南水北调中线配套工程35号线穿越公路设计研究

□王爱国 □韩秀立 □王李平

（1黄河勘测规划设计有限公司 2河南省水利厅）

1 工程概况

河南省南水北调受水区供水配套工程主要向南阳、平顶山、漯河、周口、许昌、郑州、焦作、新乡、鹤壁、濮阳、安阳等11座省辖市区和所属的7个县级市、25个县城以及禹州神垕镇、邓州移民安置区、南阳龙神工业园区等48个供水目标提供生活和工业用水。

鹤壁市供水配套工程是河南省受水区供水配套工程的组成部分，包括34号、35号、36号分水口门及相应的输水线路。34号、35号、36号分水口门位于鹤壁市，三个口门配套工程向鹤壁市（淇县铁西区水厂、淇县水厂、鹤壁市第三水厂、鹤壁市金山水厂、鹤壁市第四水厂、浚县水厂）6个供水目标、安阳市滑县（第三水厂、第四水厂）2个供水目标、濮阳市（濮阳市规划水厂、濮阳县蓄水池）2个供水目标供水。

其中35号输水管线从35号口门分水，分水口门位于鹤壁市淇县新乡屯镇三里村西南总干渠右岸，主要供鹤壁淇滨区、浚县、滑县、濮阳市城市用水，年均分配水量2.40万m3。输水主管线起点为分水口门，终点为濮阳市规划水厂，主管道80.20 km，支线总长30.95 km，输水管线总长111.15 km。分水口门设计流量13.00 m3/s，设计水位为96.05 m，加大水位为96.45 m，最低控制水位95.52 m。

35号口门输水线路主管道由分水口门直接向濮阳市规划水厂供水，整个管道分别设支管向鹤壁四水厂、滑县、浚县、濮阳市濮南引黄调蓄水池供水，主管道设计流量为13～6 m3/s，管径为3.00～2.60 m。向浚县、滑县供水,输水管线多次穿越国道、省道，文章以35号线输水管线穿越国道107为例，介绍管线穿越国道、省道的设计。

2 工程地质情况

勘察区位于太行山东麓，地貌单元属山前冲洪积倾斜平原，地势由西向东逐渐降低。道路两边地面高程87.60～88.10 m，道路地面高程88.90～89.00 m，路面宽约15 m，施工场地开阔。

2.1 水文地质

地质测绘和勘探成果表明，在勘探深度范围内，地下水类型主要属第四系松散土类孔隙潜水，局部为上第三系粘土岩、泥灰岩裂隙水。共分为第四系全新统孔隙潜水含水层组、第四系中、上更新统孔隙潜水（局部承压）含水层组和上第三系粘土岩和泥灰岩（局部为砂岩、砾岩孔隙含水层组）裂隙含水层组。

为了了解各土层的渗透性，取原状土样进行了室内渗透试验。各岩土体渗透性评价如下：黄土状重粉质壤土具中等透水性，渗透系数为2.4E-04～2.2E-04 cm/s；重粉质壤土具微～弱透水性，渗透系数为5.7E-06～1.1E-07 cm/s；中、轻粉质壤土具弱～中等透水性，渗透系数为1.4E-04～1.0E-07 cm/s；砂壤土、粉细砂具中等透水性，渗透系数为8.8E-05～5.1E-04 cm/s；卵石具强透水性，淇河河床卵石具强～极强透水性。

2.2 地层岩性

场区地层结构为粘、砾双层结构，地层岩性主要为第四系上更新统冲洪积物（alplQ3）黄土状低液限粘土、卵石和第四系中更新统冲洪积层（alplQ2）低液限粘土，地层分布较稳定。

第四系中更新统(alplQ2)：

③低液限粘土：浅棕红色，硬塑状，见有黑色铁锰质斑点，见有钙质结核，土质不均一，局部粘粒含量较低。该层未揭穿，揭露厚度7.80 m。

第四系上更新统上段(alplQ3)：

②卵石：灰黄色，卵石成分以石英砂岩、灰岩为主。粒径一般3～6 cm，最大可达8 cm，呈次圆状，次棱角状，含量约60%，泥砂质充填，局部钙质胶结。

①-1黄土状低液限粘土：褐黄色，可塑状，稍湿，见针状孔隙，土质较均一。钻孔揭露厚度2.30 m，层底高程82.40 m。

①黄土状低液限粘土：褐黄色，硬塑状，稍湿，顶部见有植物根系，见小砾石，见有针状孔隙，底部偶见白色钙质结核，土质较均一。

人工填土（rQ）:黄褐色，可塑状，素填土成分为重粉质壤土，土质不均，夹杂碎石等杂物。

2.3工程地质评价

工程场区位于太行山东麓，地貌单元属山前冲洪积倾斜平原，施工场地开阔，交通便利。工程场区地震动峰值加速度为0.20 g，相当于地震基本烈度为Ⅷ度。

场区地质结构为粘砾双层结构，建基面位于第①-1层低液限粘土(alplQ3)、第②层卵石(alplQ3)、第③层低液限粘土（alplQ2）中。地下水位位于建基面以下，不存在降排水问题。施工开挖边坡建议采用1：1～1:1.25。各土层地基承载力相对较高。低液限粘土工程分级为Ⅱ类土，卵石工程分级为III类土，钙质胶结卵石工程分级为IV类土。建议采用顶管施工。

