觀音閣水庫輸水管線穿越工程施工方案研究

彭震宇

（遼寧省觀音閣水庫管理局有限責任公司，遼寧本溪117100）

1 工程概況

遼寧省觀音閣水庫輸水工程由取水頭部、電站、輸水管線、輸水隧洞、配水站及分支管線等幾部分組成。其中輸水管線長度為49 829 m，輸水管線共穿越河流6 次，鐵路4 次，公路9 次，橡膠壩2 次，攔河壩3 次，橋墩14 次，墻體3 次，漫水橋1 次。遼寧省觀音閣水庫輸水工程輸水管線穿越交叉工程見表1。

2 施工方案

2.1 開挖施工

輸水管線穿越河道工程采用開挖法施工，開挖及回填施工方法同輸水管線，DN3000 鋼管采用現場制作、安裝；DN2400，DN1200，DN1400 鋼管采用廠家制作，運到施工現場現場安裝。施工工期避過汛期，采用分期圍堰法導流。

輸水管線穿越一般公路、橡膠壩、攔河壩、墻體等部位，采用開挖法施工，開挖及回填同輸水管線施工方法，在公路邊修建臨時道路，保證施工時道路通行，施工完成后恢復路面、橡膠壩、攔河壩及墻體。

2.2 頂管施工

由于鐵路、高速公路、國省干道交通繁忙，施工時不允許破壞路面，影響交通，確定采用頂管法施工。此工程頂管管徑分兩種：DN3000 及DN1800。

2.2.1 工作井、接收井尺寸計算

頂管法施工時，首先在頂進端和接收端分別修建一個工作井和接收井。

工作井的長度按照正常頂進狀態和工具管穿墻狀態兩種方式分別計算，然后取大者：

式中：L——工作井的最小長度；b1——后座或后背墻厚度；b2——剛性頂鐵厚度；b3——環形頂鐵厚度；l1——下井管段長度；l2——主油缸長度；l3——留在井內管道的最小長度；l4——安裝富余量；l5——工具管下井時的最小長度。

經計算，工作井的尺寸見表2。

工作井的寬度：

式中：B——工作井的寬度，m；D——管道的外徑，m。

工作井的深度：

式中：H ——工作井的深度，m；H1——管頂覆土厚度，m；h——操作空間高度，m。

表1 觀音閣水庫輸水管線交叉工程統計表

接收井尺寸見表2。

表2 工作井與接收井尺寸匯總表

因此，該工程共需修建工作井及接收井18 組，每一對工作井及接收井為一組。

2.2.2 頂管施工方法

工作井、接收井均采用沉井法施工，沉井施工過程為：沉井制作、沉井下沉和封底。

為減少下沉沉井的深度，在井筒制作前首先進行基坑開挖，基坑深1 m，寬比工作井的外周尺寸大1 m，基坑邊坡1∶1，然后在沉井刃腳下墊一層砂墊層和混凝土墊層，墊層的寬度與井壁大致相同。基坑底部四周設置排水溝，斷面尺寸30 cm×30 cm，排水溝接入設置在一角比排水溝深0.5 m 的集水井中，集水井內的水要時刻保持最低水位，多余水用水泵抽排到基坑外。

沉井制作由刃腳制作和井壁制作兩部分組成。為減少沉井下沉時井筒外壁與土之間的摩阻力，刃腳支模采用墊木支模，模板表面特別是外壁必須平整、光滑；井壁模板則采用鋼模，為避免受力不均而造成地基的下沉或傾斜，井壁混凝土應分段、分層澆筑。

沉井采用分節澆筑，一次下沉。井深10 m 的沉井分3 節澆筑，井深7.5 m 的沉井分2 節澆筑。工作井及接收井要預留頂管機進、出洞洞口，工作井和接收井的預留洞口直徑要比頂管機刀盤直徑大0.15 m。

沉井下沉前把素混凝土墊層打碎，沉井的刃口就切入土中。

井內挖土吊車提升按人工挖掘的方式進行。井內挖土按照每層30 cm 的厚度進行，并保持中間部分高于四周30 cm 以上，在刃腳內壁應保留2 m左右寬的土臺，待沉井下沉時，再逐層挖去土臺，刃腳不斷擠壓土臺導致土體塌落，沉井便按照每次20 cm 左右的厚度均勻下沉。

沉井下沉時，如果地下水位較高，在沉井周圍設置輕型井點，用井點降水法降低地下水位。當沉井下沉至設計標高，清除井底余土，在基面上鋪設砂墊層，然后澆筑底板混凝土，進行沉井封底。

工作井施工完成后，在工作井內布置頂進系統，頂進系統的主要設備是主油缸，井內布置4 臺主油缸，左右對稱布置。布置在工作井內的其它頂進設備還包括導軌、頂鐵、后背及后座，導軌起導向作用，安裝在前方，接近穿墻管，用于支托未入土的管段和頂鐵；頂鐵傳遞頂力，用于彌補油缸行程不足；沉井井墻用于傳遞主油缸的頂力；在井墻前加上后座，保護井墻不受損傷。

頂管掘進機選用DK 式大刀盤土壓平衡頂管機，該種機型采用土壓平衡原理，施工安全可靠，對地面建筑物影響較小。同時，該頂管機的轉矩可自行平衡，不容易產生機體的偏轉。

開挖面切削下來的泥土經過攪拌艙，由皮帶運輸機向后傳輸到運輸車內，然后運至工作井內，統一吊裝出井外。土方外運采用15 t 自卸汽車。

頂管掘進必須連續進行，頂進速度與出土速度應快慢一致，達到平衡，保持土體的穩定。在頂管施工結束后，采取壓密注漿法對土體進行加固。

該工程頂管管徑較大，頂進距離較短，頂進過程中不需人工通風，采用自然通風即可。

吊裝設備采用門式吊車，門吊吊裝方便，操作安全，門吊的起吊能力應滿足最大起吊能力。

鋼管焊接在工作井內進行，其焊接安裝要求見穿河工程。焊接后的鋼管由工作井向接收井推進。

3 結語

觀音閣水庫輸水工程管線在穿越河道、一般公路、橡膠壩、攔河壩、墻體等部位采用開挖法施工；穿越鐵路、高速公路、國省干道等交通繁忙，施工時不允許破壞路面、影響交通的部位采用頂管法施工，保證了工程的安全和工期。該工程于2017 年12 月22 日全線貫通，于2018 年7 月1 日正式通水運行。