大管徑PCCP管道交叉穿越方案比選研究

王 冬

(遼寧省水資源管理集團有限責任公司，遼寧 沈陽 110003)

1 概況

預應力鋼筋混凝土管(PCCP)是一種復合管材[1]，具有高密封性、高強度、高抗滲性的技術特征[2]，其制造和安裝技術發展很快[3]，且均已成熟[4]，已經全面地應用到了我國長距離輸水工程中[5]，大管徑PCCP管道安全和質量控制，也是“十一五”科技研究的重要內容[6]。

遼寧省某重點輸水工程為一項大型跨流域調水工程，主要由水源工程和輸水工程兩大部分組成。其中輸水工程管線部分施工項目主要包括PCCP管、鋼管、管道陰極防腐、各類閥井、過河、過路等。

本施工段主管道為4根DN3200的PCCP管或鋼管，施工至樁號GC120+550處將穿越國電康平電廠水源管道，呈52°斜交，如圖1、圖2所示。穿越處為四管同槽，從康平電廠水源管道下方倒虹式穿越，管頂埋深為6.3m。康平電廠水源管道為1條DN1200的PCCP管，管頂埋深2.2m。此處地質情況：頂部為耕植土，雜色，埋深0.3～0.9m；上部為粉質黏土，黃褐色，潮濕可塑，層底埋深8.0～9.6m；底部為全風化安山巖，灰綠色呈砂狀，中密狀態。設計開挖邊坡坡比：一側(動載)為1∶1.50，堆土一側(靜載)為1∶1.25。

圖1 穿越康平電廠水源管道平面圖

圖2 穿越康平電廠水源管道縱斷面圖

2 穿越方案介紹

經反復研究，定以下三種可能的穿越方案。方案一：水源管道改線方案，如圖3所示；方案二：下部支撐方案，如圖4、圖5所示；方案三：頂管方案，如圖6所示。

2.1 水源管道改線方案

2.1.1總體設計

(1)將電廠水源管道永久改線到某重點供水管道GC120+637.1管頂。

(2)及時對安裝的管道進行回填[7]，然后在GC120+637.1某重點供水管道管頂修建電廠水源管永久改線段，改線段全部施工完成后再與原水源管線閉合。改線段水源管道采用DN1200鋼管，在轉彎處設計混凝土鎮墩。

(3)改線的水源管道焊接、防腐、回填完成和混凝土鎮墩完成后，電廠水源管道停止通水，將水源管道放空。再將原水源管道拆除，將改線管道與原水源管道聯接，在最短時間內恢復水源管道通水。

(4)將穿越處的原水源管道拆除，供水管道正常施工。

圖3 改線方案示意圖

2.1.2費用分析

改線方案的預算費用為2107368元，詳見表1。

表1 穿越電廠水源管道方案1(改線方案)施工費用分析

2.2 下部支撐方案

2.2.1總體設計

電廠水源管道正常運行。在電廠水源管道下方采用灌注樁和縱橫梁系統對電廠水源管道進行有效支撐。

(1)在電廠水源管道兩側設計兩排灌注樁，灌注樁深入到管槽基底以下10m，灌注樁頂比電廠管道底部低0.7m。為減少地基擾動，方便施工，灌注樁計劃在地面上施工，屆時樁頂端有一部分為空樁，不澆灌混凝土。

(2)在灌注樁頂平行于電廠水源管道澆筑混凝土縱梁，在電廠DN1200、PCCP管道底部分段澆筑支撐橫梁，橫梁兩端支撐在縱梁上。最后，灌注樁、混凝土縱梁和橫梁形成一個支撐系統。

(3)等縱梁和支撐橫梁混凝土強度達到之后，進行供水管道穿越施工。

圖4 下部支撐方案示意圖

2.2.2費用分析

方案二的施工費用預算總額為2102381元，詳見表2。

表2 穿越電廠水源管道方案2(下部支撐方案)施工費用分析

2.3 頂管方案

2.3.1總體設計

頂管為內徑4m、外徑4.8m的PCCP管，頂管長度39m。某重點輸水工程GC120+471.505～GC120+666.310段通水管道改用鋼管。為保證頂管施工安全距離，某重點供水管線間距設計為13m。管線在穿越前拉開距離，穿越后再回歸到原設計軸線上。

