卧虎山水库输水管道沟槽开挖设计与施工

孙仕刚

（蒙阴县水利局，山东 临沂 276200）

东风洞～孟家水库段为南水北调济南市续建配套工程卧虎山水库供水线路改造工程的第二标段，新建管道全长2.33 km，工程主要建设内容：管道铺设及管道井、分水口、进出口段等管道附属设施建设。其中，铺设DN1200螺旋钢管2.21 km，暗涵衬砌0.12 km，新建各类管道井7处、分水口3处、排气孔6处、进出口段工程各1处。

1 沟槽土方开挖设计及施工

1.1 测量放线

土方开挖前首先要进行场地清理和测量放线，本项目要求水准点引测不低于四等水准测量，导线点引测采用全圆测回法。土方开挖放线后用木桩标出相应的高程，用白灰线表示开挖的边线及外形轮廓线。

1.2 沟槽形式

目前，沟槽的主要断面型式有：直槽、梯形槽、混合槽及联合槽等。各类型槽的适用条件如下：

1）直槽适用于开挖深度小、地质条件好、土层密实度高、无边坡滑落问题的条件。

2）梯形槽可有效适用于不能使用直槽的地质环境，但适合大型机械作业。

3）混合槽结合了直槽和梯形槽优点，可显著降低开挖工程量，且有效保证边坡稳定，但施工较为复杂。

4）联合槽适合用于同时布置两条或两条以上的管道。

1.3 沟槽尺寸设计

沟槽尺寸直接涉及开挖土方量，影响工程成本及工期，因此必须慎重对待。本项目要求管道最高点在当地最大冻土层厚度以下。据文献记载，济南地区最大冻土层厚度一般不大于45 cm。施工项目区最大冻土厚度取值为44 cm，经计算沟槽开挖深度为174.0 cm。

沟槽底部设计宽度220.0 cm，管道两侧各留设50.0 cm填充经筛选后的土体，可有效保证管道稳定性；边坡设计角度为1∶3。最终沟槽尺寸及输水管道完工示意图见图1所示。

图1 管道沟槽结构示意图

1.4 施工要点分析

1）严格控制土方开挖高程，防止超挖、欠挖。对于高边坡开挖采取自上而下开挖顺序，避免二次削坡。部分土质松软、地下水位高等问题较多地段采用直槽形式且配合横板支撑（见图2），坡顶设截水沟。

图2 沟槽横板支撑

2）沟槽开挖时，采用挖掘机开挖至设计底高程以上0.2 m，以下部分土方采用人工开挖，开挖过程中确保不扰动基础底部的土层。

3）采用挖掘机开挖，距离小于100 m土方采用推土机推运，运距大于100 m采用自卸汽车运输。开挖土方沿一侧堆放，若土方较多或威胁沟槽边坡稳定时，运至临近已完成工段或尚未开工段临时堆放。

2 沟槽石方开挖设计及施工分析

本项目沟槽石方开挖段长约320 m，采用“浅孔爆破法”施工，利用风钻、潜孔钻打孔。在施工前首先进行控制爆破试验，选择合理的钻爆孔布置和线装药密度等参数。

2.1 爆破器材选取

由于部分地段存在地下水，环境潮湿，因此本项目选择粉状硝化甘油炸药。起爆药选择胶质硝化甘油药卷（规格φ22 mm，长60 mm），不受水分影响；导爆索要求爆速大于6 000 m/s，可串联、并联、混合联；雷管为毫秒雷管，延期为20 ms。

2.2 炮孔布置

沟槽石方开挖炮孔分两类：主爆孔（掏槽孔）和光面孔，其中主爆孔在沟槽线中央位置布置2道，垂直深度在1.5～1.6 m，角度设计为20°。保护层石方开挖时，在设计开挖线上用风钻打孔，布置一排加密光面孔，进行减弱不耦合线装药。其中主爆孔间距0.5 m，排距1.2 m，光面孔间距0.3 m，与开挖边界线的距离为15 cm。

爆破时先起爆主爆孔，然后起爆光面药包，将主爆孔与光爆孔间的主体岩石炸除，形成一个贯通平整的开挖面，并保护边界外的岩体不受破坏，局部残留岩石利用风镐结合人工进行凿除。

2.3 施工要点分析

钻孔深度、角度、位置是保证爆破效果的基础，本项目要求深度误差控制在±0.05 m，角度控制在±2°。钻孔位置由岩石岩性、裂隙发育、水分含量等决定，因此鼓励现场针对差别较大地段多做试验。钻孔完工后要经过专业技术人员抽检，抽检率不低于20%。

3 砂垫层铺设施工要点分析

砂垫层设计厚度为10.0 cm，施工工序为：基坑局部积水抽排→高程复测→基底处理→砂垫层分层铺垫→夯实→试验检测，下面针对重点工序进行分析。

3.1 高程复测

开挖至设计底高程以上20 cm时，进行基坑局部积水抽排，然后进行高程复测，确定人工开挖深度，注意要确保基坑底部原状土不受扰动。

3.2 基底处理

将地基上表面浮土、烂泥、杂物清除干净，平整地基。本工程地质结构为砂层和黏土层分层分布，应及时做好边坡支护防止沟槽出现塌方。

3.3 砂垫层铺设

砂垫层采用天然级配中粗砂，具体规格要求：粒径为0.5～4.0 cm，含泥量不大于3%。砂中不得含有草根、垃圾等杂质。

砂垫层分层铺垫和夯实，采用蛙式打夯机压实，但夯实前对砂垫层进行洒水，砂垫层压实度不得低于90%。使用“灌砂法”对密实度进行检测。

4 结语

输水管道沟槽设计和施工应充分结合工程实际地质条件和标准要求，不同地段可采用不同的施工方法，以“经济、实用”为原则。本项目实施后，管道铺设平稳，沟槽开挖没有出现坍塌，石方段处理较好，通水能力达到设计要求，取得了较好成果。