三峽花苑水源熱泵中央空調取水工程施工方案研究

蔡 廣 氈

(中國葛洲壩集團三峽建設工程有限公司，湖北 宜昌 443002)

1 項目背景

三峽花苑小區水源熱泵中央空調系統是為了響應國家節能減排、綠色低碳的戰略部署，推進宜昌市可再生能源在建筑領域的應用示范而投資建設的。作為湖北省和宜昌市可再生能源建筑應用節能示范項目，系統是利用相對大氣溫度更為穩定的沙河及黃柏河水體(夏季最高溫度24 ℃，冬季最低溫度12 ℃)，夏季作為制冷系統的優質冷卻水源，冬季作為制熱系統的低位熱源。

2 取水工程概況

本工程含黃柏河清淤河道、取水口欄柵、取水管道、集水井、能源站等，設計引水流量按空調系統最大需水負荷并考慮遠期裕量2 000 m3/h計算，沙河水源通過取水口進入管道，取水口高程低于庫區水位4.92 m，引水線路中途設置一處龍抬頭斜管段，整段均為有壓引水，整段根據河床及地勢采用拖管加明挖埋設方案，管道出口設置電動閥門，引水線路終點為集水井，水流進入集水井后，由空調機組取水泵在此取水。

根據工程現狀地形及平湖旅游碼頭的遠景建設方案，本項目的取水口僅能在沙河河口范圍內選取，既要滿足引水水量、水質要求，也避免對游船碼頭運營造成影響。引水線路方案穿過夜明珠大橋、三峽高速專用公路大橋以及即將修建的BRT公路橋等建筑，在沙河右岸臺地上設置能源站。鑒于取水點的水質特點，本項目管道選用PE水管，利于安裝，進度快，總體費用低。能源站設置在沙河河口上游260 m處的臺地上，空調機組與三峽花苑小區之間的管道為生活熱水管和空調回水管。生活熱水管為一組，共2根，管徑均為DN250 mm；空調回水管為一組，共2根，管徑均為DN450 mm；2組水管均采用沿道路淺埋方式鋪設，遇其他部門管線時繞行布置。

3 取水工程施工方案

工程主要包括土石方明開挖施工、過路頂管施工、河道淤泥開挖施工、取水口施工、河道清淤、PE管道安裝等施工內容。在三峽專用高速橋側設置頂管工作井，工作井至能源站集水井采用陸域明挖混凝土套管，工作井至沙河駁岸采用頂管穿越三峽專用高速橋梁，沙河駁岸至取水口河道明挖淤泥施工，引水管道材質仍采用PE800取水管，陸域明挖段和地下頂管段因埋深9 m，增加混凝土套管，解決PE管道的承壓問題。

3.1 陸域能源站集水井至工作井段明挖方案

為穿越三峽專用高速高架橋的頂管施工，將頂管工作井設置于能源站集水井沿沙河路靠朝陽路方向70 m處。從工作井至能源站集水井的引水管線采用明挖，因陸域管線標高要求，管線埋深達地下9 m，因此該段陸域明挖埋管管線采用DN1 200鋼筋混凝土套管內安裝設計的DN800的PE管。因該開挖地段靠沙河路地下滲水嚴重，不具備深度開挖的條件，采用鉆孔注漿實行止水。鉆孔深度大于開挖深度，鉆孔口徑DN125。孔距1 m，注漿慮管為DN100 PVC塑料管，注漿管為DN32 PVC塑料管。因該開挖地段靠變電站為硬度等級達94%以上的礫巖，因此采用二臺大功率的挖掘機交替作業，一臺啄巖石，一臺挖掘。開挖溝槽達到設計標高后，將溝底整理平整，鋪設DN1 200的三級鋼筋混凝土套管，管接頭除安裝止水膠圈外，另使用水泥砂漿填縫處理。

3.2 陸域工作井至沙河岸邊穿越高速頂管施工方案

在公路側設置頂管工作井，工作井采用鋼沉箱制作安裝尺寸為5 m×4 m×9 m，選用DN1 200的混凝土管采用地下頂管方式穿越三峽專用高速公路高架橋作為三峽花苑水源熱泵集中供冷供暖系統熱源水的部分引水套管，長度約55 m，引水管材為PE800管。主要工序流程：現場查勘→施工方案設計→測量放線→工作井施工→降水井施工→設備安裝→頂管施工(降水同步)→接頭處理→設備拆除。管道頂進時應遵照“先挖后頂，隨挖隨頂”的原則，應連續作業，盡量避免中途停止，在管道頂進中，發現管前塌方，后背傾斜、偏差過大或油泵壓力表指針驟增等情況，應停止頂進，查明原因，排除障礙后再繼續頂進。

