輸水管線工程PCCP 管道回填施工質量控制方法

程 飛

（新疆水利發展投資（集團）有限公司,新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

隨著PCCP 管道廣泛的應用,管道施工質量問題逐漸凸顯,管道回填壓實度較低,嚴重影響了回填施工質量。針對此類問題,研究人員設計了多種管道回填施工質量控制方法。其中,長距離輸水工程PCCP 管道回填施工質量控制方法,與基于多場耦合的PCCP 管道回填施工質量控制方法的應用較為廣泛。長距離輸水工程PCCP 管道回填施工質量控制方法,主要是根據輸水工程的距離長短,對PCCP 管道進行施工,考慮到經濟效益,采用DN1600 口徑的管材進行輸水,回填將超挖部分填平,保證施工效果[1]。基于多場耦合的PCCP 管道回填施工質量控制方法,主要利用多場耦合原理,將機械不壓實區域進行回填,提升回填壓實度[2]。以上兩種方法均存在不同程度的問題,影響了回填壓實度。因此,本文設計了輸水管線工程PCCP 管道回填施工質量控制方法。

1 輸水管線工程PCCP 管道回填施工質量控制方法設計

1.1 改良PCCP 管道施工回填土料

本文在進行回填施工之前,對PCCP 管道施工回填土料進行改良,增強PCCP 管道回填土料承載性能,從而確保管道回填施工的強度質量。考慮到砂漿保護層的預應力,在第一層與第三層回填土回填之前,改良回填土料。將回填土與石灰等比例混合,減少原地面土質的滲水性,提高回填效果。為了避免回填過程中出現管道形變的情況,對回填土施加荷載進行分析,見表1。

表1 回填土施加荷載順序表

如表1 所示,PCCP 管道回填的過程中,受到回填土、管自重、水自重、內水壓力等影響,管道出現形變的情況較多。起初管道位移值為負數,管道橫向的直徑減小,管道向內提供了收縮壓力,管道出現泄漏的可能性增加[3]。因此,在管道回填的過程中,將在PCCP 管底、管頂、管腰內外側的應力考慮在內,預留出一定的縫隙,并在腋角、管道接口等重點區域進行回填。采用原地層土料與石灰混合之后的回填土,具有就地取材的便利性,對于增強原地層土料的強度具有重要作用。

1.2 安裝回填施工PCCP 管道防擾動限位裝置

在PCCP 管道回填土料改良完成之后,在PCCP 管道接口處安裝了防擾動限位裝置,對管道接口進行臨時加固,避免回填振動對PCCP 管造成沖擊。由于回填土壓實的過程中,機械的振動較大,在管道轉角處回填壓實時,接口處的施工質量很難控制[4]。采用防擾動限位裝置固定之后,對于管道接口具有臨時固定的作用,能夠有效地避免回填土壓實過程中對PCCP 管道造成的沖擊應變。防擾動限位裝置見圖1。

圖1 防擾動限位裝置示意圖

如圖1 所示,防擾動限位裝置主要構件為箱體、擋塊、限位桿、導繩器、限位器、電機、重錘、卷筒外殼、拉線開關等。根據回填土壓實狀態的應力變化,分析限位裝置承受的應力[5]。應力計算公式如下：

式中：δs為回填土自身應力；fss為限位裝置的抗壓強度；εc為控制參數；λs為回填土極限應變；λss為回填土壓實峰值應變。

在限位裝置固定之后,控制回填區域的應變情況,固定區域與回填區域的應變關系滿足下式：

式中：Ks為回填土的彈性模量。

當固定區域與回填區域的應變關系滿足式（2）關系時,回填土達到極限應變,PCCP 管道接口與限位裝置共同作用下,能夠降低接口位置的應力,從而減少作用在接口的應力,確保PCCP 管道回填效果。

1.3 注漿加固輸水管線工程PCCP 管道上部回填土

在進行PCCP 管道回填的過程中,對輸水管線工程PCCP管道上部回填土進行注漿加固,將PCCP 管道接口處壓實,從基礎上控制管道回填的壓實度。PCCP 管道上部回填土壓實度不均勻,就會出現管道接口失穩的問題,影響施工效果[6]。在PCCP 管道下設完成之后,對接口附近的回填土進行加固處理,根據PCCP 管道上方回填土覆蓋厚度設計加固參數。為了避免PCCP 管道受到注漿的壓力影響出現環向應變,本文在回填土層鉆孔,與PCCP 管道間隔300 mm。在孔洞內注入漿液,保證PCCP 管道上部回填土的壓實度。

