金钟水利枢纽引水配套工程建设和自动化调度初试

黄骁男

(莆田市水利局，福建莆田351100)

金钟水利枢纽引水配套工程建设和自动化调度初试

黄骁男

(莆田市水利局，福建莆田351100)

文章基于福建省莆田市金钟水利枢纽引水配套工程土方开挖、回填、管材选择与安装、施工过程质量控制及综合调度自动化系统设计，提出引调水类水利工程施工中应注意的问题和综合调度管理发展方向，该引水配套工程2011年底开工，计划2014年底前全面竣工通水，作为具有典型特征的引调水基础工程，工程在建设中遇到的土方开挖回填、管材选用与防腐处理、施工质量控制、未来综合调度自动化系统实施等对类似工程具有借鉴意义。

莆田;金钟水利枢纽;管材选择;安装;质量控制;综合调度

福建省莆田市位于台海西岸，居福(州)厦(门)泉(州)经济圈交通枢纽，依托优势地位，近年来经济发展增速始终排名全省前三，但区域内水资源紧缺，人均水资源量拥有量仅为1 070 m3，相当于全国人均的1/2、全省人均的1/3，属于水资源紧缺地区。同时水资源分布严重不均，西北部山区水资源丰富，东南沿海严重缺水，随着莆田湄洲湾港口开发建设，呈现出经济重心布局与水资源保障倒挂错置格局。为此，2011年莆田市在贯彻海西意见基础上启动建设金钟水利枢纽引水配套工程，力求发挥莆田海西建设后优势，拓展一线重点水利基础设施，实现莆田人民梦寐以求“港城崛起”的愿望。

1 枢纽引水配套工程概况

金钟水利枢纽引水配套工程是湄洲湾港口城市发展的重要引调水工程。引调水调出区位于莆田市仙游县北部石苍乡境内的粗溪中游金钟水库，在仙游县鲤城镇北宝峰双宝隧洞出口接管，将大型金钟水库原水引到湄洲湾北岸和莆田中心城区，设计引水流量4.21 m3/s，日供水36.4万m3。引水管线总长91.2 km，受益仙游县、荔城区、城厢区、秀屿区、北岸管委会共11个乡镇110万人口，其中主干线从北宝峰至盖尾前连长12.94 km，管径1.8 m;支线2条共长78.26 km，一条为莆田支线，从盖尾前连至华林、新度台商投资集中区、工业园区长24.75 km，管径1.0 m;另一条为妈祖城支线，从盖尾前连至妈祖城长53.51 km，管径1.4 m。工程主管材采用PCCP预应力钢筒混凝土管，工程概算总投资5.84亿元［1］。

2 工程施工工序

施工主要工序包括场地平整、测量放线、管沟土方(石方)开挖、施工降排水、PCCP管运输吊装就位、PCCP管道安装、接口水压试验、填封接口缝、土方回填、水压试验、竣工清理等。

3 土方开挖回填施工与技术要求

3.1 土方开挖施工

土方开挖施工采取开槽管道施工技术，先以机械开挖采取包括自上而下、上下结合、先河槽后岸坡以及分期分段开挖等方式进行，注意在槽底预留200～300 mm土层由人工开挖至设计高程，整平;在不具备机械开挖条件下，也部分采用人工开挖方式。对处于河床或地下水位以下区域进行基础开挖时特别注意做好降排水工作，在安排施工工序时，采取先挖排水沟，再分层下挖，槽口设截水沟，槽内设支撑。

3.2 作业安排

工程采用分段施工的平行流水作业组织方式进行开挖。分段长度根据现场地质情况，按4个工作小组在4个工作班内能完成的挖方量来安排。

3.3 技术要求

引水配套工程设计输水线路沿仙港大道、滨海大道、城港大道、湄永高速等公路道路设施单侧布置，出、弃土石方运输便捷，加之挖填方相对平衡，使得土石方开挖施工的重点主要放在边坡防止塌滑以及地下水位开挖时做好排水工作两方面。对此，在实际施工中注意做到控制开挖坡度不陡于1∶2;自中心向外分层下挖时边坡处按边坡比挖成类台阶状，待挖至设计深度时再进行削坡;受地下水影响区段设排水沟采用一次到底法或分层下挖法开挖;回填时保证均匀的填土施工，禁止以软性土体回填，管顶0.5 m范围内的回填土不含碎石;注意纵向施工，对土方填筑的厚度进行合理把握(程管顶覆土厚度≥0.8 m)，回填土分层压实，压实机具选择上先轻后重，保证碾压方向和轴线之间互相平行。

