王海霞

(北京市水利规划设计研究院，北京 100048)

1 概述

通州支线工程是北京市南水北调配套项目之一，是向通州城市副中心提供水源的重要输水工程。工程从北京市供水环线东干渠工程通州分水口取水，铺设管道将南水北调水送至台湖镇铺头村东的新建通州水厂。设计输水规模为4.86m3/s，管线全长9.25km，采用2根DN1800mm预应力钢筒混凝土管(PCCP)。管道铺设采用明挖与顶管相结合的施工方案，其中明挖铺设段总长5.49km，管道中心间距4.1m，覆土厚度3～4m，顶管段总长3.76km，主要为直顶PCCP管，当下穿河渠时直顶钢管，当下穿京哈高速公路时直顶DN2800混凝土管内套钢管。直顶段管道中心间距4.1m，直顶混凝土套管段管道中心间距6.8m。

2 工程地质及水文地质条件

通州支线工程位于平原区，铺管地层为第四系上更新统通县组上段(Q3t)，以河湖相沉积为主，表层为人工填土，其下主要为粘性土、粉土、砂和圆砾。场区地下水为上层滞水和潜水，上层滞水主要赋存于上部的②1粉土和②2粉细砂层中，水位变化相对较大；潜水主要赋存于埋深12.70～4.80m以下、22.50～12.20m以上的④粉细砂层。

管线基本沿萧太后河南北两岸铺设，萧太后河常年有水，河道内存在一层厚度1.0～8.0m的粉土和粘性土层，从上游向下游逐渐变厚，此土层透水性较差，地表水与地下水之间的水力联系较弱。在设计管线穿河道段，粉土和粘性土层较薄，河水与地下水之间的水力联系相对较强。

3 管道铺设施工方案设计

通州支线工程管线全长9.25km，采用2根DN1800的PCCP管道输水。为减少拆迁占地，经技术经济比选，推荐明挖与机械顶管相结合的施工方案，在具备开挖条件的地方优先采用明挖的方法施工，局部穿越主要道路、河流及建筑物密集区采用顶管方式施工。明挖铺设段总长5.49km，顶管段总长3.76km。

3.1 明挖段施工设计

明挖铺设段管槽一侧是萧太后河，另一侧分布民房、企事业生产用房、市政道路等，开挖土层主要为填土、粉土、粉质粘土、粉细砂等。管槽设计底宽8.2m，开挖深度5～7m，边坡依地质条件及挖深取1∶1～1∶1.5。明挖铺管设计开挖断面如图1所示。

管槽开挖设计采用挖掘机分段、分层放坡开挖，槽底预留20cm保护层人工开挖。开挖土方由自卸汽车运至沿线设置的堆土区堆存以备回填。局部管段存在上层滞水，遇粉细砂等地层时易产生流砂现象导致塌坡，因此对开挖较深、上层滞水水位较高和透水性较强的粉细砂层区段，视现场开挖情况采用井点降水的方式。对上层滞水水位较低和透水性较差的粘性土，采用明沟结合集水坑降水的方式，将沟槽或基坑积水抽排到萧太后河，确保开挖边坡的稳定和管道安装干槽作业。

图1 管线敷设标准断面图(明挖)

输水管采用DN1800mm PCCP管道，双排布置，管道中心距4.1m，单节管长6m，单节自重约14.7t。安装时，用运管车运输管道至沟槽，沟槽内使用简易龙门架运输及就位，人工倒链辅助对接安装。管道安装好后，进行接头打压试验，每个管道接头打压试验分为三次进行，即第一个接头完成后进行第一次打压试验，打压合格后进行下一节管道安装施工，第二个接头完成后再对第一个接头进行第二次打压试验，试验合格后方可继续安装。第三次打压试验在管道回填到管顶50cm后进行，确保管道施工后的密水性能。

