天津市南水北调中线滨海新区供水一期工程海河穿越方案比选

摘要：天津市南水北调中线滨海新区供水一期工程是天津市内输配水工程的重要组成部分，建设目标和任务是向天津市滨海新区输送引江原水。海河穿越是工程建设的重点和难点，穿越方案的选择不仅要安全可靠，还要经济，便于实施，经分析论证推荐采用分期导流明挖方案。

关键词：南水北调；海河穿越；顶管；明挖

中图分类号：TV67 文献标识码：A 文章编号：1672-9900（2011）05-0058-02

1 概况

1.1 工程概况

天津市南水北调中线滨海新区供水一期工程是天津市内输配水工程的重要组成部分，工程的建设目标和任务是向天津市滨海新区的永定新河以南地区（包括滨海新区核心区、南部石化生态片区和西部临空高新片区）输送引江原水。

输水线路全长约36.2km，曹庄泵站至津滨分水口输水干线末端穿越天津市的母亲河——海河。穿越采用2根直径2600mm钢管，两管中心距4.5m。

1.2 海河概况

海河是一条以行洪为主，兼顾排涝、蓄水供水、航运、旅游等综合利用的河道，主要承担宣泄子牙河西河闸和北运河屈家店控制下泄洪水入海的任务。其中，海河子北汇流口至耳闸按1000m3/s，耳闸至入海口按800m3/s治理。

1985年建成海河二道闸后，运用原则为闸上蓄水，闸下能航。海河最高蓄水位3.0m（大沽，下同），最低蓄水位为0.5m。按照近期海河综合治理规划要求，正常蓄水位为大沽1.5m。海河干流治理工程等级为Ⅱ等，其堤防、护岸在天津市区、塘沽市区段内为2级，郊区为3级；穿堤建筑物与所在堤段同级。

2 工程地质条件

海河穿越处河道宽约220m，两侧堤防顶高程为5.40m，堤防两侧堤内高程-2～0.5m左右。河底起伏差约7.50m；以河中心线为界，左测深沟平均高程为-7.40m，以侵蚀为主；右测起伏较小平均高程为-0.5m，以堆积为主。

根据勘探及试验，工程地质条件评价如下：①输水管涵建基面位于地层alQ41的工程地质单元上，岩性分别为粉质粘土、粉土、粉质粘土，承载力标准值分别为170，180，130kPa，由于地基承载力差别大，故存在地基变形及不均匀沉降问题；②开挖边坡为alQ43w、alQ43、mQ42的淤泥质土、粉质粘土、粉土，抗剪强度低且差别大，边坡稳定性差，土层的含水量均较高，且均处于地下水位以下，因此施工作业，应做好施工降水与排水工作。

3 穿越方案比选

由于盾构方案投资大，不适合本工程管径较小、距离短的特点，不予考虑。此外沉管方案由于水下开挖体积较大，穿越处地质条件较差，断面尺寸不易控制，吊管船只吨位大，吃水深，难于布置沉管施工作业船只，且管径大，水下对口操作困难，管口易发生渗漏问题，施工风险大，因而给与否定。本设计对于顶管方案和分期导流明挖方案进行同等深度的比较。

3.1 顶管方案

3.1.1设计方案

考虑工程的各种要求，为保证顶管施工安全，防止施工透水事故的发生，管顶以上需土层厚6000mm。因海河河道较深且宽，顶管段管中心高程为-14.4m，顶管段管长310m。顶管段两侧均以22.5°垂直折角上台至海河穿越上下游设计管道中心高程，海河南斜管段长30m，海河北斜管段长30m。根据两岸场地情况，顶管始发井布置在海河以北，附近地面高程为2.3m，井深21.5m，工作井内径宽14m，长13.4m，井壁厚1.3m。顶管接收井布置在海河以南鱼塘内，鱼塘底高程为1.0m，井深20.2m，接收井内径宽14m，长8m，井壁厚1.3m。顶管两侧斜管段由于埋深较大，采用混凝土灌注桩加水泥搅拌桩的支护形式，支护段和工作井、接收井内均设有直径500m的钢管横撑。海河穿越段最大覆土厚度17.5m，经钢管结构计算，顶管段及两侧斜管段管壁厚42mm。

3.1.2顶管方案优点

地下管道穿越铁路、道路、河流或地下管线等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。施工具有对河道输水、通航、排沥等功能影响小的特点。

3.1.3顶管方案缺点

本区间地质情况复杂，土层的特性对顶管推进造成不利影响，故该区间顶管施工较为困难。始发井、接收井深度大，施工、排水都有一定难度。并且，由于穿堤及滩地段管线埋深为18m，一般壁厚管道结构难以满足要求，计算壁厚42mm不仅钢材用量增加，管道加工极为困难。由于管道埋深大，一旦管体发生渗漏对海河大堤的基础影响范围较大，事故点难以查找，对大堤安全影响大。此外管道埋深过大，一旦管道发生事故破坏难以维修。顶管方案工程总投资3523.09万元。

3.2 明挖方案

3.2.1设计方案

明挖方案根据冲刷及抗浮计算管道埋深3.5m，两管中心距4.5m，钢管壁厚32mm，穿越段长度380m。海河穿越施工采用分期搭设临时挡水建筑物，利用束窄河床过流的施工导流方案。一期施工导流方式采用枯水期围堰一次拦断左侧深槽，并利用右侧浅滩过流。为了保证通航要求，河道浅滩部分采用挖泥船进行适当平整。一期工程完工后，在一期上下游围堰间顺水流方向搭设二期施工围堰，二期围堰填筑完成后，利用左侧深槽过流。二期工程完工后，拆除二期围堰，恢复河道过流。

3.2.2方案优点

明挖法具有施工简单、便于地基处理、施工质量容易保证等优点，最重要的是施工安全、造价低。

3.2.3方案缺点

明挖法施工的主要缺点是要填筑围堰截流。本段工程范围内的海河河道较宽，达到220余米，主河槽靠近左岸，河道断面右侧大部分为滩地，适合做导流明渠，因此，以采取分期填筑围堰，分期施工的方法来解决通航、过流问题。明挖方案工程总投资2752.62万元。

4 结语

供水工程网管道明挖埋管施工方案造价较低，且分期导流的施工方案可以满足河道输水及航运的要求，同时拦河围堰等施工临时工程投资不大，工程实施的难度较小。因此，在保证工程质量的前提下，本着节约投资的要求，推荐选用最为经济的明挖施工、分期导流的施工方案。

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