引江济汉穿湖段施工导流工期优化技术研究

冯致海

(中国水利水电第七工程局有限公司第六分局，四川双流 610225)

1 工程概述

南水北调中线一期引江济汉工程渠道4标施工内容包含桩号18+947～27+050段长8.103 km的干渠(其中21+500～22+900为穿海子湖段)，澎湖电排渠倒虹吸(桩号19+113)、海子湖倒虹吸(桩号22+280)、鲁垱河倒虹吸(桩号25+620)及金结设备安装工程、临建工程。引水干渠按1级建筑物设计，干渠上的跨渠倒虹吸等主要建筑物亦按1级建筑物设计，倒虹吸的进出口连接建筑物、消能防冲设施等次要建筑物按3级建筑物设计。根据《水利水电工程施工组织设计规范》SL303—2004 表3.2.1、3.2.6 的规定，相应的临时导流建筑物为4级，当采用土石围堰时，洪水标准为20～10年一遇。

南水北调中线一期引江济汉工程渠道4标土方填筑完成节点工期为25个月，土方填筑沉降半年后方可开始混凝土衬砌施工，亦即31个月后才能开始施工最后一段完成填筑的渠坡混凝土衬砌，渠坡混凝土衬砌完工工期为33个月(沉降半年，衬砌同步推迟两个月)。与招标技术要求27个月完成渠道混凝土衬砌滞后工期6个月。与合同工期30个月完工相矛盾。

2 施工导流原设计工期

穿海子湖段施工导游原设计工期分为两期:一期施工为渠道22+200－22+963(含海子湖倒虹吸一座);二期施工为渠道21+500－22+200。穿海子湖段原设计工期为:2011年9～11月10日完成穿湖段一期围堰填筑及基坑清淤清理工作，2012年4月26日前完成海子湖倒虹吸施工，汛前海子湖内渠堤填筑至渡汛水位高程31.83 m以上。2012年10～11月16日完成穿湖段二期围堰填筑及基坑清淤清理工作，至2013年4月30日土方填筑完成，2013年6月30日混凝土全部浇筑完成。由于招标文件技术要求“土方填筑沉降半年后才能进行混凝土施工”与招标文件工期要求相矛盾，故招标要求工期无法按时完成。

3 施工导流工期优化

海子湖倒虹吸位于长湖中，其导流标准与穿湖段填筑一并考虑(不单独考虑)。海子湖倒虹吸设计过流标准为50年一遇，因此而满足穿湖段施工20年一遇的渡汛洪水要求。为了做到围堰填筑少占控制性工期，围堰施工时间段相应要调整至汛期施工。根据长湖的防汛调度方案，汛期水位5年一遇水位为高程30.63 m，10年一遇水位为高程31.13 m，20年一遇水位为高程31.33 m，枯水期水位5年一遇水位为高程29.63 m，10年一遇水位为高程29.87 m，设计围堰顶高程为30.6 m，基本能满足一期围堰汛期施工要求。二期围堰一期先施工部分可能面临汛期被洪水淹没的风险。一期围堰由于征地工作已严重滞后，如因特殊原因影响一期围堰内渠道填筑不能在汛前填筑至渡汛高程以上，则需采取和纵向围堰一样的加高方式加高横向围堰以满足渡汛要求。

穿湖段桩号为21+507～22+900，其中海子湖倒虹吸桩号为K22+280。为了满足穿湖段在施工过程中湖汊上游来水能顺利泄入湖中而不致影响其施工，因此其应分期施工。结合工程布置及进场交通条件，一期汛期施工桩号22+160～22+900段横向围堰和21+500～22+070上游横向围堰，枯水期施工纵向围堰轴线桩号22+160及22+160～22+900段横向围堰加固及围堰内渠道和倒虹吸工程，枯水期施工桩号22+070～22+160段围堰(该段埋设涵管以保证枯水期过流)，围堰填筑完成后便于施工桩号18+947～22+507段换基填筑。桩号21+500～22+070下游横向围堰根据工程机械设备投入情况可灵活安排施工，桩号22+070～22+160下游横向围堰在倒虹吸过流前预留缺口过流，倒虹吸过流后填筑至设计高程，以满足汛期二期基坑渠道的填筑施工。

一期围堰形成了一个封闭的基坑，在倒虹吸进出口处围堰向外侧折转，总长约2 010 m，其中横向围堰长约1 740 m，采用土方填筑，堰底高程为25.9 m，堰顶高程为 30.6 m，顶宽17.06 m(在设计围堰顶宽10 m的基础上另增加围堰顶宽7.06 m与渠道边坡平接)，外侧边坡为1∶5，内侧边坡为1∶3.5。一期基坑渠道填筑在汛前可达到脱险高程(因外部原因导致渠道工期滞后按设计加高纵向围堰方式加高横向围堰)，纵向围堰长约270 m，采用土方填筑，堰底高程为25.9 m，堰顶高程为30.6 m，纵向围堰不满足渡汛要求，在其上采用袋装土填筑到31.83 m高程，堰高1.23 m，袋装土堰顶宽2 m，两侧边坡均为1∶1。汛期一期围堰内渠道可继续施工。二期围堰需等到汛后才能填筑两条横向围堰与一期横向围堰衔接，堰顶高程30.6 m，顶宽17.06 m，外侧边坡为1∶5，内侧边坡为1∶3.5。二期围堰共长1 300 m，合龙后纵向围堰可以拆除，此时一、二期基坑合为一个整体。在二期围堰合龙前，倒虹吸进出口前的围堰必须拆除，倒虹吸作为二期渠道施工导流建筑物。