4 管材选择、安装与防腐处理

4.1 管材选择

主管材选用PCCP预应力钢筒混凝土管，这是一种新型的钢性管材，它是带有钢筒的高强度混凝土管芯缠绕预应力钢丝，喷以水泥砂浆保护层，采用钢制承插口，同钢筒焊在一起，承插口有凹槽和胶圈形成了滑动式胶圈的柔性接头，是钢板、混凝土、高强钢丝和水泥砂浆几种材料组成的复合结构，具有钢材和混凝土各自的特性。满足承受内外压高、接头密封性好、抗震能力强、施工方便快捷等技术要求，适合作为金钟水利枢纽引水配套工程这种长距离引水项目施工用管材指标要求。

4.2 管线方案布置

1)管线平面布置:要考虑征迁条件，避开沿线建筑密集区;尽量走直线，减少大角度弯头;尽量避开不良地质构造;尽量沿现有或规划道路敷设，利于运行维护。金钟引水枢纽配套工程输水管线属长距离，沿线跋山涉水，地形地质条件复杂，设计中大部分管线选择沿仙港大道、滨海大道及城港大道布置，线路平顺，可最大限度减少水头损失，满足重力流输水条件。同时减少工程拆迁、施工临时费用，建成后也利于工程的运行管理和维护。

2)管线纵断面布置:要考虑排气排泥条件，在输水管道隆起点设置进、排气阀，排除压力管道内的掺气，或补气避免管内产生负压，保证管道运行安全。泄水阀布置在沿线低点具有排水出路的地方，便于管道维修时排泥、放水。金钟引水枢纽配套工程长距离重力流输水对进、排气要求更高，特别是沿接近水平段的滨海大道布置管线长达17 km，排气问题更突出。设计中纵断面每隔600～800 m人为布置成一个高点，设置进、排气阀，确保管道安全。泄水阀布置在管线最低点，用以排除沉淀物及检修时放空管内余水。此外，需控制最高点与低点之间高差，控制在两检修阀之间整个管道放空后，这些低洼管段最多不过剩余管道直径1/3高度的水，不影响检修，既节省投资，又不致影响管道检修。

3)管线横断面布置:横断面布置涉及管道埋设深度、管道基础及沟槽回填控制。管道埋设深度应根据冰冻情况、外部荷载、管材性能、抗浮要求及与其他管道交叉等因素确定。金钟引水枢纽配套工程设计管顶埋深一般≥0.70 m;遇穿公路段管材可改用钢管，覆土厚度≥1.0 m;遇穿河流管段应根据水利部门提供的规划河道断面及冲刷深度设计，管道采用砌石护砌。管道基础采用中粗砂垫层或级配砂碎石垫层，厚0.15～0.25 m。金钟引水枢纽配套工程工压高，沟槽回填要求对称下料，分层夯实，均匀上升，特别是有拐角管段，压实度不足难以承受管道产生的不平衡力，将产生位移，容易造成接头漏水，故要求应分区域严格按规范要求回填土压实。金钟引水管线涉及部分上埋式管道，应注意两侧回填土宽度。管道水平中心线每侧回填土宽度不得小于2倍管道外径，在此宽度范围，管顶以上500 mm区域内回填土压实系数≥0.9，且应与其外侧土的回填同时进行。

4.3 管材安装

PCCP管在斜坡区域安装时，应由下至上顺序施工，先安装坡底管道，再向上安装坡顶管道，注意将管道的承口朝上，这样做可以充分利用管道自重以便于安装就位施工。采用机具吊装下管尽量减少沟槽上机械的移动，起吊索具用柔性材料包裹，避免碰损管子。装卸过程始终保持轻装轻放的原则，严禁管道在管沟基槽内的搬运移动。吊车下管时还要注意吊车站位置沟槽边坡的稳定，有专人进行监测。管道安装时，将刚吊下的管道插口与已安装好的管道的承口对中，使插口正对承口。采用手扳葫芦外拉法将刚吊下的管道的插口缓慢而平稳地滑入前一根已安装的管道的承口内就位，管口连接时作业人员事先进入管内，往两管之间塞入挡块，控制两管之间的安装间隙在20～30 mm，同时也避免承插口环发生碰撞。特别注意管子顺直对口时使插口端和承口端保持平行，并使圆周间隙大致相等。

