无支墩高水头浅埋式压力管道回填施工应用

刘玉奇

(中国水利水电第六工程局有限公司，辽宁丹东 118000)

1 概述

斐济南德瑞瓦图电站装机2台44 MW，由大坝、引水隧洞、调压井、压力管道、厂房及输变电系统组成。

压力管道的设计是采用了无支墩的回填式埋管。压力钢管总长约1 393.65 m，管径为 2.25 m，最大静水头299.215 m，最大纵坡59.79%。

2 回填要求

2.1 开挖尺寸

开挖沟槽为底宽3.6 m，0.5∶1边坡的倒梯形槽。

2.2 回填要求

回填料由下至上分3个层次，4个区(管底标高为0，高上为正，AP20为All Pass20缩写，意为全部通过20 mm孔径筛子)。

1层(0～20 cm):X区，AP100回填料，压实度90%。

2层(20～285 cm):A区，管周20 cm范围，采用AP20回填料，压实度为95%。A1区，A区以外范围，采用AP100回填料，压实度为90%。

3层(285～≥395 cm):B区，采用现场开挖料，压实度为90%。

管顶最小回填厚度为150 cm，即最小回填厚度为395 cm。

1层、2层只可人工或小型机具碾压夯实，3层最大碾压设备重≤8 t。

2.3 其他要求

2层与3层间采用铺土工布间隔，作为反滤隔层。

钢管内外喷刷防腐层，并在管周外侧设防腐保护缠带，缠带不得有破损。

底部X区两侧内设100 mm多孔排水管。

3 施工重点难点分析

1)由于压力钢管的设计理念是不设支墩，允许钢管在柔性填埋层内自由变形，以释放应力。这对回填的要求极其严格，是钢管回填的重点。

2)钢管外包防腐保护缠带，极易损坏，回填过程中的保护是本工程的难点之一。

3)回填施工面狭窄，且钢管安装后将工作面分为相互隔开的左右两个工作面，不利于施工组织。填料种类多，且相互交叉，给回填施工增加了一定难度。

4)压力管道陡坡段大坡度为59.79%，高差大，交通条件差，只有上部和下部两条路，两条路高差达157 m，陡坡段为本工程最大的难点。

5)斐济为海洋性气候，雨量多，因此气候对施工质量影响也较大。

针对以上所述施工的重点和难点，从施工程序，施工机具选择，施工方法等方面进行优化施工方案。

为减小天气影响，做好施工期排水，确保回填施工质量，根据压力管道坡度不同，选择不同的填筑程序，施工中把压力管道分平段，缓坡段和陡坡段3种类型，根据实际情况来安排程序。

采用臂长18 m的长臂反铲进行铺料，长臂反铲臂长斗小，即增加了铺料半径，解决了管槽两侧相隔开的问题，又可站在一侧直达填筑工作面进行铺料，减少常规方法的溜槽搭设，移动等问题，也避免了人工铺料的低效率问题。

回填碾压机具采用轻便的小型平板夯进行碾压，既适合沟槽等狭小面施工，又适合斜坡陡坡施工。在钢管下部，回填厚度小，受钢管限制无法采用平板夯施工的部位，采用平板捣棒，薄层铺料人工捣实。