此时，二期围堰仍不能满足汛期围堰内渠道的施工，如要满足，则需围堰加高1.23 m，使围堰顶高程达到31.83 m。要满足合同工期要求，则二期围堰堰顶必须加高，以满足汛期基坑渠道填筑要求。

4 工期优化的技术支持

围堰涵管导流的布置位置在桩号22+100处，围堰顶宽10 m，两侧边坡坡率为1∶5，围堰顶土方填筑高程为30.6 m。围堰的导流设施主要为满足一枯过水需要，设计流量最高水位按照海子湖正常蓄水位高程28.63 m和枯水期10年一遇水位29.87 m高程考虑拟定导流方案。

正常蓄水位流量 Q=143 m3/s×(28.63－26.5)/(31.6 －27.7)=78.1 m3/s

枯水期水位流量 Q=143 m3/s×(27.63－26.5)/(31.6 －27.7)=41.43 m3/s

枯水期10年一遇水位流量Q=143 m3/s×(29.87 －27.6)/(31.6 －27.7)=83.23 m3/s

海子湖倒虹吸设计流量为143 m3/s，上游最高水位高程31.6 m(P=2%洪水位)，进口闸室底板顶面高程为27.7 m。

结合淤泥顶高程26.5 m和正常蓄水位高程28.63 m以及枯水期10年一遇水位高程29.87 m和涵管过流底高程27.6 m拟定的设计方案为:

涵管处围堰宽度按照设计宽度10 m考虑，管顶填土厚度为1.35 m，管道长20 m。进水口管道流水面高程为27.6 m，出水口管道流水面高程为27.3 m，排水坡度为 0.015;管道采用 φ1.5 m 钢筋混凝土管，其下铺筑10 cm厚碎石及20 cm厚C20混凝土基础。

涵管单管设计流量计算:

设计流速:V=1/n×R2/3×I1/2=1/0.013×0.372/3 ×0.015 1/2=4.86(m/s)

设计流量:

Q=A ×V=3.14 ×0.752 ×4.86=8.58(m3/s)

式中 管壁粗糙系数n=0.013;水力半径R按照满管取值;水力坡度按照管道流水坡度0.015计算。

出于安全考虑，按照10年一遇水位的1.2倍流量布设，设置12排φ1.5 m的钢筋混凝土管。

Q总=12 ×8.58=102.96(m3/s)＞83.23 ×1.2=99.9(m3/s)

满足枯水期10年一遇水位流量要求。

5 工期优化后的施工过程

海子湖穿湖段围堰填筑在淤泥质土上进行，围堰填筑采用土方水下填筑，基础较软，填筑过程受水影响较大，水下填筑质量无法保证，需采取加固措施加固围堰。设计采用粉喷桩加固围堰，因此，为粉喷桩施工创造条件，尽早完成粉喷桩施工，进而保证围堰渡汛安全至关重要。

围堰作为永久渠道填筑的一部分，对填筑施工的质量要求高，一期围堰填筑后要及时做好外坡浆砌石护坡，以防止二汛围堰被水冲刷破坏。

围堰的填筑土料主要在取土场或就近在渠道开挖料中取土，若在排泥场解决，则排泥场土料经检测合格也可用于围堰填筑。采用挖掘机挖装，15 t、10 t自卸汽车运输至现场。

图1

围堰戗堤拟从上、下游分别进占填筑。水下部分采用抛填法施工，15 t、10 t自卸汽车运料，端进法直接向水中抛填进占，推土机配合向水中推料;渠堤围堰外侧边填筑、边抛石护脚。抛石由汽车从石料场运输至工地堆存，抛石时采用机械转运至现场由反铲抛至坡角。水上部分粘土料采用推土机摊铺，碾压机分层碾压，局部采用手扶式振动夯辅助碾压。

设计围堰断面见图1。为便于粉喷桩施工，将围堰断面调整为:围堰顶宽17.06 m，外侧边坡为1∶5，内侧边坡为1∶3.5。纵向围堰填筑至设计高程。渠堤围堰外侧边填筑、边抛石护脚。二期围堰桩号21+500～22+070汛期围堰填筑至设计高程，过流采用在桩号22+070～22+160范围预留缺口过流。

汛后一期围堰采用粉喷桩施工加固围堰，纵向围堰用袋装土加高至高程31.83 m，将袋装土布置调整至围堰外侧，以保证纵向围堰内侧交通畅通，袋装土围堰由K24+400～25+500取土场取土，15 t自卸汽车运输至场内后人工装袋，采用人工堆码成型。二期围堰填筑桩号22+070～22+160段，过流采用在桩号22+070～22+160范围内埋设12排φ1.5 m钢筋混凝土管过流。涵管基础采用10 cm厚碎石和20 cm厚C20混凝土基础，管涵长20 m，埋设高程28.35 m。涵管埋设根据需要作小围堰防护。围堰填筑前的基础清淤采用船载泥浆泵抽排至排泥场，围堰填筑后采用粉喷桩加固基础。围堰贯通后，渠堤18+947～21+507的换填工程可从取土场取土施工。

围堰填筑完成后，根据现场情况及时做好浆砌石边坡防护。

6 结语

南水北调中线一期引江济汉工程渠道4标在合同工期不能满足的情况下，通过优化施工导流工期，为工程建设争取了半年以上的工期，为合同按期完工提供了有力的保证。围堰施工关系到整个工程的合同工期，而保证围堰按期完工是项目控制的重中之重。