m，陡坡段為本工程最大的難點。

5)斐濟為海洋性氣候，雨量多，因此氣候對施工質量影響也較大。

針對以上所述施工的重點和難點，從施工程序，施工機具選擇，施工方法等方面進行優化施工方案。

為減小天氣影響，做好施工期排水，確保回填施工質量，根據壓力管道坡度不同，選擇不同的填筑程序，施工中把壓力管道分平段，緩坡段和陡坡段3種類型，根據實際情況來安排程序。

采用臂長18 m的長臂反鏟進行鋪料，長臂反鏟臂長斗小，即增加了鋪料半徑，解決了管槽兩側相隔開的問題，又可站在一側直達填筑工作面進行鋪料，減少常規方法的溜槽搭設，移動等問題，也避免了人工鋪料的低效率問題。

回填碾壓機具采用輕便的小型平板夯進行碾壓，既適合溝槽等狹小面施工，又適合斜坡陡坡施工。在鋼管下部，回填厚度小，受鋼管限制無法采用平板夯施工的部位，采用平板搗棒，薄層鋪料人工搗實。

為減小回填施工作業厚度，采取小型機具施工，加強現場施工管理，將施工做細做精，既確保了工程質量，又可有效保護鋼管及其防腐保護纏帶不被損壞。

在鋪料5 m范圍的鋼管上用寬幅皮帶保護，防止鋪料過程中掉落回填料破壞鋼管防腐纏帶。

管周回填施工時，先鋪緊貼鋼周的 AP20細料，再填AP100的粗料，防止大顆粒料沖擊破壞鋼管及其防腐。

對回填料進行覆蓋防護，減小雨季對填料含水率的影響。

嚴格試驗的作用，從原材料的制備到現場施工，將施工每一個程序結果量化，確保施工質量。

4 試驗

4.1 爆破試驗

經過比選回填料確定為隧洞開挖料，在隧洞爆破開挖期通過爆破試驗，適當調整爆破參數，既使渣料粒徑適合破碎機進口要求，又增加了細顆粒的含量，使加工后的料級配更趨合理。

4.2 級配試驗

對加工后的料進行粒徑和級配試驗，發現問題及時解決和調整，改變破碎機出口粒徑，調整中等顆粒料徑含量，適當調整開挖料爆破參數，增加原料細顆粒含量。

4.3 碾壓試驗

壓力管道填筑施工前，對AP20、AP100、普通開挖渣料等分別進行碾壓試驗。

根據設計要求及現場條件，各區按照不同的鋪料厚度、碾壓遍數、碾壓機具分別進行碾壓試驗，取得相應的試驗數據，從而確定碾壓機具及相應的最優碾壓參數。

4.4 現場試驗

回填施工中，每班次進行壓實度試驗，以及時調整碾壓施工參數，并且在多雨天氣加密回填料含水率測試，以確保回填質量。

5 回填料準備

5.1 AP20、AP100料

經計算，AP20料(A區)共3 233 m3，AP100料(X區和A1 區)共10 745 m3。

附近無可開采料源，考慮利用隧洞出口側洞挖開挖料，既解決了料源，減少了開采費用，又節省了棄渣堆放場地。

在隧洞開挖施工中，適當加大了爆破的炸藥量，使開挖出的粒徑滿足破碎機進口要求，提高了開挖料的可利用率。

開挖料采用PE－400破碎機破碎，簡易篩分為兩種規格，AP20和 AP100。

在壓力鋼管轉彎處，變形較大部位，為防止防腐保護纏帶被破碎加工的AP20料破壞，在轉彎處6 m范圍內，采用無尖角的沙卵石(外購，274 m3)。

5.2 現場開挖料

在不影響邊坡安全情況下，開挖期間預留了部分開挖渣料堆棄在壓力管道兩側的征地范圍內，作為B區回填料。

6 施工方法

6.1 施工程序

6.1.1 平段施工(坡度＜4%)

施工段較長且坡度＜4%的施工段為平段，平段有2段，PC01－PC02和PC05－PC07。平段回填施工按順下坡方向進行填筑施工，這樣做可以避免從高處流下的水形成集水坑，進而對已回填部分造成破壞。

6.1.2 緩坡段施工(坡度＞4%)

緩坡段主要為 PC02－PC03、PC07－PC12、PC12－PC16、PC16－PC20，緩坡段的填筑由低向高進行填筑，回填面略向下坡方向傾斜，便于雨水流出。

6.1.3 陡坡段施工(坡度＞49%)

陡坡段主要為 PC03－PC05。陡坡段由 PC03(下)向PC05(上)進行填筑施工，在PC04附近設存渣平臺，PC03到PC04填筑時利用L4路從下向上運輸回填料，當回填筑至PC04以上時，利用L3路從上向下運輸回填料，在L3路末端設溜渣槽(采用反鏟開挖，鋪鐵皮形成溜渣槽)，并在壓力管道邊緣形成反鏟施工道路。

6.2 回填施工

立面回填施工程序:鋼管安裝→X區→A區→A1區→B區。

6.2.1 X區回填(AP100)

X區回填厚度為20 cm，采用長臂反鏟鋪料，人工配合平料，鋼管底部鋪料厚度為10 cm，采用平板搗棒進行人工搗實，搗實數為12。鋼管兩側鋪料厚度為20 cm，采用小型平板夯進行碾壓，碾壓8遍。

6.2.2 A區回填(AP20)、A1區回填(AP100)

ZONE A和A1回填同時進行，鋪料厚度為20 cm，采用長臂反鏟鋪料，每層鋪料時先鋪ZONE A回填料(AP20)，由人工平鋪;然后鋪筑ZONE A1回填料(AP100)，根據作業面條件采用推土機攤鋪或人工攤鋪。鋪料完成后采用平板夯進行碾壓，碾壓10遍。

6.2.3 B區回填(現場開挖料)

回填在ZONE A1結束后進行，鋪料前在ZONE A1表面鋪設土工布Geotextile，采用長臂反鏟在管槽兩側就近取料鋪料，平板夯進行碾壓，碾壓8遍，超過管頂1.5 m以后，可采用長臂反鏟輔助碾壓。

7 結語

該工程已于2012年5月18日并網發電，運行良好。無支墩高水頭淺埋式壓力鋼管應用于水電工程壓力管道，在國內尚無先例，在國際上也僅有數例，施工單位本著做精做細，確保工程質量的原則，無論是從原料的選取到施工機具的選擇，還是從碾壓試驗到現場施工，都以試驗為依據，完滿地完成施工任務，在無支墩高水頭壓力管道回填施工方面填補了國內空白。為國內同類工程開創先河，有較高的借鑒價值。

［1］紀云生.水利水電工程施工組織設計手冊［K］.北京:中國水利水電出版社，1996.

［2］張基堯.工程機械使用手冊［K］.北京:中國水利水電出版社，1996.

［3］盛樹馨.SL 237—1999土工試驗規程［S］.北京:中國水利水電出版社，1999.