南水北調來水調入密云水庫調蓄工程PCCP管道施工難點分析

孫乙升+付勝男

摘 要：南水北調調入密云水庫調蓄工程pccp管道段由雁棲泵站起始至溪翁莊泵站，線路長21.98km，設計流量10m3/S，可正反雙向輸水，管道為單排PCCP管，管徑DN2600，單管長6m，最大重量40t左右，本文以13標段管道施工為例，對土方開挖、管道安裝、特殊部位處理等環節入手，對施工方案技術進行了詳細敘述。

關鍵詞：南水北調；PCCP管道；重點環節；質量控制

1 工程概況及實施必要性

南水北調來水調入密云水庫調蓄工程是考慮在南水北調中線來水進京后，為有效利用多余調水，回補北京地區地下水虧空和改善密云水庫庫水位逐年下降的趨勢而建設。工程以京密引水渠為載體，通過泵站加壓向上游打水來完成調水工作。其中第八級泵站（雁棲泵站）至第九級泵站（溪翁莊泵站）之間為直埋式pccp管道施工段。管道線路總長21.98km，設計正向（向上游輸水）流量10m3/s，并且可由密云水庫輸水隧洞通過管道以重力流形式反向引水（向下游輸水），輸水流量約10m3/s。工程采用單排預應力鋼筒混凝土（PCCP）輸水管道，管道直徑2.6米，單管長6米，最大重量40t左右。本文就管道施工13標段為例，對工程重點環節的施工方案進行簡要介紹。

2 工程具體內容

具體內容包含：溝槽土石方開挖與回填、管基處理、穿公路淺埋暗挖、PCCP管安裝（含鋼管件安裝、管道電連接跨接片安裝、暗挖洞內管道安裝、管道接口縫處理等）、PCCP管包封（含鎮墩）、管線附屬建筑物（排氣、排空、檢修蝶閥井等）、河道（渠道）護砌、觀測儀器埋設安裝、水機設備采購安裝及調試、電氣一次設備材料的采購安裝及調試、沿線MCU設備及太陽能架桿安裝基礎和手井、水壓試驗、巡線路、溝槽兩岸施工道路、社會道路交叉繞行輔道、施工導流與降水等。

3 施工部署方案分析

本工程由京密引水渠首龔莊子閘下游約1900米處起始，由左堤路正下方埋設，并在渠首下游測流橋處橫穿京密引水渠，經右堤路，穿過1號發電站，沿密云水庫調節池西側堤防外一直向上進入溪翁莊泵站，施工期間需要對京密引水渠停止引水，停水時間只有4-5個月，在這么短時間內要完成全部水下部分工程，難度很大，工期非常緊張，為了充分利用時間、空間，力爭資源分配合理，在確保工程質量和總工期要求的前提下，將該標段分成三個施工段，按順序依次施工，以方便管理，避免施工相互干擾，每個施工段約1800米，每個施工段又向下劃分出3個小管段，每段約600米。

4 土方開挖難點分析

本標段輸水管道開挖深度5-9.5m，上開寬12.5-24m，地基寬度5m。地勘顯示開挖范圍內未揭露地下水，場區地質結構較簡單，主要由第四系全新統沖洪積地層組成。經測算土方開挖量為198124 m3，卵礫石開挖量為501069 m3，中粗砂開挖量7266m3，開挖總量為706559 m3。

4.1測量放線

根據現場實際情況，先實測地形并按設計開挖斷面將開挖坡頂、坡腳線撒石灰標線，以保證開挖基坑斷面尺寸，避免超挖、欠挖，并為土方工程計量提供原始依據。結合本工程地質情況，為確保邊坡穩定，按照施工圖要求放坡，地表植被清理范圍為最大開挖邊線外側5m。

4.2一般地段開挖

本工程基槽開挖土體主要為第①層碎石填土、②層粘質粉土、③層卵石、局部為細砂，卵石邊坡易掉塊坍塌，擬定臨時開挖邊坡值為：碎石填土1：1.25、粘質粉土1：1.00、細砂1：1.25、卵石1：0.75～1：1.00。并在溝槽上設置截水溝，防止雨水對邊坡的沖刷。

開挖深度在6m以內時，挖掘及吊裝工作都可地面臨時路上進行；開挖深度在6m以下時，在溝槽深6m位置兩端分別設置8m的臨時通行道路及1.5m的挖掘操作平臺，160t吊車可在8m臨時通行道路進行管道吊裝。為確保邊坡穩定，在6m以下開挖分兩步進行：第一步，在控制好上口開挖線的前提下，放緩坡開挖，深3m，確保自卸汽車能夠迅速出土；第二步，挖掘機按1：1比例修坡，并開挖至設計高程上30cm，最后人工開挖至設計高程。

