金鐘水利樞紐引水配套工程建設(shè)和自動化調(diào)度初試

黃驍男

(莆田市水利局，福建莆田351100)

金鐘水利樞紐引水配套工程建設(shè)和自動化調(diào)度初試

黃驍男

(莆田市水利局，福建莆田351100)

文章基于福建省莆田市金鐘水利樞紐引水配套工程土方開挖、回填、管材選擇與安裝、施工過程質(zhì)量控制及綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，提出引調(diào)水類水利工程施工中應(yīng)注意的問題和綜合調(diào)度管理發(fā)展方向，該引水配套工程2011年底開工，計(jì)劃2014年底前全面竣工通水，作為具有典型特征的引調(diào)水基礎(chǔ)工程，工程在建設(shè)中遇到的土方開挖回填、管材選用與防腐處理、施工質(zhì)量控制、未來綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)實(shí)施等對類似工程具有借鑒意義。

莆田;金鐘水利樞紐;管材選擇;安裝;質(zhì)量控制;綜合調(diào)度

福建省莆田市位于臺海西岸，居福(州)廈(門)泉(州)經(jīng)濟(jì)圈交通樞紐，依托優(yōu)勢地位，近年來經(jīng)濟(jì)發(fā)展增速始終排名全省前三，但區(qū)域內(nèi)水資源緊缺，人均水資源量擁有量僅為1 070 m3，相當(dāng)于全國人均的1/2、全省人均的1/3，屬于水資源緊缺地區(qū)。同時(shí)水資源分布嚴(yán)重不均，西北部山區(qū)水資源豐富，東南沿海嚴(yán)重缺水，隨著莆田湄洲灣港口開發(fā)建設(shè)，呈現(xiàn)出經(jīng)濟(jì)重心布局與水資源保障倒掛錯置格局。為此，2011年莆田市在貫徹海西意見基礎(chǔ)上啟動建設(shè)金鐘水利樞紐引水配套工程，力求發(fā)揮莆田海西建設(shè)后優(yōu)勢，拓展一線重點(diǎn)水利基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)莆田人民夢寐以求“港城崛起”的愿望。

1 樞紐引水配套工程概況

金鐘水利樞紐引水配套工程是湄洲灣港口城市發(fā)展的重要引調(diào)水工程。引調(diào)水調(diào)出區(qū)位于莆田市仙游縣北部石蒼鄉(xiāng)境內(nèi)的粗溪中游金鐘水庫，在仙游縣鯉城鎮(zhèn)北寶峰雙寶隧洞出口接管，將大型金鐘水庫原水引到湄洲灣北岸和莆田中心城區(qū)，設(shè)計(jì)引水流量4.21 m3/s，日供水36.4萬m3。引水管線總長91.2 km，受益仙游縣、荔城區(qū)、城廂區(qū)、秀嶼區(qū)、北岸管委會共11個鄉(xiāng)鎮(zhèn)110萬人口，其中主干線從北寶峰至蓋尾前連長12.94 km，管徑1.8 m;支線2條共長78.26 km，一條為莆田支線，從蓋尾前連至華林、新度臺商投資集中區(qū)、工業(yè)園區(qū)長24.75 km，管徑1.0 m;另一條為媽祖城支線，從蓋尾前連至媽祖城長53.51 km，管徑1.4 m。工程主管材采用PCCP預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，工程概算總投資5.84億元［1］。

2 工程施工工序

施工主要工序包括場地平整、測量放線、管溝土方(石方)開挖、施工降排水、PCCP管運(yùn)輸?shù)跹b就位、PCCP管道安裝、接口水壓試驗(yàn)、填封接口縫、土方回填、水壓試驗(yàn)、竣工清理等。

3 土方開挖回填施工與技術(shù)要求

3.1 土方開挖施工

土方開挖施工采取開槽管道施工技術(shù)，先以機(jī)械開挖采取包括自上而下、上下結(jié)合、先河槽后岸坡以及分期分段開挖等方式進(jìn)行，注意在槽底預(yù)留200～300 mm土層由人工開挖至設(shè)計(jì)高程，整平;在不具備機(jī)械開挖條件下，也部分采用人工開挖方式。對處于河床或地下水位以下區(qū)域進(jìn)行基礎(chǔ)開挖時(shí)特別注意做好降排水工作，在安排施工工序時(shí)，采取先挖排水溝，再分層下挖，槽口設(shè)截水溝，槽內(nèi)設(shè)支撐。