4.4 管道接口处理与水压试验

管节下槽前，逐根检查管材和承插口有无损坏现象，确保承插口清理干净，如有飞边毛刺马上进行处理，以防划破橡胶密封圈。胶圈套入插口凹槽之前先分别在插口圈外表面、承口圈的整个内表面和胶圈上涂抹润滑剂，胶圈滑入插口槽后，在胶圈及插口环之间插入一根光滑的杆(或用螺丝刀)，将该杆绕接口圆2周(两个方向各1周)，使胶圈紧紧地绕在插口上，形成良好密封面。PCCP管对口完成后对每一处接口做水压试验。在插口的两道密封圈中间预留8mm螺孔作试验接口，进出水螺孔供闭水试验时使用，据施工试验，其位置宜放在水平线以下45°左右。如放在底部，因施工中机具设备及施工人员的进出会带入土渣等杂质，使进水孔堵塞或进入两个胶圈中间的密封仓，从而使闭水通道堵死或形成气阻，导致闭水试验不合格;如进水孔位置太高，则闭水试验时操作不便。试水时拧下螺栓，将水压试水机与之连接，注水加压。接口的试验压力值，根据相关规范规定，取工作压力加0.3 MPa，恒压5 min，检查接口无渗漏即合格。进行下一节管道的施工后，仍需再做一遍前一节管道接口的闭水试验，以防止管道在安装过程中操作不当而引起前一节管道接口的松动，确保工程质量万无一失。

4.5 管材防腐处理

工程滨海段水土环境对钢结构、混凝土结构具有较强腐蚀性，考虑PCCP管表面砂浆保护层本身是一种多孔材料，在生产过程中由于砂浆自身收缩开裂、干燥收缩开裂;在使用过程中由于环境腐蚀产生裂缝、受力产生裂缝;或由于基础不均匀沉陷形成PCCP管承插口中灌浆砂浆开裂等威胁，使得PCCP管施工具有一定技术难度，而且对此类重要引水工程一旦爆管具有突发性、灾难性、无征兆等特点，其爆管带来的不仅仅限于管道供水中断，还可能引起公共安全事故。因此参照国内外已实施的其他滨海PCCP管道施工管理，本工程重点对PCCP管保护防腐进行处理。处理措施根据国标《预应力钢筒混凝土管》(GB/T 19685—2005)规范，PCCP管砂浆保护层厚度20 mm，同时基于天津水利科学研究院研究实验成果“保护层净厚度由国标规定的20～25 mm时，PCCP钢丝的工作寿命由8 a延长至17 a，增加82%”而选定在国标基础上进行砂浆加厚5 mm，外部混凝土防腐涂层全部采用环氧沥青涂料。

5 施工质量安全控制

工程至2011年开工建设以来严格把控工程质量，执行水利工程项目法人责任制、招标投标制、工程监理制、合同管理制、项目验收制“五制”要求，作为省级重点工程，推行重点项目标准化管理，施工过程严格按照事先设定好的工程设计要求进行，施工单位施工现场日志具有完整的施工操作依据，监理单位质量报告和质量检查记录齐全，质量监督部门积极主动开展质量检查。

6 综合调度自动化系统

该工程作为长距离重力流输水管道工程，担负莆田经济社会生活发展供水任务，对建成通水后的科学管理调度水平提出了极高要求。为全面实时掌握工程沿线取水流量、供水管压力变化情况，保证供水安全、降低供水能耗，需要随工程建设同步开展综合调度自动化系统，建立计算机供水管网模型，形成集监测、控制与智能决策功能为一体的数据平台，同时在取水口布置流量计，在管线沿路检修阀井及流量计井设置压力变送器，随输水管沿线装设压力、流量传感器将数据实时传输回处理中心分析以达到科学调度供水目标，颠覆了原来依靠人工经验进行供水调度管理格局，成为莆田供水工程科学调度的先驱，也为多水源联合调度供水和水利信息化打下了基础。

7 结语

该引水配套工程2011年底开工，计划2014年底前全面竣工通水，作为具有典型特征的引调水基础工程，工程在建设中遇到的土方开挖回填、管材选用与防腐处理、施工质量控制、未来综合调度自动化系统实施等对类似工程具有借鉴意义。本文仅从上述方面进行概述，实际工作中遇到的问题是非常复杂多样的，要求设计、施工、管理人员必须在对工程项目有着充分了解的基础上予以解决，才能够最大限度的保证工程安全，实现科学调度。

［1］莆田金钟水利枢纽引水配套工程初步设计报告［R］.莆田:莆田市水利水电勘测设计院，2009.

TV672

B

1007－7596(2014)07－0171－03

2014－06－09

黄骁男(1985－)，男，福建泉州人，助理工程师，