运河水文站水位台连通管顶管施工方法

李 涌 吉文平 周 倩

(江苏省水文水资源勘测局徐州分局，江苏徐州 221006)

水位台是江、河、湖、库水位观测设施，按其建设位置分为岛式、岸式、岛岸结合式。水位台连通管一端连通测井，另一端连通河道水体，是保证测井和河道水位一致的装置[1]。按照规范，水位台应观测到历史最低水位以下0.5 m，连通管埋设深度应在历史最低水位以下至少0.5 m。最低历史水位可遇不可求，往往施工水位很高。水位台施工最大难点是埋设连通管，不仅水深，而且经常遇到不良地质，如流沙、淤泥、松散土壤等。连通管的施工方法常规采用围堰法，在欲铺设连通管的位置填筑围堰，然后开挖沟槽，铺设连通管，最后拆除围堰。水位台是一种体量很小的水利建筑工程，围堰和地基处理投资往往占总投资比例很大，施工难度大，施工工期长。运河水文站水位台连通管首次采用顶管法施工，节约了大量资金，减少了施工难度，保证了施工工期。

1 运河水文站水位台基本概况

1.1 中运河 中运河是京杭运河江苏段的北段，北起苏鲁界与韩庄运河相接，南至江苏省淮安市杨庄与里运河相连。中运河全长165.8 km，分别承担着沿岸江苏省徐州、宿迁、淮安3 市的行洪、灌溉、供水、航运等任务。同时，中运河也是南水北调东线的骨干输水河道之一，承担着东线洪泽湖—南四湖段的主要输水任务[2]。在徐州市境内，中运河除承泄区间洪水外，还要承泄南四湖以上经南四湖调节下泄的洪水，另外还要下泄沂河通过邳苍分洪道分入的洪水，沿线除不牢河和邳苍分洪道汇入外，还有陶沟河、老西泇河、城河、官湖河、房亭河及民便河等支流汇入。

2.2 运河水文站 运河水文站是国家基本水文站，建于1950年6 月，站址位于徐州市邳州市西郊，东陇海铁路中运河大桥上游约100 m 处，相对位置如图1 所示。基本测流断面宽989.00 m，其中中泓宽约200 m。运河水文站实测历史最高水位26.42 m（废黄河口基面）、最大流量3 790 m3/s。运河水文站测流断面测控着上游南四湖、邳苍分洪道及区间来水下泄到骆马湖的水量和南水北调东线北上水量。运河水文站水位台建于1997 年，位于中运河中泓左岸，岸式，连通管安装高程21.50 m，因水位经常低于连通管高程，进而影响了该站水位记录的可靠性及完整性。《沂沭泗河水系重要省界断面水资源监测8 处水文站改造项目》批复了运河水文站水位台改造工程，水位台在原址拆除重建，连通管安装高程19.50 m，长度25.0 m，设计施工水位23.0 m，经改建后的水位自记台水位监测数据的可靠性、完整性大幅度提高。

图1 运河水文站位置图

2 运河水文站水位台连通管顶管施工方法

2.1 连通管的选择 连通管一般需满足3 个因素，即泥沙淤积、滞后量、施工要求。①泥沙淤积有2 个原因。一是水流泥沙含量过大，水位上升时混着水流进连通管，连通管内流速小，会在管口附近产生淤积；二是河床不稳定，水流冲刷河床带走大量泥沙，在满足淤积的地方下沉，使连通管淤塞。本工程为了避免连通管淤塞，在测井内安装了冲淤装置，当连通管淤塞时可定期进行冲淤，因此本工程不着重考虑连通管淤积问题[3-4]。②滞后量的计算依据《水位观测平台技术标准》（SL384-2007）[5]。“标准”中规定了滞后量的计算方法和计算公式。运河水位台连通管选择直径0.266 m 管道，计算滞后量为0.012 m，而规定滞后量小于0.02 m，满足规范要求。③连通管的施工。如果是开沟埋设，一般选择硬聚氯乙烯（Unplasticized Polyvinyl Chloride， 简称UPVC） 材质的管道。这种管道内壁光洁，摩阻系数小，便于清理，在不接触空气和光照的情况下，耐老化性能强。本工程连通管采用顶管法施工，连通管有足够的强度和连接车丝的要求，选择了壁厚10 mm 的无缝钢管。

2.2 顶管施工方法 顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法[6]，最显著的优点是在施工过程中不需开挖面层，且能穿越公路、铁路、河川、建筑物及各种地下管线等。顶管施工技术原理一般均是垂直于地面做工作井，然后用高液压千斤顶，将水泥或钢制管道顶入地下。其优点包括施工周期较短、工程造价低、操作简单等[6]。运河水文站水位台连通管顶管施工方法主要是将管道从测井内顶出，一直顶至河道内，连通管顶管施工图如图2 所示。顶管施工过程包括测井施工、液压机和千斤顶安装、顶管施工、拆除连通管顶端盖板。

图2 连通管顶管施工图

（1）测井施工。运河水位台测井为钢筋混凝土预制管，直径1 m，井口高程27 m，井底高程19.00 m，沉井法施工。在井壁上连通管的位置预留顶管孔，孔的对侧为千斤顶位置，在此位置的钢筋混凝土预制管增设钢筋，以增加预制混凝土管强度。

（2）液压机和千斤顶安装。由于测井内空间有限，因此需把液压机安装在井外空地上，用液压管连通千斤顶，用膨胀螺丝把千斤顶横向固定在顶管位置的井壁上。

（3）顶管施工。根据测井内空间情况和千斤顶伸缩长度，把钢管截成0.6 m 一根，管两端车外丝，节与节之间用接头连接，接头是内车丝的钢管，壁厚10 mm。顶管施工开始时要将第一节钢管水平放置，并将其水平顶进，且需注意之后的几节钢管前进方向是否发生水平偏差，如发现水平偏差应及时调整。一般情况下，在钢管顶进3 m 后，水平偏差将不再发生。

（4）拆除连通管顶端盖板。在顶管施工过程中，顶管前进端口应放置1 个半球形盖板，以防止在顶管施工过程中泥沙进入管内。顶管施工结束后将盖板拆除，河道的水由钢管流进测井。拆除盖板的方法是，向测井内注水，当测井内水位高于测井外水位时盖板自动脱落。

3 结语

水位台连通管采用顶管方法施工较围堰施工有明显的优点，只要掌握关键点，成功概率大，值得推广。实际施工过程中，应根据经验合理选择液压机，若在沙质土壤管道长度10 m 以内，可选择20 t 液压机；若运河水文站连通管较长，顶管地质是黏土，则可选择45 t 液压机。此外，掌握管道前进方向是顶管施工的技术难点，顶管施工初始阶段速度要慢，以便及时矫正方向，一旦管道进入土壤3 m 后，方向即可基本确定。