圖5 下部支撐方案剖面圖

工作井和接收井均采用沉井方案。在地面上分層向上澆筑工作井和接收井。井的澆筑按B線→D線→A線→C線的順序依次進行，接收井和工作井同時施工。井整體澆筑完成后，在井內開挖，將井沉到設計位置封底，進行頂管施工。在工作井內進行鋼管的組裝焊接，完成一節向頂套管內移動一節，直至鋼管到達接收井內。在頂套管的端頭將鋼管與頂套管間的空腔進行封堵，注入水、泥漿。開挖井上下游管槽，對上下游井壁管道部位進行拆除。

圖6 頂管方案示意圖

2.3.2費用分析

頂管方案施工費用預算總額為11780391元，詳見表3。

3 穿越方案比較分析

電廠水源管道改線方案，工期約50d，可比性投資210.7萬元。此方案的優點是工期最短，費用較少，施工簡便且便于管理。缺點是需要將康平電廠水源管道停水和放空。穿越處水源管道為其管線最低點，與上游落差33m，附近水源管道未設置閘閥，需放空段長度約為9km，放空水量約為10179m3。管道輸送的是沈陽市的污水，無處排放；另外康平電廠水源管道僅此一條，無備用水源，停水將造成電廠巨大的經濟損失。

表3 穿越電廠水源管道方案2(下部支撐方案)施工費用分析

下部支撐方案，工期約80d，可比性投資210.2萬元。此方案的優點是工期滿足進度要求，費用較少。缺點是施工管理難度較大，因為電廠水源管道輸送的是沈陽市的污水，同時這條管線是電廠的唯一水源，容不得發生泄漏事故。另外，此段地質條件復雜，地下水豐富。當然為了克服缺點，需要加強排水和施工管理。

頂管方案，工期150d，可比性投資1178萬元。頂管方案最主要的優勢是施工安全，對電廠水源管道幾乎不產生擾動。但是工期長、費用大，無法保證合同工期完成。

綜合上述邊界條件，選擇下部支撐方案。

4 下部支撐施工技術要點

灌注樁施工：為加快施工進度，減少對原管道的影響，灌注樁施工在原地面進行。設計了17根灌注樁，灌注樁直徑80cm，樁長12m。灌注樁采用反循環回轉鉆機進行造孔，25t汽車吊垂直起吊鋼筋籠，分節焊接成整體入孔(鋼筋籠在鋼筋加工廠按起吊高度分節制作運至現場)，混凝土在拌和站集中拌制，混凝土罐車水平運輸，混凝土直升導管法澆筑灌注樁混凝土。

施工降水：為確保穿越施工始終在干地進行，邊坡穩定不易發生塌方[8]，在管槽兩側上開口線外2m各打1排降水井。管槽降水區以水源管道為中心，長度計劃100m，根據計算結果，每7m布設1眼鉆井，每側布設14眼降水井。施工中根據降水效果適當調整。開挖時注意對降水井的保護。

水源管道開挖：水源管道1m范圍內用人工開挖，為避免坍塌，需用鋼板樁支護。挖至管腰時，開始掏空管道下部，尤其注意保護所有接縫處的原狀土不予開挖、留作支撐。掏空處支護模板，澆筑混凝土橫梁和縱梁。

水源管道回填：某重點輸水工程穿越施工完成后，進行回填，回填至康平電廠高程時，電廠水源管道采用中粗砂回填，從管底懸空部位至管頂采用水撼砂，按試驗確定的碾壓參數逐層壓實，以避免沉降。

5 結語

近幾十年來，為改善用水環境，大型輸調水工程在全國大量興起，而PCCP作為重要輸水管道被廣泛應用[9]，同時交叉穿越工程變成了重要課題[10- 11]。以實際工程為例，通過研究大口徑PCCP穿越PCCP的各個比選方案，選用下部支撐方案，同時總結和論述了下部支撐方案的施工技術要點。穿越施工克服了地質條件復雜、施工管理難度大等困難，實際工期75d，投資210.2萬元，完工至今近3年，運行良好，為我國大口徑PCCP穿越PCCP積累了寶貴經驗。同時要注意到，交叉穿越仍然是一個重要課題，筆者未對施工管理展開研究，而完善的現場管理體系也是保證工程順利完成的關鍵[12]。