大高差重力输水管道施工技术探讨

河南鹤壁国土开发有限公司，河南 鹤壁 458000

在我国供水工程设计施工中，当净扬程较大时，通常采用多级串联加压方式予以解决［1］。当用水量较大且时用水量较为均匀时，分级加压方式是相对合理的。但在施工中，各个环节都需要有严格的施工管控［2］。本文中所述工程为水利工程项目中的引水工程，起始段与终端高差约70m，全线14.3km，地形起伏变化较大、两段穿越淇河，工程采用地埋重力式输水，高差较大处DN700铸铁管道安装中采用防脱胶圈的应用和镇墩。本文以鹤壁市淇滨区城市供水管线取水口上移工程项目为例，介绍其施工方案及施工过程控制要点，以期为此类工程的施工质量管控提供借鉴。

1 工程概况

本工程由河南鹤壁国土开发有限公司投资建设，对淇河白龙庙水库至刘庄坝段开发利用，美化环境，恢复原淇河湿地生态原貌。将淇滨区城市供水取水口淇河寒坡洞提水站取水口上移，接现有运行的工农渠南干渠朔泉渡槽，作为淇滨区备用水源，从工农渠南干渠朔泉渡槽上游开口，二次穿越淇河，接寒坡洞提水站下游新建的蓄水池，全长14.305 公里。采用地埋重力式输水，日供量依照原管道供水量5 万m3，引水流量达到0.579m3/s，输水管道设计流量定为0.666m3/s。第一次穿越淇河处管顶埋深2.17m，高程为112.44m；穿越朱小河处管顶埋深1.5m，高程为120m；第二次穿越淇河处管顶埋深2.45m，高程为95.00m。

2 施工方案及工程实施

施工流程为：施工准备（测量放线）→征地、清点苗木→建设单位、监理单位复核→建临时通道→导流沟开挖→上游围堰修筑→抽水管沟开挖→垫层、管墩施工DN700 管道焊接、防腐→钢筋绑扎→浇筑砼包封→管沟回填→地貌恢复。

考虑到供水管道穿越河道处地形起伏很大和倒虹吸转弯较多，管道运行时管道的内外压力很大，同时还会伴有水锤、汽蚀等诸多对管材结构及连接不利的工况，为供水安全考虑，经过方案选择，选用钢管［3］。对管道中心线相应上下游各20m 范围内的河道铺设厚度0.5m，石料粒径100～200mm 的格宾笼。为提高管道运行安全系数和保护管道，对倒虹吸管进行C20 混凝土包封。

2.1 施工准备

施工前要征得相关部门的认可并取得相应协议后方可施工。准备好施工需要的机具、材料等，编制方案并对施工人员进行技术交底。

2.2 测量放线

根据现场踏勘放出管线中心线、作业带占地边界线，以及导流渠的边界线。针对设计不同的稳管段、弯头处及护岸处，进行放线并做出标记。

根据施工导流方式的选择原则，结合穿河管线工程的具体特点，依据河道流量，供水管道穿越河道处施工导流方式采用分期围堰导流，采用二期导流，即一期采用横向和纵向围堰先围左岸侧河道，形成一期基坑，被围堰束窄的另一侧河床过流，河床束窄程度采用50%，二期围另一侧河道，拆除一期横向围堰，利用拆除侧河床进行过流。

河床及河道内地形根据现场踏勘河底之下为1.5～2m淤泥、下为鹅卵石。本次采用围堰导流渠导流方法进行施工，即在沟渠内筑坝断流一半，并在沟渠岸的西侧开渠引水。导流沟开挖的同时进行临时通道修筑。然后在原沟渠上下游进行围堰的施工，后将围堰内的水抽出围堰外。完成焊接、防腐后进行砼浇筑、回填，施工完成后，将拆除围堰、回填导流沟，并进行地貌恢复。

2.3 开挖导流渠及围堰填筑

导流建筑物由上、下游横向围堰及纵向围堰组成。施工围堰均采用梯形断面，堰顶宽度为3m，堰顶高程不低于设计洪水位的静水位加安全超高和波浪爬高，安全超高为0.5m；坡度为1：2。导流明渠挖深1～1.8m，渠底宽度2～4m，边坡为1：2。