3.2 作業(yè)安排

工程采用分段施工的平行流水作業(yè)組織方式進(jìn)行開挖。分段長度根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，按4個工作小組在4個工作班內(nèi)能完成的挖方量來安排。

3.3 技術(shù)要求

引水配套工程設(shè)計(jì)輸水線路沿仙港大道、濱海大道、城港大道、湄永高速等公路道路設(shè)施單側(cè)布置，出、棄土石方運(yùn)輸便捷，加之挖填方相對平衡，使得土石方開挖施工的重點(diǎn)主要放在邊坡防止塌滑以及地下水位開挖時(shí)做好排水工作兩方面。對此，在實(shí)際施工中注意做到控制開挖坡度不陡于1∶2;自中心向外分層下挖時(shí)邊坡處按邊坡比挖成類臺階狀，待挖至設(shè)計(jì)深度時(shí)再進(jìn)行削坡;受地下水影響區(qū)段設(shè)排水溝采用一次到底法或分層下挖法開挖;回填時(shí)保證均勻的填土施工，禁止以軟性土體回填，管頂0.5 m范圍內(nèi)的回填土不含碎石;注意縱向施工，對土方填筑的厚度進(jìn)行合理把握(程管頂覆土厚度≥0.8 m)，回填土分層壓實(shí)，壓實(shí)機(jī)具選擇上先輕后重，保證碾壓方向和軸線之間互相平行。

4 管材選擇、安裝與防腐處理

4.1 管材選擇

主管材選用PCCP預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，這是一種新型的鋼性管材，它是帶有鋼筒的高強(qiáng)度混凝土管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，噴以水泥砂漿保護(hù)層，采用鋼制承插口，同鋼筒焊在一起，承插口有凹槽和膠圈形成了滑動式膠圈的柔性接頭，是鋼板、混凝土、高強(qiáng)鋼絲和水泥砂漿幾種材料組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)，具有鋼材和混凝土各自的特性。滿足承受內(nèi)外壓高、接頭密封性好、抗震能力強(qiáng)、施工方便快捷等技術(shù)要求，適合作為金鐘水利樞紐引水配套工程這種長距離引水項(xiàng)目施工用管材指標(biāo)要求。

4.2 管線方案布置

1)管線平面布置:要考慮征遷條件，避開沿線建筑密集區(qū);盡量走直線，減少大角度彎頭;盡量避開不良地質(zhì)構(gòu)造;盡量沿現(xiàn)有或規(guī)劃道路敷設(shè)，利于運(yùn)行維護(hù)。金鐘引水樞紐配套工程輸水管線屬長距離，沿線跋山涉水，地形地質(zhì)條件復(fù)雜，設(shè)計(jì)中大部分管線選擇沿仙港大道、濱海大道及城港大道布置，線路平順，可最大限度減少水頭損失，滿足重力流輸水條件。同時(shí)減少工程拆遷、施工臨時(shí)費(fèi)用，建成后也利于工程的運(yùn)行管理和維護(hù)。

2)管線縱斷面布置:要考慮排氣排泥條件，在輸水管道隆起點(diǎn)設(shè)置進(jìn)、排氣閥，排除壓力管道內(nèi)的摻氣，或補(bǔ)氣避免管內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，保證管道運(yùn)行安全。泄水閥布置在沿線低點(diǎn)具有排水出路的地方，便于管道維修時(shí)排泥、放水。金鐘引水樞紐配套工程長距離重力流輸水對進(jìn)、排氣要求更高，特別是沿接近水平段的濱海大道布置管線長達(dá)17 km，排氣問題更突出。設(shè)計(jì)中縱斷面每隔600～800 m人為布置成一個高點(diǎn)，設(shè)置進(jìn)、排氣閥，確保管道安全。泄水閥布置在管線最低點(diǎn)，用以排除沉淀物及檢修時(shí)放空管內(nèi)余水。此外，需控制最高點(diǎn)與低點(diǎn)之間高差，控制在兩檢修閥之間整個管道放空后，這些低洼管段最多不過剩余管道直徑1/3高度的水，不影響檢修，既節(jié)省投資，又不致影響管道檢修。

