運河水文站水位臺連通管頂管施工方法

李 涌 吉文平 周 倩

(江蘇省水文水資源勘測局徐州分局，江蘇徐州 221006)

水位臺是江、河、湖、庫水位觀測設(shè)施，按其建設(shè)位置分為島式、岸式、島岸結(jié)合式。水位臺連通管一端連通測井，另一端連通河道水體，是保證測井和河道水位一致的裝置[1]。按照規(guī)范，水位臺應(yīng)觀測到歷史最低水位以下0.5 m，連通管埋設(shè)深度應(yīng)在歷史最低水位以下至少0.5 m。最低歷史水位可遇不可求，往往施工水位很高。水位臺施工最大難點是埋設(shè)連通管，不僅水深，而且經(jīng)常遇到不良地質(zhì)，如流沙、淤泥、松散土壤等。連通管的施工方法常規(guī)采用圍堰法，在欲鋪設(shè)連通管的位置填筑圍堰，然后開挖溝槽，鋪設(shè)連通管，最后拆除圍堰。水位臺是一種體量很小的水利建筑工程，圍堰和地基處理投資往往占總投資比例很大，施工難度大，施工工期長。運河水文站水位臺連通管首次采用頂管法施工，節(jié)約了大量資金，減少了施工難度，保證了施工工期。

1 運河水文站水位臺基本概況

1.1 中運河 中運河是京杭運河江蘇段的北段，北起蘇魯界與韓莊運河相接，南至江蘇省淮安市楊莊與里運河相連。中運河全長165.8 km，分別承擔(dān)著沿岸江蘇省徐州、宿遷、淮安3 市的行洪、灌溉、供水、航運等任務(wù)。同時，中運河也是南水北調(diào)東線的骨干輸水河道之一，承擔(dān)著東線洪澤湖—南四湖段的主要輸水任務(wù)[2]。在徐州市境內(nèi)，中運河除承泄區(qū)間洪水外，還要承泄南四湖以上經(jīng)南四湖調(diào)節(jié)下泄的洪水，另外還要下泄沂河通過邳蒼分洪道分入的洪水，沿線除不牢河和邳蒼分洪道匯入外，還有陶溝河、老西泇河、城河、官湖河、房亭河及民便河等支流匯入。

2.2 運河水文站 運河水文站是國家基本水文站，建于1950年6 月，站址位于徐州市邳州市西郊，東隴海鐵路中運河大橋上游約100 m 處，相對位置如圖1 所示。基本測流斷面寬989.00 m，其中中泓寬約200 m。運河水文站實測歷史最高水位26.42 m（廢黃河口基面）、最大流量3 790 m3/s。運河水文站測流斷面測控著上游南四湖、邳蒼分洪道及區(qū)間來水下泄到駱馬湖的水量和南水北調(diào)東線北上水量。運河水文站水位臺建于1997 年，位于中運河中泓左岸，岸式，連通管安裝高程21.50 m，因水位經(jīng)常低于連通管高程，進(jìn)而影響了該站水位記錄的可靠性及完整性。《沂沭泗河水系重要省界斷面水資源監(jiān)測8 處水文站改造項目》批復(fù)了運河水文站水位臺改造工程，水位臺在原址拆除重建，連通管安裝高程19.50 m，長度25.0 m，設(shè)計施工水位23.0 m，經(jīng)改建后的水位自記臺水位監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠性、完整性大幅度提高。