河道西侧为主要自然径流，河床较浅，深度约0.5～2.0m，拟建导流渠为底部2m 宽，2～4.5m 深，由管道中心线上游150m围堰处至下游50m 处，需要对此部位的河床进行加深作业，采用两台380 反铲挖机进行作业，开挖多余的卵石用于围堰填筑，东侧埋设3 根1.5m 混凝土管，作为二次导流使用。河道西侧为主要自然径流，河床较浅，深度约0.5～2.0m，拟建导流渠为底部2m宽，2～4.5m深，由管道中心线上游150m围堰处至下游50m处，需要对此部位的河床进行加深作业，采用两台380 反铲挖机进行作业，开挖多余的卵石用于围堰填筑。东侧埋设3 根1.5m 混凝土管，作为二次导流使用。

2.4 管道安装

输水管道工程线路设计输送能力为5 万m3/d，输水管道设计流量为0.666m3/s。本次输水管道穿越河道、道路及阀门井连接处等局部选用钢管，其他段采用球墨铸铁管，其中钢管3.38km，球墨铸铁管10.925km。沿线管道桩号4+228以上管径为0.80m，桩号4+228 以下管径为0.70m。基础采用粗砂垫层，管底砂垫层厚度为20cm。管道敷设方式大部分采用地埋方式，管道最小埋深0.7m。施工开挖边坡设计为1：1。

管道的预制焊接与主线路焊接一致，组对和焊接应严格按照管道组对、焊接指导书执行。管道组焊之间应保证管道内的清洁，使用清管器清理管道内部至清洁。管道下沟安装前，应对管沟的几何尺寸、中心线及标高位置进行复测，确认其符合设计要求。管道下沟前，管沟内铺设0.2m 的细土层保护管道。下沟时注意防腐层的保护，起吊点距管道环焊缝距离不应小于2m，起吊高度以1m 为宜。管道下沟完成后应及时对焊口的坐标、高程进行数据采集，作为竣工图备用，管道埋立即对接口位置做好焊接以及防腐。探伤、分段试压后立即组织对钢管进行浇筑。

在管道方向改变处、横截面面积改变处或管路终端会产生推力，如果不对其进行充分限制，则可能导致接口拉开，为防止接口拉开，则需对这些部位加设镇墩，这样增加接口圈和土壤之间的接触面积，提高摩擦力从而防止接口的移动而造成渗漏。采用土质沟槽镇墩，镇墩混凝土浇筑在开挖断面内满填混凝土，土质沟槽镇墩后背必须为原状土，并保证镇墩和土体紧密接触，镇墩与管道间做沉降缝，缝内垫20mm 浸油木板。

管道砼浇筑完毕达到养护期后，及时进行管沟回填，回填时不间断地用水泵将沟内水排出，并做好水泵台班记录。

3 质量保证措施

焊接严格按照焊接工艺规程及施工规范要求施工。管沟开挖过程中要及时测量，管沟深度和坡度要满足设计要求，确保连头施工时是在在无应力状态下组对。管道吊装过程中要注意管道及防腐层的保护。导流渠施工应严格按照坡比开挖，以防塌方。围堰堰体应分层压实，并按施工方案中的坡比放坡，防渗布用编织袋装土和竹笼装石头排压须密排压实，防止渠水渗透。排水工作应连续进行，沟下焊口与地下水要保持不接触，以确保焊接质量。

管道下沟过程中统一指挥，确保在下沟过程中不损伤管道及防腐层。河道表层应进行压实及平整的恢复，在护坡上游位置临时设置阻水坝，表面用土工布覆盖，并用麻袋、土等对土工布边缘埋压，有效控制河水的冲刷破坏。

4 安全保证措施

施工前项目部需对施工及安全作业人员进行安全和技术交底，并做好交底记录备案。施工时划出作业区域，并用警戒线隔离，四周插上4 面刀旗。并在堰体设置防跨塌等警示牌，施工过程中严禁非施工人员进入施工现场。

如需晚间施工，施工设备上要设夜间照明灯，作业区域设置夜间警示灯，保证有足够的照明。在管线穿越段安装施工的全过程中，应根据天气、水文的变化情况及时采取相应的措施。

施工期间安排专职安全人员巡查现场，保证施工现场安全防护。施工现场用电必须符合临时用电安全规定（JGJ46-2005）的相关要求，并有防雨措施，由持有电工证的专人安装、使用、管理。

5 结语

本工程方案线路短，管沟开挖土方少，地表扰动小，途经村庄采取绕行通过，避免房屋拆迁和弃土，道路依托条件较好，可减少施工扰动面积，减少水土流失量。施工过程中考虑试压过程中内部压力较大，铸铁管道在高差较大部位采用织袋装土和竹笼装石头密排压实，有效固定铸铁管道。