3)管線橫斷面布置:橫斷面布置涉及管道埋設(shè)深度、管道基礎(chǔ)及溝槽回填控制。管道埋設(shè)深度應(yīng)根據(jù)冰凍情況、外部荷載、管材性能、抗浮要求及與其他管道交叉等因素確定。金鐘引水樞紐配套工程設(shè)計(jì)管頂埋深一般≥0.70 m;遇穿公路段管材可改用鋼管，覆土厚度≥1.0 m;遇穿河流管段應(yīng)根據(jù)水利部門提供的規(guī)劃河道斷面及沖刷深度設(shè)計(jì)，管道采用砌石護(hù)砌。管道基礎(chǔ)采用中粗砂墊層或級配砂碎石墊層，厚0.15～0.25 m。金鐘引水樞紐配套工程工壓高，溝槽回填要求對稱下料，分層夯實(shí)，均勻上升，特別是有拐角管段，壓實(shí)度不足難以承受管道產(chǎn)生的不平衡力，將產(chǎn)生位移，容易造成接頭漏水，故要求應(yīng)分區(qū)域嚴(yán)格按規(guī)范要求回填土壓實(shí)。金鐘引水管線涉及部分上埋式管道，應(yīng)注意兩側(cè)回填土寬度。管道水平中心線每側(cè)回填土寬度不得小于2倍管道外徑，在此寬度范圍，管頂以上500 mm區(qū)域內(nèi)回填土壓實(shí)系數(shù)≥0.9，且應(yīng)與其外側(cè)土的回填同時(shí)進(jìn)行。

4.3 管材安裝

PCCP管在斜坡區(qū)域安裝時(shí)，應(yīng)由下至上順序施工，先安裝坡底管道，再向上安裝坡頂管道，注意將管道的承口朝上，這樣做可以充分利用管道自重以便于安裝就位施工。采用機(jī)具吊裝下管盡量減少溝槽上機(jī)械的移動，起吊索具用柔性材料包裹，避免碰損管子。裝卸過程始終保持輕裝輕放的原則，嚴(yán)禁管道在管溝基槽內(nèi)的搬運(yùn)移動。吊車下管時(shí)還要注意吊車站位置溝槽邊坡的穩(wěn)定，有專人進(jìn)行監(jiān)測。管道安裝時(shí)，將剛吊下的管道插口與已安裝好的管道的承口對中，使插口正對承口。采用手扳葫蘆外拉法將剛吊下的管道的插口緩慢而平穩(wěn)地滑入前一根已安裝的管道的承口內(nèi)就位，管口連接時(shí)作業(yè)人員事先進(jìn)入管內(nèi)，往兩管之間塞入擋塊，控制兩管之間的安裝間隙在20～30 mm，同時(shí)也避免承插口環(huán)發(fā)生碰撞。特別注意管子順直對口時(shí)使插口端和承口端保持平行，并使圓周間隙大致相等。

4.4 管道接口處理與水壓試驗(yàn)

管節(jié)下槽前，逐根檢查管材和承插口有無損壞現(xiàn)象，確保承插口清理干凈，如有飛邊毛刺馬上進(jìn)行處理，以防劃破橡膠密封圈。膠圈套入插口凹槽之前先分別在插口圈外表面、承口圈的整個內(nèi)表面和膠圈上涂抹潤滑劑，膠圈滑入插口槽后，在膠圈及插口環(huán)之間插入一根光滑的桿(或用螺絲刀)，將該桿繞接口圓2周(兩個方向各1周)，使膠圈緊緊地繞在插口上，形成良好密封面。PCCP管對口完成后對每一處接口做水壓試驗(yàn)。在插口的兩道密封圈中間預(yù)留8mm螺孔作試驗(yàn)接口，進(jìn)出水螺孔供閉水試驗(yàn)時(shí)使用，據(jù)施工試驗(yàn)，其位置宜放在水平線以下45°左右。如放在底部，因施工中機(jī)具設(shè)備及施工人員的進(jìn)出會帶入土渣等雜質(zhì)，使進(jìn)水孔堵塞或進(jìn)入兩個膠圈中間的密封倉，從而使閉水通道堵死或形成氣阻，導(dǎo)致閉水試驗(yàn)不合格;如進(jìn)水孔位置太高，則閉水試驗(yàn)時(shí)操作不便。試水時(shí)擰下螺栓，將水壓試水機(jī)與之連接，注水加壓。接口的試驗(yàn)壓力值，根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定，取工作壓力加0.3 MPa，恒壓5 min，檢查接口無滲漏即合格。進(jìn)行下一節(jié)管道的施工后，仍需再做一遍前一節(jié)管道接口的閉水試驗(yàn)，以防止管道在安裝過程中操作不當(dāng)而引起前一節(jié)管道接口的松動，確保工程質(zhì)量萬無一失。