3.3 沙河河床段明挖埋管施工方案

根據工程實際情況，擬在沙河河道內設置上下游擋水圍堰。圍堰頂部高程為66.0 m，上寬3 m，迎、背水面1∶1.5放坡，圍堰采用河床混合料填筑、粘土心墻防滲、干碼石護面。為確保施工期間沙河河水能正常通行，設置一條DN1 200混凝土管導流管道，經核對導流管在流速1 m/s的情況下，導流流量可達4 000 m3/h，在不受暴雨的影響，可滿足沙河上游一般來水條件下的過流要求。圍堰施工完成后對河底進行清淤，淤泥采用運輸車運至指定地點堆放。清淤完成后進行管道溝槽開挖工作，管道溝槽開挖嚴格按施工圖紙放線，測量、挖臨時排水溝、開挖、整修邊坡、基底管道預埋、基槽回填施工順序進行施工。

在開挖過程中注意基槽邊坡的穩定性，采用人工配合挖掘機開挖，避免超挖情況發生，控制開挖土方的堆高，以免發生塌方，余土運至安全處堆放。施工過程中應精心組織，確保施工質量及施工安全。在沙河臨時泄水管安裝完畢后，立即進行引水管管道施工。將施工區域內河床淤泥清除。用1.2 m3挖機裝車，斯太爾大型運輸車運至指定地點卸料，按施工圖紙放線、測量、挖臨時排水溝、開挖引水管基槽。該段引水管是頂管出口至能源站進口的管道主干管道。長約80 m，上部開挖10 m寬，底寬2 m，深度按圖紙標高嚴格測定開挖深度，開挖至設計管道底標高上20 cm～30 cm時，采用人工清底至設計標高。引水管管道安裝完畢后進行回填。回填過程中嚴禁挖掘機在回填土上行走，應分層回填夯實。主引水管管道安裝完畢后，將臨時泄水管道進行拆除。臨時泄水管道拆除之前對引水管安裝進行驗收，驗收合格后拆除上下游圍堰疏通河道，將DN1 200泄水管拆除，對其他設施進行恢復原貌。

3.4 黃柏河取水口施工方案

取水口采用沿黃柏河碼頭垂直線與夜明珠中橋橋墩延長線設置圍堰，在圍堰上鉆孔注漿、再進行鋼沉箱的施工方案。圍堰底層寬度5 m，上層寬度2 m。鉆孔深度大于取水口深度，鉆孔口徑DN125。孔距1 m，注漿慮管為DN100 PVC塑料管，注漿管為DN32 PVC塑料管。

取水口開挖深度達到設計深度后，澆筑混凝土支座固定取水管頭部，安裝不銹鋼攔污格柵。

取水口安裝完工后進行河道清淤。

3.5 黃柏河河道清淤施工方案

取水口安裝完工后，將圍堰拆除，將鋼沉箱吊起。租賃挖泥船對河道進行清淤，以保障長60 m，寬25 m的河道清淤達到56 m的設計高程。

4 安全文明施工、環保措施及防汛措施

一是建立各級人員安全生產責任制度，明確各級人員的安全責任。二是抓制度落實、抓責任落實，定期檢查安全責任落實情況，及時處理。三是制定人工頂管、河道挖掘及清淤等施工方案的應急預案。四是取水系統工程在枯期施工期間，對防汛搶險的影響有限，考慮至枯水期不可預見的超標準洪水的不利影響，制定相應的施工期超標準洪水防治預案。

5 工期安排

考慮環保政策及汛期原因，汛期河道內不能施工，取水段工程于2018年10月15日汛期后開工建設，至2019年2月竣工，工期4個月。

6 結語

通過對取水工程施工方案的分析研究及實施情況跟蹤，確保實施過程中施工方案可行，施工安全有保障，工期滿足投入運行要求，有助于推進整個三峽花苑水源熱泵中央空調系統建設，為水源熱泵技術提供示范，不論從宏觀還是微觀上均有良好的推廣前景。