穿越跨越南水北調中線干線工程型式及安全措施分析

□付超云□陳勤□馮瑞軍

（1河南省水利勘測設計研究有限公司;2黃河勘測規劃設計有限公司）

穿越跨越南水北調中線干線工程型式及安全措施分析

□付超云1□陳勤2□馮瑞軍1

（1河南省水利勘測設計研究有限公司;2黃河勘測規劃設計有限公司）

文章對與南水北調中線干線工程交叉的工程進行了分類，并對不同穿越跨越型式的選擇影響因素加以分析，提出在進行交叉方案比選時，應針對南水北調中線干線工程不同的建設運行階段、總干渠的結構斷面、地質情況和建筑物的類別、投資和后期的運行管理進行綜合分析，合理選擇。對穿越跨越南水北調中線干線工程安全措施從設計和施工等方面進行了分析論述，為類似交叉工程的設計、施工提供了一定的借鑒參考價值。

南水北調；穿越；跨越；型式分析

0 引言

南水北調中線干線工程總干渠從丹江口水庫陶岔渠首引水，至北京團城湖和天津，輸水干渠全長1432km。工程跨越長江、淮河、黃河和海河4大流域，途徑河南、河北、北京和天津。工程于2014年全線正式通水運行。隨著社會經濟發展城市規模的不斷擴大，各種配套設施不斷完善，工程沿線不可避免會有建筑物或管線與南水北調中線干線工程存在交叉，需穿（跨）南水北調中線干線工程總干渠，為了避免建（構）筑物在穿（跨）越總干渠施工期或運行期對南水北調中線干線工程的工程安全、水質安全和運行安全產生影響，南水北調中線干線工程建設管理部門對穿（跨）越工程布置和設計標準分別提出了一定的要求，并要求從結構和施工上分別采取相應的安全措施。文章對不同類別的穿、跨越南水北調中線干線工程型式選擇進行分析，并對安全措施進行分析探討，對南水北調中線干線工程交叉工程的設計、施工均有一定的借鑒參考價值。

1 穿越跨越南水北調中線干線工程型式的選擇

1.1 穿越跨越工程分類

穿越跨越南水北調中線干線工程主要包括穿越工程、跨越工程和鄰接工程，其中穿越工程系指在南水北調中線干線工程管理范圍內采用下部穿越方式建設的工程；跨越工程系指在南水北調中線干線工程管理范圍內采用上部跨越方式建設的工程；穿越跨越工程主要是指在南水北調中線干線工程管理范圍和保護范圍內建設的橋梁、碼頭、公路、鐵路、地鐵、船閘、管道、纜線、取水、排水等工程。結合目前穿越跨越總干渠的工程案例，上部跨越工程主要為鐵路、公路、高壓線、各類管道等，分別以修建橋梁或樁柱、桿塔等獨立式支撐架空型式完成跨越。下部穿越主要為鐵路、公路隧道、城市管廊和各類輸水、輸氣管道等，分別以明挖或非開挖的型式完成工程下部穿越，非開挖一般為頂管、盾構和定向鉆穿越。

1.2 穿越跨越工程型式的選擇

1.2.1 上部跨越

上部跨越即交叉工程從南水北調中線干線水面以上以架空的型式跨越總干渠，由于渠道開口較寬同時需滿足相關的規范技術要求，上部跨越跨徑較大，一般以橋梁、渡槽或以獨立支撐架、桿塔等型式完成跨越。

選擇上部跨越除工程本身限制條件外，如自流重力流管道水力比降、道路坡度等，根據南水北調中線干線工程相關技術要求，還需考慮以下幾個制約影響因素：①跨越處總干渠渠道開口寬度和管理占地范圍，根據相關跨越技術要求，跨越工程布置應采用主跨一跨跨越中線干線工程管理范圍，不得占用渠道過水斷面，因此主跨跨徑一般在100m以上，跨徑比較大，結構復雜，投資較多；②總干渠渠道左右岸運行道路凈空高度的限制，根據《公路工程技術標準》規定，運行維護道路設計凈空高度≥4.50m，因此上部跨越工程跨越渠道高度比較高；③上部跨越布置對中線干線防洪的影響，跨越總干渠建筑物布置不得對總干渠左右岸的防洪產生影響，不應影響渠道兩側的排水溝、截流溝等排導水設施功能，不應修建在渠道兩側的排洪建筑物進出口處；④施工條件，在南水北調運行期間穿（跨）越工程建設施工不得在過水斷面內搭設支架、堆放建設材料，且不得有墜落、撒漏棄水棄渣等，對總干渠水質安全產生影響，故跨越施工需采用封閉、獨立的施工措施，與此同時，在施工過程中還需考慮總干渠右岸供電專線高壓線的影響，防止出現施工傷亡事故。

除以上主要影響因素外，選擇上部跨越布置還不得對總干渠附近建筑物產生影響，尤其要滿足對總干渠右岸35kV供電專線凈空的要求。此外，中水、污水、輸油及輸送有可能污染水質的液體管道不應采用跨越方式跨越中線干線工程的渠道工程。

