臥虎山水庫輸水管道溝槽開挖設計與施工

孫仕剛

（蒙陰縣水利局，山東 臨沂 276200）

東風洞～孟家水庫段為南水北調濟南市續建配套工程臥虎山水庫供水線路改造工程的第二標段，新建管道全長2.33 km，工程主要建設內容：管道鋪設及管道井、分水口、進出口段等管道附屬設施建設。其中，鋪設DN1200螺旋鋼管2.21 km，暗涵襯砌0.12 km，新建各類管道井7處、分水口3處、排氣孔6處、進出口段工程各1處。

1 溝槽土方開挖設計及施工

1.1 測量放線

土方開挖前首先要進行場地清理和測量放線，本項目要求水準點引測不低于四等水準測量，導線點引測采用全圓測回法。土方開挖放線后用木樁標出相應的高程，用白灰線表示開挖的邊線及外形輪廓線。

1.2 溝槽形式

目前，溝槽的主要斷面型式有：直槽、梯形槽、混合槽及聯合槽等。各類型槽的適用條件如下：

1）直槽適用于開挖深度小、地質條件好、土層密實度高、無邊坡滑落問題的條件。

2）梯形槽可有效適用于不能使用直槽的地質環境，但適合大型機械作業。

3）混合槽結合了直槽和梯形槽優點，可顯著降低開挖工程量，且有效保證邊坡穩定，但施工較為復雜。

4）聯合槽適合用于同時布置兩條或兩條以上的管道。

1.3 溝槽尺寸設計

溝槽尺寸直接涉及開挖土方量，影響工程成本及工期，因此必須慎重對待。本項目要求管道最高點在當地最大凍土層厚度以下。據文獻記載，濟南地區最大凍土層厚度一般不大于45 cm。施工項目區最大凍土厚度取值為44 cm，經計算溝槽開挖深度為174.0 cm。

溝槽底部設計寬度220.0 cm，管道兩側各留設50.0 cm填充經篩選后的土體，可有效保證管道穩定性；邊坡設計角度為1∶3。最終溝槽尺寸及輸水管道完工示意圖見圖1所示。

圖1 管道溝槽結構示意圖

1.4 施工要點分析

1）嚴格控制土方開挖高程，防止超挖、欠挖。對于高邊坡開挖采取自上而下開挖順序，避免二次削坡。部分土質松軟、地下水位高等問題較多地段采用直槽形式且配合橫板支撐（見圖2），坡頂設截水溝。

圖2 溝槽橫板支撐

2）溝槽開挖時，采用挖掘機開挖至設計底高程以上0.2 m，以下部分土方采用人工開挖，開挖過程中確保不擾動基礎底部的土層。

3）采用挖掘機開挖，距離小于100 m土方采用推土機推運，運距大于100 m采用自卸汽車運輸。開挖土方沿一側堆放，若土方較多或威脅溝槽邊坡穩定時，運至臨近已完成工段或尚未開工段臨時堆放。

2 溝槽石方開挖設計及施工分析

本項目溝槽石方開挖段長約320 m，采用“淺孔爆破法”施工，利用風鉆、潛孔鉆打孔。在施工前首先進行控制爆破試驗，選擇合理的鉆爆孔布置和線裝藥密度等參數。

2.1 爆破器材選取

由于部分地段存在地下水，環境潮濕，因此本項目選擇粉狀硝化甘油炸藥。起爆藥選擇膠質硝化甘油藥卷（規格φ22 mm，長60 mm），不受水分影響；導爆索要求爆速大于6 000 m/s，可串聯、并聯、混合聯；雷管為毫秒雷管，延期為20 ms。

2.2 炮孔布置

溝槽石方開挖炮孔分兩類：主爆孔（掏槽孔）和光面孔，其中主爆孔在溝槽線中央位置布置2道，垂直深度在1.5～1.6 m，角度設計為20°。保護層石方開挖時，在設計開挖線上用風鉆打孔，布置一排加密光面孔，進行減弱不耦合線裝藥。其中主爆孔間距0.5 m，排距1.2 m，光面孔間距0.3 m，與開挖邊界線的距離為15 cm。

爆破時先起爆主爆孔，然后起爆光面藥包，將主爆孔與光爆孔間的主體巖石炸除，形成一個貫通平整的開挖面，并保護邊界外的巖體不受破壞，局部殘留巖石利用風鎬結合人工進行鑿除。

2.3 施工要點分析

鉆孔深度、角度、位置是保證爆破效果的基礎，本項目要求深度誤差控制在±0.05 m，角度控制在±2°。鉆孔位置由巖石巖性、裂隙發育、水分含量等決定，因此鼓勵現場針對差別較大地段多做試驗。鉆孔完工后要經過專業技術人員抽檢，抽檢率不低于20%。

3 砂墊層鋪設施工要點分析

砂墊層設計厚度為10.0 cm，施工工序為：基坑局部積水抽排→高程復測→基底處理→砂墊層分層鋪墊→夯實→試驗檢測，下面針對重點工序進行分析。

3.1 高程復測

開挖至設計底高程以上20 cm時，進行基坑局部積水抽排，然后進行高程復測，確定人工開挖深度，注意要確保基坑底部原狀土不受擾動。

3.2 基底處理

將地基上表面浮土、爛泥、雜物清除干凈，平整地基。本工程地質結構為砂層和黏土層分層分布，應及時做好邊坡支護防止溝槽出現塌方。

3.3 砂墊層鋪設

砂墊層采用天然級配中粗砂，具體規格要求：粒徑為0.5～4.0 cm，含泥量不大于3%。砂中不得含有草根、垃圾等雜質。

砂墊層分層鋪墊和夯實，采用蛙式打夯機壓實，但夯實前對砂墊層進行灑水，砂墊層壓實度不得低于90%。使用“灌砂法”對密實度進行檢測。

4 結語

輸水管道溝槽設計和施工應充分結合工程實際地質條件和標準要求，不同地段可采用不同的施工方法，以“經濟、實用”為原則。本項目實施后，管道鋪設平穩，溝槽開挖沒有出現坍塌，石方段處理較好，通水能力達到設計要求，取得了較好成果。