在PCCP 管道回填的過程中,將其分為管基、管道、機械壓實、機械不壓實等回填區。其中,中、粗砂墊層區域無需回填[7]。考慮到機械不壓實區域會影響到最終壓實度,將注漿加固的位置設定在了機械不壓實回填區。在管道回填區域機械壓實回填區打上小孔,向其內注入漿液。加固完成之后,沿著注漿位置回填機械不壓實區域,回填至原地面線500 mm之后完成回填加固。

2 實例分析

2.1 工程概況

某輸水管線工程起自引水隧洞取水口,沿依連哈比爾尕山自西向東,止于調節水庫,輸水線路長182.565 km。其任務是將調入的水量送至沿線河流,以滿足生態供水和小城鎮等工業和生活的用水。

在輸水水庫水位恒定的前提下,采用PCCP 管道進行施工。管道設計引水流量為16.7 m3/s～10.8 m3/s,事故備用水庫庫容分別150 萬m3和936 萬m3。埋管段為單根DN3400 mm～DN3000 mm 的PCCP 管,管道工作壓力0.6 MPa～1.2 MPa。PCCP 管道回填施工流程見圖2。

圖2 PCCP 管道回填施工流程圖

如圖2 所示,整個輸水管線工程分為5 段,①管線0+000～8+075～12+898.2 段,地勢南東高,北西低,管線呈北東走向,順管方向地面高程657.3 m～666.2 m～648.5 m,該段含土礫碎石層、粉土質砂層、砂礫石夾砂層,施工時無地下水干擾。②管線12+898.2～23+214.8 段,沿依連哈比爾尕山在黒山頭南側,近南北向通過黑山頭隧洞后呈北偏東向展布。③管線23+214.8～33+571 段,地勢南高北低,管道開挖無地下水干擾,工程地質條件一般。④管線33+571～60+136.4 段,順管方向地面高程634.9 m～593.1 m,管身段土層對混凝土具有輕度～嚴重腐蝕性,回填施工質量控制效果很容易受到影響。⑤管線60+136.4～65+100 段,位于托托河沖洪積扇中上部,地勢南高低,管線由北東轉東西向再轉南東向,順管方向地面高程610.1 m～607.3 m。以上各段低洼處、洪溝、河道時做好了過洪與保護設施,能夠保證回填施工的整體質量。

2.2 應用結果

隨機選取密實回填、L02-90%、L02-85%等回填工況,分別將01 層、02 層左、02 層右等回填土的彈性模量進行分析。在回填施工要求壓實度一致的條件下,使用本文設計的施工質量控制方法分析回填土壓實度,見表2。

表2 應用結果

如表2 所示,在進行PCCP 管道回填施工的過程中,管道環向應變分布不同,回填的工況相應不同。密實回填就是回填土密實的區域,L02-90%就是回填土平均壓實度為90%的區域,L02-85%就是回填土平均壓實度為85%的區域。也就是說,在其他條件均一致的情況下,密實回填、L02-90%、L02-85%等回填工況,回填施工要求壓實度分別≥95.50、90.50、85.50,保證回填施工質量。在回填施工要求壓實度一致的條件下,使用本文設計的施工質量控制方法的回填土壓實度,均在回填施工要求壓實度的范圍內,可以保證PCCP 管道回填施工質量,施工質量控制效果較佳,符合本文研究目的。

3 結語

近年來,輸水管線工程建設進程加快,區域內的人們無論是水質還是水量均得到了保障,對于區域內的水利發展具有重要作用。PCCP 管道的結構形式為鋼筒混凝土形式,施工較為簡單,在輸水管線的應用上較為廣泛。但是,受到PCCP管道回填時的振動影響,回填施工質量不佳,很難保證輸水管線工程的施工質量。因此,本文設計了輸水管線工程PCCP管道回填施工質量控制方法。從加固回填土、改良回填土料、安裝擾動裝置等方面,對管道回填施工質量進行有效控制。通過以上研究,旨在提升回填施工質量,為輸水管線工程的建設提供保障。