沿运灌区艾菱涵顶管方案设计及施工要点分析

杨 涛 雷 宁 李 卉

(淮安市水利勘测设计研究院有限公司，江苏 淮安 223000)

1 工程概况

沿运灌区西沿淮江公路，东至三阳河，南临老通扬运河，北到盐邵河，包括真武镇、丁伙镇、邵伯镇、攀川镇、丁沟镇、仙女镇部分共6个乡镇。灌区总面积49.22万亩，现有耕地面积33.4万亩，其中灌溉面积30.34万亩。

艾菱洞地涵建于1960年，为两孔钢筋混凝土箱涵结构，尺寸为2.5m×3m，原设计流量为30m3/s，穿越盐邵河。涵洞建设过程中，由于洞身覆土厚度不足，第二节洞身上浮掀起，后用混凝土压重。盐邵河现状为5级航道，规划为3级航道。现状洞身沉降缝漏水严重，且受过往船舶碰撞损坏，存在较大的安全隐患，本次工程计划拆建。现状艾菱地涵出口侧有一座跨地涵的桥梁(艾菱桥，2010年修建)，桥梁荷载等级为公路—Ⅱ级，一跨16m，净宽9.5m，桥台基础为灌注桩基础，桩径1.2m，桩底高程-24m，桩中心距15.34m，桥梁中心线与现有涵洞及干渠中心线有7°夹角。

2 顶管方案设计

艾菱地涵穿越盐邵河。盐邵河现状为5级航道，规划为3级航道，航道升级改造已列入实施计划，无法断流施工，故涵洞设计采用顶管施工方案。根据现场施工条件，顶管无法避开桥梁，必须从桥下穿过。艾菱桥为旱桥，考虑待涵洞施工结束后可将桥梁废弃，涵洞上部填土恢复道路交通，故在涵洞施工时只要确保顶管施工安全即可，同时，尽量不影响现有桥梁的安全。根据顶管布置要求及设计流量要求，选用两根内径3.5m钢筋混凝土圆管，两根管道均从桥底通过，管道外侧与现有桥梁灌注桩基础间距约为40cm。

涵洞总体布置：涵洞上、下游设沉井，为降低顶管顶进偏差对桥梁和顶管正常顶进的影响，将工作井布置在下游(艾菱桥一侧)，接收井布置在上游，顶管从下游向上游顶进，两根管道净距4.20m，顶管中心高程-12.90m，顶管长度约120m(见图1)。

图1 艾菱地涵纵剖面 (尺寸单位:cm)

工作井布置在涵洞下游侧，采用钢筋混凝土矩形井，平面总尺寸为18m×13m；双孔布置，单孔净尺寸为10m×7m；井壁底高程-19.10m,顶高程7.00m。工作井共分为两节，下半节高程-19.10～-8.10m，壁厚1.5m；上半节高程-8.10～7.00m，壁厚1m。其中，高程-19.10～2.80m段作为沉井部分，分两次浇筑、两次下沉，下沉结束后接高至高程7.00m，浇筑结束进行顶管施工。工作井底板厚度1.5m，底板顶高程-16.10m。每孔出水侧墙壁留4m×4.2m出水口，并预留检修门槽，配套一套检修叠梁门，配套两套安全格网，确保运行期安全[见图2(a)]。

接收井布置在涵洞上游侧，采用钢筋混凝土矩形井，平面总尺寸为17.2m×8.9m；双孔布置，单孔净尺寸为6.5m×7m，井壁底高程-19.10m,顶高程7.00m。接收井共分为两节，下半节高程-19.10～-8.10m，壁厚1.2m；上半节高程-8.10～7.00m，壁厚0.8m。其中，高程-19.10～2.80m段作为沉井部分，分两次浇筑、两次下沉，下沉结束后接高至高程7.00m，浇筑结束进行顶管施工；为了便于布置门槽，接高部分进水侧沉井井壁厚度为1.2m。接收井底板厚度1.5m，底板顶高程-16.10m。进水侧墙壁预留2孔4m×4.2m进水口，设置4m×3.5m钢闸门两扇，配QP-120kN卷扬式单吊点启闭机，启闭机房尺寸为15.6m×3.5m[见图2(b)]。

图2 平面布置 (单位：cm)

进水侧沉井前设置拦污栅桥，配套移动抓斗式清污机。为确保水流顺畅，涵洞中心线与渠道中心线尽量一致，上、下游连接段为对称结构。涵洞上游左右岸基本对称，接收井两侧采用一字墙与河道连接，翼墙采用钢筋混凝土悬臂结构，河坡与干渠衬砌断面顺接，河底、河坡均采用混凝土护砌，上游护砌25m。涵洞上游左右岸基本对称，工作井两侧采用一字墙与河道连接，翼墙采用钢筋混凝土悬臂结构，河坡与干渠衬砌断面顺接，下游出口设10m长消力池，河底、河坡均采用混凝土护砌，下游共计护砌20m。

3 施工要点分析

3.1 施工顺序

施工顺序为：土方开挖→沉井制作→沉井下沉及封底→顶管顶进→上部结构施工→金属结构制作→设备安装→上下游连接段施工→竣工验收。

3.2 顶管运输和吊装

顶管运输和吊装应采用专用工具，运输、吊装绑牢且垫稳，不得叠加堆放。设备及预埋件应符合本施工图和设备说明书的要求，安装准确。施工单位应制定出安全文明施工的规章制度和措施，确保工程和人员施工安全。

3.3 顶管施工技术要点

涵洞采用泥水平衡法顶管施工穿越盐邵运河,上下游沉井采用深井降水干法施工。涵洞施工前，应先准确定位下游侧艾菱桥灌注桩位置，复核现有顶管轴线，如果需要可适当调整涵洞轴线，尽量保证管道顶进施工避开桥梁灌注桩。

顶管施工前,应对地质钻孔做好封闭工作，以防泥浆流失、涌沙冒水等现象发生。顶管施工应采用减阻泥浆在管道四周形成泥浆套，以减小顶进阻力，顶管施工期间要求泥浆不失水、不沉淀、不固结，有良好的流动性和稠度。

3.4 顶管施工参数控制

工程顶管及工作井后座墙最大设计顶力为26712kN，需要加设中继间，施工单位应保证顶管顺利顶进及沉井安全。工程选用的管材为钢筋混凝土管，荷载等级：裂缝荷载为321kN/m，破坏荷载为482kN/m。

工程施工根据提供的坐标系、高程系统，建立本工程测量控制网，沉井下沉和顶管施工中，应对高程和轴线的各个控制点进行复测，以保证高程和轴线的准确。管道顶进允许误差见表1。

表1 管道顶进允许误差

4 结 语

艾菱涵穿越盐邵河，而盐邵河为5级航道，已规划为3级航道，且航道升级改造已列入实施计划，无法断流施工，故涵洞设计采用顶管穿越方案最合适。顶管施工可减少开挖和占地，降低工程的协调难度，降低潜在的风险，减少对环境和航道的影响，具有显著的经济效益和社会效益，可为类似地涵改造工程提供参考。