为减小回填施工作业厚度，采取小型机具施工，加强现场施工管理，将施工做细做精，既确保了工程质量，又可有效保护钢管及其防腐保护缠带不被损坏。

在铺料5 m范围的钢管上用宽幅皮带保护，防止铺料过程中掉落回填料破坏钢管防腐缠带。

管周回填施工时，先铺紧贴钢周的 AP20细料，再填AP100的粗料，防止大颗粒料冲击破坏钢管及其防腐。

对回填料进行覆盖防护，减小雨季对填料含水率的影响。

严格试验的作用，从原材料的制备到现场施工，将施工每一个程序结果量化，确保施工质量。

4 试验

4.1 爆破试验

经过比选回填料确定为隧洞开挖料，在隧洞爆破开挖期通过爆破试验，适当调整爆破参数，既使渣料粒径适合破碎机进口要求，又增加了细颗粒的含量，使加工后的料级配更趋合理。

4.2 级配试验

对加工后的料进行粒径和级配试验，发现问题及时解决和调整，改变破碎机出口粒径，调整中等颗粒料径含量，适当调整开挖料爆破参数，增加原料细颗粒含量。

4.3 碾压试验

压力管道填筑施工前，对AP20、AP100、普通开挖渣料等分别进行碾压试验。

根据设计要求及现场条件，各区按照不同的铺料厚度、碾压遍数、碾压机具分别进行碾压试验，取得相应的试验数据，从而确定碾压机具及相应的最优碾压参数。

4.4 现场试验

回填施工中，每班次进行压实度试验，以及时调整碾压施工参数，并且在多雨天气加密回填料含水率测试，以确保回填质量。

5 回填料准备

5.1 AP20、AP100料

经计算，AP20料(A区)共3 233 m3，AP100料(X区和A1 区)共10 745 m3。

附近无可开采料源，考虑利用隧洞出口侧洞挖开挖料，既解决了料源，减少了开采费用，又节省了弃渣堆放场地。

在隧洞开挖施工中，适当加大了爆破的炸药量，使开挖出的粒径满足破碎机进口要求，提高了开挖料的可利用率。

开挖料采用PE－400破碎机破碎，简易筛分为两种规格，AP20和 AP100。

在压力钢管转弯处，变形较大部位，为防止防腐保护缠带被破碎加工的AP20料破坏，在转弯处6 m范围内，采用无尖角的沙卵石(外购，274 m3)。

5.2 现场开挖料

在不影响边坡安全情况下，开挖期间预留了部分开挖渣料堆弃在压力管道两侧的征地范围内，作为B区回填料。

6 施工方法

6.1 施工程序

6.1.1 平段施工(坡度＜4%)

施工段较长且坡度＜4%的施工段为平段，平段有2段，PC01－PC02和PC05－PC07。平段回填施工按顺下坡方向进行填筑施工，这样做可以避免从高处流下的水形成集水坑，进而对已回填部分造成破坏。

6.1.2 缓坡段施工(坡度＞4%)

缓坡段主要为 PC02－PC03、PC07－PC12、PC12－PC16、PC16－PC20，缓坡段的填筑由低向高进行填筑，回填面略向下坡方向倾斜，便于雨水流出。

6.1.3 陡坡段施工(坡度＞49%)

陡坡段主要为 PC03－PC05。陡坡段由 PC03(下)向PC05(上)进行填筑施工，在PC04附近设存渣平台，PC03到PC04填筑时利用L4路从下向上运输回填料，当回填筑至PC04以上时，利用L3路从上向下运输回填料，在L3路末端设溜渣槽(采用反铲开挖，铺铁皮形成溜渣槽)，并在压力管道边缘形成反铲施工道路。

6.2 回填施工

立面回填施工程序:钢管安装→X区→A区→A1区→B区。

6.2.1 X区回填(AP100)

X区回填厚度为20 cm，采用长臂反铲铺料，人工配合平料，钢管底部铺料厚度为10 cm，采用平板捣棒进行人工捣实，捣实数为12。钢管两侧铺料厚度为20 cm，采用小型平板夯进行碾压，碾压8遍。

6.2.2 A区回填(AP20)、A1区回填(AP100)

ZONE A和A1回填同时进行，铺料厚度为20 cm，采用长臂反铲铺料，每层铺料时先铺ZONE A回填料(AP20)，由人工平铺;然后铺筑ZONE A1回填料(AP100)，根据作业面条件采用推土机摊铺或人工摊铺。铺料完成后采用平板夯进行碾压，碾压10遍。

6.2.3 B区回填(现场开挖料)

回填在ZONE A1结束后进行，铺料前在ZONE A1表面铺设土工布Geotextile，采用长臂反铲在管槽两侧就近取料铺料，平板夯进行碾压，碾压8遍，超过管顶1.5 m以后，可采用长臂反铲辅助碾压。

7 结语

该工程已于2012年5月18日并网发电，运行良好。无支墩高水头浅埋式压力钢管应用于水电工程压力管道，在国内尚无先例，在国际上也仅有数例，施工单位本着做精做细，确保工程质量的原则，无论是从原料的选取到施工机具的选择，还是从碾压试验到现场施工，都以试验为依据，完满地完成施工任务，在无支墩高水头压力管道回填施工方面填补了国内空白。为国内同类工程开创先河，有较高的借鉴价值。

［1］纪云生.水利水电工程施工组织设计手册［K］.北京:中国水利水电出版社，1996.

［2］张基尧.工程机械使用手册［K］.北京:中国水利水电出版社，1996.

［3］盛树馨.SL 237—1999土工试验规程［S］.北京:中国水利水电出版社，1999.