观音阁水库输水管线穿越工程施工方案研究

彭震宇

（辽宁省观音阁水库管理局有限责任公司，辽宁本溪117100）

1 工程概况

辽宁省观音阁水库输水工程由取水头部、电站、输水管线、输水隧洞、配水站及分支管线等几部分组成。其中输水管线长度为49 829 m，输水管线共穿越河流6 次，铁路4 次，公路9 次，橡胶坝2 次，拦河坝3 次，桥墩14 次，墙体3 次，漫水桥1 次。辽宁省观音阁水库输水工程输水管线穿越交叉工程见表1。

2 施工方案

2.1 开挖施工

输水管线穿越河道工程采用开挖法施工，开挖及回填施工方法同输水管线，DN3000 钢管采用现场制作、安装；DN2400，DN1200，DN1400 钢管采用厂家制作，运到施工现场现场安装。施工工期避过汛期，采用分期围堰法导流。

输水管线穿越一般公路、橡胶坝、拦河坝、墙体等部位，采用开挖法施工，开挖及回填同输水管线施工方法，在公路边修建临时道路，保证施工时道路通行，施工完成后恢复路面、橡胶坝、拦河坝及墙体。

2.2 顶管施工

由于铁路、高速公路、国省干道交通繁忙，施工时不允许破坏路面，影响交通，确定采用顶管法施工。此工程顶管管径分两种：DN3000 及DN1800。

2.2.1 工作井、接收井尺寸计算

顶管法施工时，首先在顶进端和接收端分别修建一个工作井和接收井。

工作井的长度按照正常顶进状态和工具管穿墙状态两种方式分别计算，然后取大者：

式中：L——工作井的最小长度；b1——后座或后背墙厚度；b2——刚性顶铁厚度；b3——环形顶铁厚度；l1——下井管段长度；l2——主油缸长度；l3——留在井内管道的最小长度；l4——安装富余量；l5——工具管下井时的最小长度。

经计算，工作井的尺寸见表2。

工作井的宽度：

式中：B——工作井的宽度，m；D——管道的外径，m。

工作井的深度：

式中：H ——工作井的深度，m；H1——管顶覆土厚度，m；h——操作空间高度，m。

表1 观音阁水库输水管线交叉工程统计表

接收井尺寸见表2。

表2 工作井与接收井尺寸汇总表

因此，该工程共需修建工作井及接收井18 组，每一对工作井及接收井为一组。

2.2.2 顶管施工方法

工作井、接收井均采用沉井法施工，沉井施工过程为：沉井制作、沉井下沉和封底。

为减少下沉沉井的深度，在井筒制作前首先进行基坑开挖，基坑深1 m，宽比工作井的外周尺寸大1 m，基坑边坡1∶1，然后在沉井刃脚下垫一层砂垫层和混凝土垫层，垫层的宽度与井壁大致相同。基坑底部四周设置排水沟，断面尺寸30 cm×30 cm，排水沟接入设置在一角比排水沟深0.5 m 的集水井中，集水井内的水要时刻保持最低水位，多余水用水泵抽排到基坑外。

沉井制作由刃脚制作和井壁制作两部分组成。为减少沉井下沉时井筒外壁与土之间的摩阻力，刃脚支模采用垫木支模，模板表面特别是外壁必须平整、光滑；井壁模板则采用钢模，为避免受力不均而造成地基的下沉或倾斜，井壁混凝土应分段、分层浇筑。

沉井采用分节浇筑，一次下沉。井深10 m 的沉井分3 节浇筑，井深7.5 m 的沉井分2 节浇筑。工作井及接收井要预留顶管机进、出洞洞口，工作井和接收井的预留洞口直径要比顶管机刀盘直径大0.15 m。

沉井下沉前把素混凝土垫层打碎，沉井的刃口就切入土中。

井内挖土吊车提升按人工挖掘的方式进行。井内挖土按照每层30 cm 的厚度进行，并保持中间部分高于四周30 cm 以上，在刃脚内壁应保留2 m左右宽的土台，待沉井下沉时，再逐层挖去土台，刃脚不断挤压土台导致土体塌落，沉井便按照每次20 cm 左右的厚度均匀下沉。

沉井下沉时，如果地下水位较高，在沉井周围设置轻型井点，用井点降水法降低地下水位。当沉井下沉至设计标高，清除井底余土，在基面上铺设砂垫层，然后浇筑底板混凝土，进行沉井封底。

工作井施工完成后，在工作井内布置顶进系统，顶进系统的主要设备是主油缸，井内布置4 台主油缸，左右对称布置。布置在工作井内的其它顶进设备还包括导轨、顶铁、后背及后座，导轨起导向作用，安装在前方，接近穿墙管，用于支托未入土的管段和顶铁；顶铁传递顶力，用于弥补油缸行程不足；沉井井墙用于传递主油缸的顶力；在井墙前加上后座，保护井墙不受损伤。

顶管掘进机选用DK 式大刀盘土压平衡顶管机，该种机型采用土压平衡原理，施工安全可靠，对地面建筑物影响较小。同时，该顶管机的转矩可自行平衡，不容易产生机体的偏转。

开挖面切削下来的泥土经过搅拌舱，由皮带运输机向后传输到运输车内，然后运至工作井内，统一吊装出井外。土方外运采用15 t 自卸汽车。

顶管掘进必须连续进行，顶进速度与出土速度应快慢一致，达到平衡，保持土体的稳定。在顶管施工结束后，采取压密注浆法对土体进行加固。

该工程顶管管径较大，顶进距离较短，顶进过程中不需人工通风，采用自然通风即可。

吊装设备采用门式吊车，门吊吊装方便，操作安全，门吊的起吊能力应满足最大起吊能力。

钢管焊接在工作井内进行，其焊接安装要求见穿河工程。焊接后的钢管由工作井向接收井推进。

3 结语

观音阁水库输水工程管线在穿越河道、一般公路、橡胶坝、拦河坝、墙体等部位采用开挖法施工；穿越铁路、高速公路、国省干道等交通繁忙，施工时不允许破坏路面、影响交通的部位采用顶管法施工，保证了工程的安全和工期。该工程于2017 年12 月22 日全线贯通，于2018 年7 月1 日正式通水运行。