4.5 管材防腐處理

工程濱海段水土環(huán)境對鋼結(jié)構(gòu)、混凝土結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)腐蝕性，考慮PCCP管表面砂漿保護(hù)層本身是一種多孔材料，在生產(chǎn)過程中由于砂漿自身收縮開裂、干燥收縮開裂;在使用過程中由于環(huán)境腐蝕產(chǎn)生裂縫、受力產(chǎn)生裂縫;或由于基礎(chǔ)不均勻沉陷形成PCCP管承插口中灌漿砂漿開裂等威脅，使得PCCP管施工具有一定技術(shù)難度，而且對此類重要引水工程一旦爆管具有突發(fā)性、災(zāi)難性、無征兆等特點(diǎn)，其爆管帶來的不僅僅限于管道供水中斷，還可能引起公共安全事故。因此參照國內(nèi)外已實(shí)施的其他濱海PCCP管道施工管理，本工程重點(diǎn)對PCCP管保護(hù)防腐進(jìn)行處理。處理措施根據(jù)國標(biāo)《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》(GB/T 19685—2005)規(guī)范，PCCP管砂漿保護(hù)層厚度20 mm，同時(shí)基于天津水利科學(xué)研究院研究實(shí)驗(yàn)成果“保護(hù)層凈厚度由國標(biāo)規(guī)定的20～25 mm時(shí)，PCCP鋼絲的工作壽命由8 a延長至17 a，增加82%”而選定在國標(biāo)基礎(chǔ)上進(jìn)行砂漿加厚5 mm，外部混凝土防腐涂層全部采用環(huán)氧瀝青涂料。

5 施工質(zhì)量安全控制

工程至2011年開工建設(shè)以來嚴(yán)格把控工程質(zhì)量，執(zhí)行水利工程項(xiàng)目法人責(zé)任制、招標(biāo)投標(biāo)制、工程監(jiān)理制、合同管理制、項(xiàng)目驗(yàn)收制“五制”要求，作為省級重點(diǎn)工程，推行重點(diǎn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)化管理，施工過程嚴(yán)格按照事先設(shè)定好的工程設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，施工單位施工現(xiàn)場日志具有完整的施工操作依據(jù)，監(jiān)理單位質(zhì)量報(bào)告和質(zhì)量檢查記錄齊全，質(zhì)量監(jiān)督部門積極主動開展質(zhì)量檢查。

6 綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)

該工程作為長距離重力流輸水管道工程，擔(dān)負(fù)莆田經(jīng)濟(jì)社會生活發(fā)展供水任務(wù)，對建成通水后的科學(xué)管理調(diào)度水平提出了極高要求。為全面實(shí)時(shí)掌握工程沿線取水流量、供水管壓力變化情況，保證供水安全、降低供水能耗，需要隨工程建設(shè)同步開展綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)，建立計(jì)算機(jī)供水管網(wǎng)模型，形成集監(jiān)測、控制與智能決策功能為一體的數(shù)據(jù)平臺，同時(shí)在取水口布置流量計(jì)，在管線沿路檢修閥井及流量計(jì)井設(shè)置壓力變送器，隨輸水管沿線裝設(shè)壓力、流量傳感器將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸回處理中心分析以達(dá)到科學(xué)調(diào)度供水目標(biāo)，顛覆了原來依靠人工經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行供水調(diào)度管理格局，成為莆田供水工程科學(xué)調(diào)度的先驅(qū)，也為多水源聯(lián)合調(diào)度供水和水利信息化打下了基礎(chǔ)。

7 結(jié)語

該引水配套工程2011年底開工，計(jì)劃2014年底前全面竣工通水，作為具有典型特征的引調(diào)水基礎(chǔ)工程，工程在建設(shè)中遇到的土方開挖回填、管材選用與防腐處理、施工質(zhì)量控制、未來綜合調(diào)度自動化系統(tǒng)實(shí)施等對類似工程具有借鑒意義。本文僅從上述方面進(jìn)行概述，實(shí)際工作中遇到的問題是非常復(fù)雜多樣的，要求設(shè)計(jì)、施工、管理人員必須在對工程項(xiàng)目有著充分了解的基礎(chǔ)上予以解決，才能夠最大限度的保證工程安全，實(shí)現(xiàn)科學(xué)調(diào)度。

［1］莆田金鐘水利樞紐引水配套工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.莆田:莆田市水利水電勘測設(shè)計(jì)院，2009.

TV672

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1007－7596(2014)07－0171－03

2014－06－09

黃驍男(1985－)，男，福建泉州人，助理工程師，