4.3特殊地段土方開挖

樁號16+500～17+730段管道開挖面左側為京密引水渠，右側與君山別墅圍墻平行，管中心線距圍墻最短處約5m，但設計挖開深度為9.5m，按1：1放坡，不能正常施工。如對君山別墅征地，拆遷成本過高，故將右側開挖邊坡進行調整為1：0.3，開挖上口具圍墻底邊50cm。對圍墻以下邊坡采取土釘墻的防護措施，土釘規格Φ22，水平間距1.5m，豎直間距2m，土釘長4m，孔內灌注水泥漿。坡面掛Φ6鋼筋網（200*200），噴射5cm豆石混凝土。將京密引水渠左側內坡拆除6米，整平出8米寬作為臨時施工道路，且6米以下渠坡深度滿足臨時輸水時的輸水流量要求。

5 管道安裝施工

5.1方法選取

本工程的PCCP管道直徑大、單管較重，PCCP管的下設及安裝是本工程的重點，管道對接成功與否，直接決定了通水運行的穩定性。根據以往大直徑PCCP管道下設安裝經驗，通常有外推法、外拉法及內拉法三種施工方案。前兩種方法有著安裝精度不高、容易對橡膠密封圈、管子外縫、外管壁造成損壞的缺點，且PCCP管外壁噴涂環氧煤瀝青防腐涂料不允許有劃傷，綜合考慮后，確定內拉法（采用液壓張拉工具及手拉葫蘆）安裝，內拉法現在的安裝技術已經相當成熟，安裝效率快，對接精確、穩定，有利于確保施工進度和施工質量。

5.2管道對接安裝

明挖溝槽的PCCP安裝順序如下：a安裝前的準備；b墊層的修整；c焊接管道插口上的接線片；d安裝橡膠密封圈；e管道就位；f管道安裝對接；g第一次接頭打壓檢驗；h第二次接頭打壓檢驗；i相鄰管道間電連接；j外部接縫灌漿封堵；k管溝回填；l第三次接頭打壓檢驗；m封堵管道的內接縫。施工過程中，要做好每個環節的準備、操作工作，可以說這是整個工程能夠順利運行的重中之中，一旦出現差錯，小的隱患將會造成大的事故，對將來的維修也極為不利。

6 穿密關路段淺埋暗挖段施工特點。

穿密關路段（YX21+666～YX21+736），采用淺埋暗挖施工方式，該段為卵石均一結構，全新統沖洪積卵石層厚度大于10m。管身段土體以卵石為主，卵石中局部含漂石，分布不均勻，本段洞體圍巖類別屬V類。圍巖自穩能力差，易發生掉塊及坍塌現象，難以形成自然應力拱。

施工中加強支撐體系，做好圍巖支護和圍巖加固保護工作，同時對道路變形情況進行監測，利用監測的反饋信息，動態調整施工方法。嚴格按照淺埋暗挖“管超前、嚴注漿、短開挖、強支護、早封閉、勤量測”的原則進行施工。

7 土方回填過程中的質量控制

7.1管道回填質量控制

管溝土方回填質量對管道供水安全至關重要， PCCP管溝回填遵守分區控制的原則。按設計要求，回填由下到上共分為五個區，每個回填區域的土料類型、下料方法、壓實機械各不相同，均有嚴格的要求和控制標準。此外管溝回填盡量避開冬季和汛期，與管道安裝交叉進行，除墊層回填外，其他五區在管道安裝20～40根后回填一次，回填土料原則上全部利用開挖料，砂礫料利用開挖料機械篩分。由專業工程師在每個區實驗點每隔一定距離取樣做最小壓實度試驗，合格后方可進行下一道工序。

7.2鎮墩后背回填質量控制。

彎頭鎮墩在管道充水運行后，承受著巨大的水壓力，此壓力主要靠鎮墩自重及其后背的土體來承受，首先確保鎮墩后背土體為未擾動原狀土，其次，縮短鎮墩基槽開挖與混凝土澆筑的時間差，防止基槽卸載后土體反彈，降低鎮墩基礎和后背土體的承載力，造成安全隱患。

8 結論

pccp管道依靠良好的性能，已成為各大輸水管線工程中的常用材料，施工技術的日趨成熟，也在實際作業中得到很好的應用和完善，南水北調水也將在不久的將來入到密云水庫，為促進北京水資源可持續發展，提供有力保障。