3 穿越方案设计

3.1 穿越国道、省道布置原则

输水管线沿途穿越国道、省道时，需要布置穿越工程。穿越工程布置应遵循以下原则：

第一，管道穿越国道、省道时，应该采用正交方式穿越；如不能采取正交穿越时，则交角≥60°。

第二，管道与高速公路、一级公路相交叉且采用下穿方式时，应埋置地下通道。

第三，地下工程穿越过程中，应根据相关技术规范，确保各管线之间的安全距离，防止管线发生破坏，对道路造成影响。

35号线穿越107国道的位置受制于35号线路总体布置。根据线路布置原则及工程场区地形、工程地质条件等因素，再结合管线局部线路选择，综合分析确定35号线穿107国道的位置。35号线自新乡屯北侧东南走向穿越京广铁路和107国道，穿越角度基本正交。该线路征地拆迁较少，管线布置较为合理。

3.2 穿越方案确定

根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003），为了不影响公路的正常使用，对穿越高速公路、国道、省道及四车道以上的城市道路均采用护管涵或顶管穿越。考虑高速公路远期加宽要求，按照公路部门要求护管涵和顶管两侧距路基或道路隔离栏留有一定长度，高速公路≥15 m，其他公路≥5 m。

根据相关文件批复，本次设计输水管道穿越国道、省道及四车道以上的城市道路，为了不影响公路的正常使用，管线仍采用下穿方式穿越公路，采用防护结构常规顶进法施工。

顶进箱涵施工国内通常有以下4种方法：大口径矩形顶管法；管棚箱涵顶进法；管幕箱涵顶进法；盾构箱涵顶进法。

经综合比较，并参考河南省穿越公路已施工的成功案例，本次35号主管DN3000穿越国道107施工方案采用管棚箱涵顶进法。

4 穿越工程布置

35号输水管线选用PCCP管。35号主线先穿越京广铁路里程K538+890处，随后在淇县高村东北穿越107国道。本次设计将107国道路基两侧20 m外作为穿越方案控制点，考虑到京广铁路位于107国道西北侧，顶进起点选在107国道东南侧，起点桩号K1+621；穿越107国道终点桩号K1+573。穿越长度48 m，交叉角度89.80°。该处穿越工程采用护管涵顶进施工方案，管线中心高程83.55 m。护管涵采用框架箱涵，钢筋混凝土结构，涵长48 m，分为4节，每节长为12 m。箱涵内部尺寸5.30×4.90 m，顶板及边墙厚0.55 m，底板厚0.65 m。路面高程88.90 m，箱涵顶高程86.80m，距路面厚度为2.10 m。涵顶设TQF-1型防水层及4 cm厚C40纤维混凝土防护层，涵两侧设聚氨酯防水涂料，涵内以水泥砂浆设置0.30%的纵坡，两节箱涵间设置3 cm沉降缝，沉降缝设置橡胶止水条。箱涵内部留出适当检修空间，设置支墩架设PCCP输水管道，进口与穿越京广铁路段共用一检修阀门井，出口另设置一个检修阀门井。

为了确保107国道在顶推施工期间的行车安全，设计采用在箱涵顶打入管棚的支护方案。管棚采用小于245 mm钢管，间距为50 cm，其长度与箱涵相同。在管棚的两端分别设置门框梁、门框柱及其基础，以便管棚整体受力。

5 穿越工程施工

5.1 工作坑布置

5.1.1 工作坑尺寸的确定

根据输水管线布置及顶管长度等因素，工作坑共布置1个始发坑和1个接收坑，工作坑平面型式为矩形。方涵考虑在工作坑内预制，强度达到要求后直接顶进。始发坑尺寸为22.10 m×12 m×7.50 m（长×宽×深），接收坑尺寸为8.00 m×12 m×8.30 m（长×宽×深）。

5.1.2 坑底处理

坑挖好后还需要进行坑底处理，工作坑基础采用0.10 m厚C10素混凝土垫层，在垫层上浇筑0.20 m厚C20混凝土底板。为了安放导轨，坑底上还需要铺设枕木。在套管底敷设导轨，导轨牢固地固定在枕木上。

5.1.3 后座墙的处理

后座墙是顶进管道时为千斤顶提供反作用力的一种结构，在施工中，要求后座墙必须保持稳定。后座墙加固，可采用现场浇灌混凝土挡土墙的措施，还可以采用加大后座墙承压面积、打钢板桩等措施。

5.2 方涵套管施工

工作坑采用放坡开挖土钉墙支护。工作坑内的滑板采用稳定的钢筋混凝土板结构，要求表面平整，并泼洒石蜡、滑石粉等材料，以减少箱涵与滑板之间的摩擦。滑轨使用微型盾构机在箱涵滑行路径下顶入φ970×14 mm钢管,每节箱涵下3根；箱涵在滑轨或滑板上被千斤顶推动前进。混凝土套管顶进完成后，进行涵内输水管道PCCP管敷设。

6 结语

南水北调中线受水区供水配套工程线路长，沿途穿越各种等级的公路较多，穿越公路也有多种方案可选。在设计中应结合所穿越公路的实际情况和特点，通过综合比较，确定最优的穿越方案，做到既能保证工程安全实施，还能尽量使工程的实施对公路造成的影响最小。