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摘要：平岗—广昌原水供应保障工程是咸期珠海和澳门地区安全供水的保障工程，是为了全面、彻底地解决枯水期珠海和澳门两地淡水供水压力，提高咸期抢淡蓄淡能力，补充和完善整个珠澳供水大系统，保证供水安全。管线横穿磨刀门水道至新广昌泵站，全长2294m。磨刀门水道临近入海口，水面宽阔，通航等级较高。文章主要对长距离输水管道顶管设计方法及施工难点要点进行讨论。
关键词：输水管道 顶管 设计 施工优化
1 前言
目前珠海西区至主城区的输水通道仅有平岗泵站至广昌泵站的一根DN2400供水管，属于单管供水，本身就具备安全隐患。另外，该管道全线约有9.5km（占全线总长的45%）在穿越河涌、鱼塘等障碍物时采取了顶管或沉管施工，埋设较深，咸期运行时如果该段管道发生故障，其抢修施工较为困难，需要时间较长。关键是在抢修期必须停水，主城区和澳门地区必须依靠水库提供原水。有限的调节库容和较长的抢修停水期将会严重影响珠澳两地的供水安全，严重威胁到珠澳两地居民的正常生活和生产，同时也会对两地的社会和经济造成不良影响。因此必须尽快建设一条输水管道，与现状输水干管互为备用，建成后将大大提高咸期珠澳供水的安全性和保障率。
2 工程概况
竹银水源工程位于磨刀门水道西侧，必须将其与东侧的主城区供水系统连通，方可发挥它对整个珠澳供水系统 “抢淡补库、调咸蓄淡”的作用，要全面、彻底的缓解枯水期珠澳两地淡水供水压力，必须增设、强化工程设施，提高咸期抢淡蓄淡能力，补充和完善整个珠澳供水大系统，保证供水安全新建平岗泵站至广昌泵站DN2400输水管道。
横穿磨刀门水道至新广昌泵站段DN2400输水管道全长2294m，磨刀门水道河床面最低处标高为-8.88m，水深约10m左右，河道两侧堤岸以外自然地面标高在2.7~3.2m左右。河东岸现为已建成的广昌泵站厂区，西岸现为蕉地，两处场地均较开阔，道路交通较顺畅。
3 长距离供水管顶管设计特点
（1）工程地质及水文地质特征。该部分管线所经过地层均为第四系海陆交互相沉积层，除河道两侧堤岸自然地面处分布有约2m厚的耕土、人工填土层外，其它主要以淤泥质粘土层为主，深灰色、饱和，呈流塑~软塑状，含大量粉砂，层厚达45m左右，河床地带局部夹有粉砂层或淤泥与粉砂互层，呈现交互沉积的主要特性。该段水域临近入海口，两岸陆地的地下水位及河道水位的变化受潮汐影响较大，一般地下水位在地面以下0.5~2.5m左右，地表水位介于-0.3~2.10m之间，场地地下水对钢结构具中等腐蚀性，对钢筋砼的钢筋中等腐蚀性。
（2）管道高程的确定
由于管线穿越磨刀门水道主航道，航道部门要求管顶覆土不小于6.5m，根据航道部门勘测的水下地形图表明管线埋设位置的河床最低标高为-8.88m，为满足航道部门的要求及其它设计指标，本工程管道中心标高定为-16.88m，即管顶覆土最小厚度为6.8m。
（3）主要穿越方案的比选及工程措施
穿越大江大河等水域的大型管线工程一般有自承式管架桥、盾构、沉管、顶管等施工方法。
由于磨刀门水道宽度较宽，如采用自承式管架桥方案，设置的支撑桩基较多，为满足通航的要求，航道处支撑桩基跨度较大，需要采取桥架管方式，工程投资大，因此穿越磨刀门水道不拟采用自承式管架桥方案。
盾构法能克服上述缺点，但盾构法一般适用于3.0m以上较大管径，且工程造价也相对较高。
采用沉管方案，首先，需要一定的管道加工（焊接）场地。其次需要设置滑道和一定的浮运管道的水深及水面宽度。另外，还要有施工设备和施工经验的专业队伍，上述三点缺一不可。
结合本穿越工程所在的地理位置看，加工焊接场地是具备的。磨刀门水道两侧的场地均可作为管道焊接连接长度的场地。其次河道水深能满足管道漂运的要求，同时水面宽度也能满足管道漂运过程中水平转弯半径的宽度要求。
本工程采用沉管方案存在一些缺陷之处：
（a）河道两端与埋地管道的连接要施工围堰，造成经济上的浪费。
（b）按照磨刀门水道航道部门的要求，管道埋深需加大，水下开挖和回填最深处约10m。由于水下基本为淤泥及淤泥质粘土，开挖如此深度困难很大。
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（c）若采用带弯头式沉管，管道的下沉、定位都很困难，一旦跑位难以纠偏。同样也存在开挖很深的问题。
（d）采用漂、沉管方案，造价高，同时会影响磨刀门水道通航要求，与航道部门沟通协调难度大，工程施工工期较难保证。