1.2.2 下部穿越

下部穿越主要為以明挖或非開挖的型式完成工程下部穿越，鑒于目前干線工程已正式通水運行，已不具備明挖施工的條件，故下部穿越只能選擇非開挖的方式穿越。

選擇下部穿越除工程本身限制條件外，根據南水北調中線干線工程相關技術要求，主要還存在以下幾個制約影響因素：一是穿越處地質條件是下部穿越的主要影響因素，如巖層和土層、是否存在濕陷性、地震液化、膨脹性等，需針對不同的地層采取不同的施工措施和器械。二是穿越的深度和長度，根據要求，如采用頂進或盾構等暗挖方法施工時，渠道底板以下管頂埋深不應小于穿渠管道或箱涵最大外徑的2倍，且≥5m，采用定向鉆方式時，對全填方渠段，管頂埋深不應小于原地面線以下10m，挖方及半挖半填渠段，管頂埋深不應小于渠底以下10m；穿越進出口應布置在中線干線工程一級水源保護區以外的合適地點，綜合以上要求，穿越管線或箱涵的長度較長，深度比較深，投資一般比較大。三是施工技術難度比較大，由于中線干線工程渠道過水斷面采用土工膜加混凝土襯砌，故在穿越施工過程中對渠道下部土體變形要求比較高，施工應采用嚴格的監測和控制措施。同理，除以上影響因素外，穿越工程布置亦不得對中線干線工程臨近建筑物及防洪安全產生影響。

綜上，上部跨越和下部穿越各自存在著一定的影響制約因素，在進行交叉方案比選時，應針對南水北調中線干線工程不同的建設運行階段、穿（跨）越位置處總干渠的結構斷面、地質情況和穿（跨）越工程建（構）筑物的類別、投資和后期的運行管理進行綜合分析，合理選擇。

2 穿越跨越南水北調中線干線工程安全措施分析

2.1 提高設計安全等級

穿越、跨越工程建筑物的安全等級不應低于中線干線工程主體建筑物的安全等級；管道工程穿（跨）越段設計等級、輸電線路穿（跨）越段設計安全系數應在原設計基礎上提高一個等級；通過提高交叉段建筑物的安全等級、安全系數，基本可以避免在正常的運行過程中交叉建筑物首先破壞從而影響渠道的正常運行。

2.2 材料的選擇及防腐

穿越、跨越工程建筑物建筑材料應選擇不易銹蝕、材料輕、施工、檢修方便的建筑材料，需防腐的應加強防腐，且防腐材料不得對總干渠的水質安全產生影響，以定向鉆管道穿越總干渠為例，在保證管道自身壁厚要求外，在穿越段壁厚提高一個等級，加強級防腐，同時加陰極保護。

2.3 加強滲控措施

為防止地下水沿穿渠建筑物縱向結合土帶形成滲流通道，導致建筑物周邊土壤的滲透破壞，從而影響建筑物自身及總干渠安全運行，需加強滲流控制。

由于南水北調總體地勢為左岸高，右岸低，為防止左岸洪水、積水沿管道、箱涵外壁向右岸滲透，從而形成滲流通道，首先應在穿越管線、箱涵的起止端做好截滲，設置截滲環。同時，非開挖施工頂進或定向鉆完成后，泥漿干縮變形，在管道、箱涵外壁與土體之間一般會有空隙，為防止滲流通過的形成和總干渠土體沉降，還應對該空隙進行二次注漿，保證管道、箱涵的外壁與土體之間密實。

2.4 施工精度控制

由于南水北調輸水量大、渠道斷面設置有土工膜、保溫板等各項設施，破壞后難以修復等特點，要求穿越工程施工精度比較高，一般非開挖穿越在鉆（挖）進施工過程都是采用定位導向系統，為了提高系統的準確性同時避免外界的干擾，一般會采用布置人工磁場的方式解決南水北調35kv輸電線路和高壓線等磁場的影響，在穿越起止點各布置一個磁場，利用直流電流產生的穩定磁場來加強探頭所處區域內的磁場，屏蔽外界其他不穩定磁場的干擾，使測量數據更準確。

2.5 加強施工期的安全監測

為確保工程穿越總干渠施工的精確實施，確保施工影響區域內南水北調總干渠的安全穩定，為控制施工對南水北調總干渠的影響提供判斷數據，及時為施工提供反饋信息，在穿越施工過程中除監測穿越工程自身的位置和變形外，還應對總干渠的內部土體變形和外觀進行實時監測，通過測量數據的分析，掌握總干渠穩定性的變化規律，隨時根據監測資料調整施工技術參數，消除安全隱患，也是工程信息化施工的重要組成部分。

除以上安全措施以外，為保障穿（跨）越工程在施工期、運行期總干渠的水質、結構、運行安全，根據不同的建筑物類型還應采取相應的措施，如橋梁跨越工程，施工應采用封閉施工，防止施工雜物或養生水灑落總干渠；為保障運行期總干渠的安全，在橋梁橋面設防撞墩，防護網，為防止橋面雨水、污水流入總干渠，還應設置排水系統，排至總干渠一級水源保護區范圍之外。

3 結語

目前南水北調中線干線工程交叉建筑物主要為上部跨越和下部穿越兩種類型，通過以上對穿、跨越型式選擇影響因素的分析和相應安全措施的論述，可以得出，設計應依據工程特點科學合理的選擇穿跨越型式，施工方應編制切實可行的施工方案和安全措施，做到工程安全、經濟合理，且便于運行期的管理維護。

TV86

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1673-8853（2016）09-0018-02

2016-04-18

（責任編輯：韋詩佳）

付超云（1982-），男，河南商丘人，工程師，主要從事水利工程設計工作。