管沟回填分为基础垫层区、缓冲覆盖层和原土回填区。基础垫层区回填料采用外购中粗砂，最大粒径为50mm；缓冲覆盖层回填料首选开挖料中筛取的细粒低塑性土料，最大粒径为50mm，开挖土料不能满足要求时外购中粗砂；原土回填区土料最大粒径为150mm，回填材料中要求不得含有石粉、土块、树根等杂质。基础垫层区采用74kW推土机摊铺，压实机械分层碾压，小型开槽设备开弧，配合人工修整，压实度要求不小于95%；缓冲覆盖层与原土回填同时进行，原土回填区采用平碾压实，缓冲覆盖层使用小型设备压实，压实度要求不小于90%。

3.2 顶管段施工设计

通州支线工程顶管铺设总长3.76km，一般采用直顶PCCP管方案，其主要优点有：①施工简单，顶管内径减小、省去穿管工序；②成本低，省去内部穿管的全部管材费和安装费用、减少顶管的管材费用、减少土体开挖量50%以上；③进度快，由于施工工艺简化，施工难度大大减小，施工进度大大加快。穿越萧太后河、通惠排干和通惠灌渠等特殊管段，为防止渗漏，采用直顶钢管方案；穿京哈高速公路区段，依公路管理部门意见采用DN2800混凝土顶管内套钢管。以上三种顶管长度分别为3.03km、0.56km、0.17km；直顶PCCP和直顶钢管管道中心间距4.1m，直顶DN2800混凝土套管管道中心间距6.8m。

通州支线顶管段地层岩性主要为粉土、粉质粘土和粉细砂，覆土3～9m，沿线分布有上层滞水，且紧邻萧太后河。设计比选了北京市顶管施工较常用的泥水平衡和土压平衡两种顶管方式，该两种顶进方式在上述地质条件下均能适用，均能有效的控制地面沉降，安全性都比较高，且造价也相差不大(泥水平衡稍高)。相对于土压平衡式顶管机，泥水平衡式顶管机对土层和地下水的适应范围更广，对长距离顶管适应性更强，设备耐久性比土压平衡式顶管机要好，但泥水平衡式顶管机仅适用于小口径顶管，且泥水平衡式顶管机排出的泥浆处理费用较大。根据CECS 246—2008《给水排水工程顶管技术规程》，顶管机选型见表1，经综合技术经济比较，本工程选用泥水平衡式顶管。

根据水工建筑物布置、场地条件及类似工程经验，将顶管段划分为20个顶管区间，各顶管区间长度一般在100～200m范围内，但受场地条件限制，在直顶PCCP段下穿京津高速路桥区、石材厂及朝阳建材厂处，顶管区间长度分别达到了458m、328m和384m，设计通过增加主千斤顶的顶力、减少管道周边与地层的摩擦力、设置中继间等措施，解决长距离顶管顶推力的问题。顶管区间大于100m时，考虑安装中继间以协助主顶工作站的顶进作业。

表1 顶管机选型参考表

注：★★—首先机型；★—可选机型；空格—不宜选用

本工程顶管下穿京津高速桥区、京哈高速等多条重要道路及石材厂、朝阳建材厂等建筑物，对施工引起的变形控制要求高，要求施工期间加强地面沉降监测，当沉降值过大时，适当增大土仓压力、减小排土量和推进速度，并增加顶进注浆压力和泥浆注入量；当地面有隆起时，适当减小土仓压力，增加排土量和推进速度，并减小顶进注浆压力和泥浆注入量。对重要建(构)筑物在地面进行深层注浆加固等方案进行了保护。

4 结语

通州支线顶管工程施工进展顺利，2016年7月双线贯通，同年8月5日开始向通州水厂小流量供水。穿京哈穿越京津高速公路PCCP顶管段采用泥水平衡顶管，工期102d，平均顶进速度9m/d，实际地面最大沉降14mm，墩柱最大沉降5mm，相邻墩柱最大差异沉降2mm，均满足设计控制指标。工程采用加设中继间的顶管施工技术，创造了直顶PCCP管道458m的顶进长度记录，可为类似工程的施工设计提供借鉴。