（e）对于沉管在国内外也有成功的先例，但国内小直径管道成功的经验较多，而对于大直径管道漂、沉管成功的先例较少，尤其是河道断面宽达2.3km。而且目前国内具有如此大直径的管道，采用沉管施工的专业队伍相对较少。
针对上述分析，根据本工程DN2400管线穿越水域的地貌特征、工程地质条件及水文条件，从施工技术、施工工期、施工安全、工程造价等方面综合考虑，我们认为采用顶管施工方案较为合理。
4 主要工程方法及技术措施
单次顶进距离超过2000m属于超长距离顶管，因超长距离顶管一次连续顶进距离长，于是产生了很多与普通顶管的不同之处，施工时需要采取相应的技术措施才能保证超长距离顶管的顺利完成，主要体现在以下几个方面：
a、顶管工具管的选择：
超长距离顶管在施工过程中可能需要对工具管进行维修和更换易损部件，或者是顶进过程遇到障碍物需要清除，对地面沉降控制要求高低，及地质情况等因素进行工具管的选择。考虑过河涌对地面沉降控制要求不高，地质又为软弱土层，顶管过程中硬度不大的障碍物可直接切削清除，或是选择人员可直接进出的顶管机进行人工清除，结合以上原因综合考虑如采用三段双铰气压平衡工具管、泥水切削气压平衡工具管或泥水平衡局部气压式工具管均可满足施工要求。
b、中继环的选择
中继环是实现超长距离顶管的关键设备，它起着接力顶进的作用，也就是将超长距离顶进变为普通距离顶进，从而减小顶进力。中继环可选可调组合型中继接力环，此环除具一般中继环的优点外，还具有二道密封装置，一道为工作密封，另一道为修理密封，随着顶进距离的延长，密封条容易出现磨损，尤其是砂性土中更为严重，如果出现漏砂、漏水现象，顶进将不能保证正常进行，采用二道密封装置当工作密封磨损后，可启用修理密封，然后在普通环境中就可以更换工作密封，且工作密封在施工过程中根据不同的工作状况可调节密封圈的压缩率，保证施工过程中密封的可靠性，这种可调组合型中继环已在多项长距离顶管工程中成功应用，该项技术是保障超长距离顶管成功的关键技术之一。
c、中继环的布置
超长距离顶管中，一般靠近工具头处中继环磨损最严重，因此本工程顶管第一道中继间布置在离工具头约10m处，第二道布置在离第一道中继间约30m处，施工中交替使用，以减少施工过程中对中继环的破坏，同时长距离顶管施工过程中，中继环必须可联动操作，以提高工效，是保证长距离顶管施工顺利完成的有效措施之一。
d、目前在超长距离顶管中，对合理选用触变泥浆材料，配方、加注方式、降低管壁的摩阻力方面已取得很多成功的新经验、比如采用顶管机尾部同步注浆和后面管段补浆两种方式进行减阻的措施均可以借鉴。
e、长距离顶进纠偏、测量控制：设置精确的测量系统，管道可采用高精度全站仪系统进行测量，设置水准测量校正，在顶进过程中，经常对顶进轴线进行测量，及时纠编，在顶井中接收井80~100m时，需作一次全线复测，然后再距离井体30~50m处时，再进行一次全面复测，以确保顶管精确进洞。
f、管道的设计除满足顶力、外侧水、土压力及内侧水压因素外，还应考虑长距离管道温度应力的影响，通过计算拟定采用Q235钢管，壁厚24mm。在管道顶进过程中为防止管道在软弱土层中顶管机出洞及进洞时发生‘叩头’现象，需对洞口外土体进行加固处理，沿管道方向设置5排间距1.5m高压旋喷桩对土体加固处理；紧贴井壁的位置采用搭接桩体形成止水帷幕进行加固处理，该桩体有效的防止洞口开启时泥沙及地下水涌入井内，保障了施工安全进行。为保证管道使用年限管外壁采用环氧玻璃鳞片防腐涂料，内壁采用无毒饮水仓涂料，为延长管道使用年限，在整个顶管长度内，采用牺牲阳极和强制电流共同作用的办法对管道实施阴极保护。
5 结论与建议
（1）穿越磨刀门水道段，顶管长度2294米，本工程敷设管道平行于平岗一期管线，中心间距约85m，在江心洲新建一座接收井，在磨刀门两岸对顶的设计方案，施工时需修建临时码头，用船运送材料、机械设备及施工班组人员，需自备发电机，大大增加了施工难度，且总造价较高。同时随着长距离顶管技术的发展，长距离顶管施工在工程管理、技术、设备等方面都已经比较成熟，本次设计推荐采用一次顶进的施工方案。
（2）“在软弱土层中施工沉井时，预先采用粉喷石灰桩对土体进行加固改良处理，这一措施使沉井在软土地基中能够稳定下沉，避免井体发生偏斜，为沉井施工安全顺利地进行提供了保障。因此，本次设计在沉井设计时采用粉喷石灰桩对土体进行改良处理。
论文作者:邹秋云
论文发表刊物:《防护工程》2017年第7期
论文发表时间:2017/7/21
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