1、沉井和顶管施工技术在鹊山水库输水穿黄工程中的应用研究摘要：本文根据鹊山水库输水穿黄工程中存在的主要工程地质问题，着重介绍了沉井和顶管施工的具体技术措施 关键词：输水管道；穿黄工程；工程地质；沉井；顶管 中图分类号： K826.16 文献标识码：A 文章编号： 济南市鹊山水库输水穿黄工程位于济南市泺口上游约 6KM 处，是鹊山引黄供水调蓄水库工程的重要组成部分，工程主要由工作井、接收井及输水穿黄管线组成，工作井、接收井均采用沉井施工工艺，输水穿黄管线采用顶管施工工艺，穿黄管道为内径 1.8m，壁厚 20mm 的直缝焊接钢管，顶管长度为 1115m，这是目前国内穿黄河最长的地下管道不开槽施工工艺，
2、是黄河流域第一项大口径、超长距离超深顶管工程。 按工程施工要求，采用顶进法敷设地下管道，需要有相对稳定的地质构造，并能适应黄河防洪特点与防洪要求，根据本工程地质勘察报告，黄河历史最大冲刷深度大致在 7.55m 高程，其下为地质构造较为稳定的第四系上更新统河流冲积层（AIQ30）壤土层，为避免与河道行洪的相互影响，输水管道在该壤土层内顶进敷设，坡度为 0.3%，工作井处管道中心高程 4.50m，接收井处管道中心高程 7.83M。 1、主要工程地质问题 1.1 工作井和接收井的工程地质问题 经勘探揭露，工作井和接收井地层上部为第四系全新统的河流冲积层（AIQ4） ，下部为第四系上更新统河流冲积层（
3、AIQ3）下部各土层均含大小不等的钙质结核，经计算，工作井施工下沉对周围影响距离为 60m，接收井约为 40m，两井各距黄河大堤淤背区约 10m，施工时很容易影响淤背区，同时淤背区对工作井场区地下土应力分布也会产生影响，此外接收井第层粘土厚度较大（深度 6.48.3m）及呈硬塑状，具有较高的物理力学性质，对施工的影响较大，场区地下水埋藏浅，地下水位下存在第层粉细砂，在施工时易发生流砂现象，同时第层砾砂、第 13 层壤土中钙质结核的存在都会对施工产生较大影响。 作者简介：张兴鹏(1969- )，男，山东济南人，高级工程师，主要从事水利、公路工程的勘察和检测工作。 李祥(1965- )，男，山东济
4、南人，高级工程师，主要从事水利、公路工程的施工和管理工作。 1.2、输入穿黄管线的工程地质问题 穿黄管线处地层岩性为典型的黄河冲积地层，具结构复杂、相变大的特点，在勘探深度内揭露地层为 Q4 和 Q3，Q4 在横向上变化大，分为此岸的决口口门沉积、大堤内的河床沉积帮南岸的一般冲积沉积地层，Q3 相对比较稳定。 过黄处河道主流线从上游王家窑险工 SE 指向老徐庄闸附近，再转向NE 指向大王庙附近，平怖上主流线位置与钻孔揭露河床层最大埋深位置一致，过黄处 Q3 含有较多钙质结核，其中第层分布鞋不均，不成层分布，粒径一般 3-5cm，最大 7cm，含量一般 5%-10%，最多达 20%，设计穿黄管道
5、所处地层为第层含钙质结核壤土或粘土及中粗砂夹层，呈硬塑-坚硬或密实状态，具有较高的物理力学性质，钙质结核及中粗砂层的存在增大了施工难度。 2、施工技术措施 工作井在施工过程中采用水力机械和机械挖掘 2 种取土方法，由于工作井位于黄河大堤淤背堤坡脚下，离边坡仅 10m 左右，为确保工作井下沉不影响淤背安全，在下沉过程中采用井壁外注浆助流技术，在阻止地面塌方及控制工作井偏差方面取得良好效果，使沉井施工较顺利完成。在接收井施工过程中，当接收井下沉到距标高还有 4.5m 时，由于第层粉细砂的影响，造成砂涌入井内，井外土体塌方，下沉效果极差；另外由于井内第层粘土厚度较大（深度 6.48.3m）及呈硬塑状
6、，该层无法用高压水打碎，只能由潜水员水下人工清理；由于第 13 层壤土钙质结核较多，水下空气吸泥无法带出钙结核，也只能由潜水员水下人工清理，工作效率不高，后经分析，我们采取了以下有效措施；在井外四周压入减阻泥浆，减小下沉阻力；在井顶压重 1500kn，增加下沉系数，使刃脚插入土体内，再清除锅底到刃脚土体，再抽水，经过三次重复，才使接收井下沉到设计高程，保证了顶管工程正常进行。 钢管顶进是工程的主体，根据设计，从黄河南岸工作井向北岸接收井顶进，管顶覆土厚度 23M 左右；沿管线主要为第层含钙质结核壤土或粘土及中粗砂夹层，且含有大量钙质结核，施工中，根据实际工程地质情况，为使土中的大多数钙质结核能
7、从水力机械吸管中吸走，将水力机械吸管从通常的 75mm 改为 100mm，结果 60%以上的钙质结核都能由水力机械排除，钢管顶进 700m 以后，由于水力机械出泥量达到了极限，我们又使用了第二套水力机械，排成串联，并使用 180KW 高压泵与 65kw 增压泵串联供水，解决了管内出土问题。 在以往长距离顶管工程中，中继环布置一般按粘性土 5-8kn/m2，砂性土 10-12kn/m2 考虑其摩阻力，但本次施工中，从开始到顶进 1000m，顶进速度正常，平均每天顶进 10m 左右，但整个管段总顶力 9000kn 左右，在顶进 1000m 以后，下面进入第层中粗砂夹层，下面阻力明显增加，整个管段总压顶力 1300mn 左右，顶进速度由原来每天顶进 10M 减少到每天 5m 左右，砂层中摩阻力达到 10kn/m2，在使用中继环时，顶力越大，管段压缩量也越大，而有效顶进长度则越短，所以在钢管顶进时，中继环的顶力必须按不超过管段的压缩量加以控制。 3、结语 针对鹊山水库输水穿黄工程中存在的主要工程地质问题，我们在施工过程中采取了积极有效的措施，目前该工程已成功实施，并已投入运行，运行情况表明，该工程达到了预期目标，取得了显著的经济效益和社会效益。