圖1 運河水文站位置圖

2 運河水文站水位臺連通管頂管施工方法

2.1 連通管的選擇 連通管一般需滿足3 個因素，即泥沙淤積、滯后量、施工要求。①泥沙淤積有2 個原因。一是水流泥沙含量過大，水位上升時混著水流進(jìn)連通管，連通管內(nèi)流速小，會在管口附近產(chǎn)生淤積；二是河床不穩(wěn)定，水流沖刷河床帶走大量泥沙，在滿足淤積的地方下沉，使連通管淤塞。本工程為了避免連通管淤塞，在測井內(nèi)安裝了沖淤裝置，當(dāng)連通管淤塞時可定期進(jìn)行沖淤，因此本工程不著重考慮連通管淤積問題[3-4]。②滯后量的計算依據(jù)《水位觀測平臺技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》（SL384-2007）[5]。“標(biāo)準(zhǔn)”中規(guī)定了滯后量的計算方法和計算公式。運河水位臺連通管選擇直徑0.266 m 管道，計算滯后量為0.012 m，而規(guī)定滯后量小于0.02 m，滿足規(guī)范要求。③連通管的施工。如果是開溝埋設(shè)，一般選擇硬聚氯乙烯（Unplasticized Polyvinyl Chloride， 簡稱UPVC） 材質(zhì)的管道。這種管道內(nèi)壁光潔，摩阻系數(shù)小，便于清理，在不接觸空氣和光照的情況下，耐老化性能強(qiáng)。本工程連通管采用頂管法施工，連通管有足夠的強(qiáng)度和連接車絲的要求，選擇了壁厚10 mm 的無縫鋼管。

2.2 頂管施工方法 頂管施工是繼盾構(gòu)施工之后而發(fā)展起來的一種地下管道施工方法[6]，最顯著的優(yōu)點是在施工過程中不需開挖面層，且能穿越公路、鐵路、河川、建筑物及各種地下管線等。頂管施工技術(shù)原理一般均是垂直于地面做工作井，然后用高液壓千斤頂，將水泥或鋼制管道頂入地下。其優(yōu)點包括施工周期較短、工程造價低、操作簡單等[6]。運河水文站水位臺連通管頂管施工方法主要是將管道從測井內(nèi)頂出，一直頂至河道內(nèi)，連通管頂管施工圖如圖2 所示。頂管施工過程包括測井施工、液壓機(jī)和千斤頂安裝、頂管施工、拆除連通管頂端蓋板。

圖2 連通管頂管施工圖

（1）測井施工。運河水位臺測井為鋼筋混凝土預(yù)制管，直徑1 m，井口高程27 m，井底高程19.00 m，沉井法施工。在井壁上連通管的位置預(yù)留頂管孔，孔的對側(cè)為千斤頂位置，在此位置的鋼筋混凝土預(yù)制管增設(shè)鋼筋，以增加預(yù)制混凝土管強(qiáng)度。

（2）液壓機(jī)和千斤頂安裝。由于測井內(nèi)空間有限，因此需把液壓機(jī)安裝在井外空地上，用液壓管連通千斤頂，用膨脹螺絲把千斤頂橫向固定在頂管位置的井壁上。

（3）頂管施工。根據(jù)測井內(nèi)空間情況和千斤頂伸縮長度，把鋼管截成0.6 m 一根，管兩端車外絲，節(jié)與節(jié)之間用接頭連接，接頭是內(nèi)車絲的鋼管，壁厚10 mm。頂管施工開始時要將第一節(jié)鋼管水平放置，并將其水平頂進(jìn)，且需注意之后的幾節(jié)鋼管前進(jìn)方向是否發(fā)生水平偏差，如發(fā)現(xiàn)水平偏差應(yīng)及時調(diào)整。一般情況下，在鋼管頂進(jìn)3 m 后，水平偏差將不再發(fā)生。

（4）拆除連通管頂端蓋板。在頂管施工過程中，頂管前進(jìn)端口應(yīng)放置1 個半球形蓋板，以防止在頂管施工過程中泥沙進(jìn)入管內(nèi)。頂管施工結(jié)束后將蓋板拆除，河道的水由鋼管流進(jìn)測井。拆除蓋板的方法是，向測井內(nèi)注水，當(dāng)測井內(nèi)水位高于測井外水位時蓋板自動脫落。

3 結(jié)語

水位臺連通管采用頂管方法施工較圍堰施工有明顯的優(yōu)點，只要掌握關(guān)鍵點，成功概率大，值得推廣。實際施工過程中，應(yīng)根據(jù)經(jīng)驗合理選擇液壓機(jī)，若在沙質(zhì)土壤管道長度10 m 以內(nèi)，可選擇20 t 液壓機(jī)；若運河水文站連通管較長，頂管地質(zhì)是黏土，則可選擇45 t 液壓機(jī)。此外，掌握管道前進(jìn)方向是頂管施工的技術(shù)難點，頂管施工初始階段速度要慢，以便及時矯正方向，一旦管道進(jìn)入土壤3 m 后，方向即可基本確定。