输水管线工程PCCP 管道回填施工质量控制方法

程 飞

（新疆水利发展投资（集团）有限公司,新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

随着PCCP 管道广泛的应用,管道施工质量问题逐渐凸显,管道回填压实度较低,严重影响了回填施工质量。针对此类问题,研究人员设计了多种管道回填施工质量控制方法。其中,长距离输水工程PCCP 管道回填施工质量控制方法,与基于多场耦合的PCCP 管道回填施工质量控制方法的应用较为广泛。长距离输水工程PCCP 管道回填施工质量控制方法,主要是根据输水工程的距离长短,对PCCP 管道进行施工,考虑到经济效益,采用DN1600 口径的管材进行输水,回填将超挖部分填平,保证施工效果[1]。基于多场耦合的PCCP 管道回填施工质量控制方法,主要利用多场耦合原理,将机械不压实区域进行回填,提升回填压实度[2]。以上两种方法均存在不同程度的问题,影响了回填压实度。因此,本文设计了输水管线工程PCCP 管道回填施工质量控制方法。

1 输水管线工程PCCP 管道回填施工质量控制方法设计

1.1 改良PCCP 管道施工回填土料

本文在进行回填施工之前,对PCCP 管道施工回填土料进行改良,增强PCCP 管道回填土料承载性能,从而确保管道回填施工的强度质量。考虑到砂浆保护层的预应力,在第一层与第三层回填土回填之前,改良回填土料。将回填土与石灰等比例混合,减少原地面土质的渗水性,提高回填效果。为了避免回填过程中出现管道形变的情况,对回填土施加荷载进行分析,见表1。

表1 回填土施加荷载顺序表

如表1 所示,PCCP 管道回填的过程中,受到回填土、管自重、水自重、内水压力等影响,管道出现形变的情况较多。起初管道位移值为负数,管道横向的直径减小,管道向内提供了收缩压力,管道出现泄漏的可能性增加[3]。因此,在管道回填的过程中,将在PCCP 管底、管顶、管腰内外侧的应力考虑在内,预留出一定的缝隙,并在腋角、管道接口等重点区域进行回填。采用原地层土料与石灰混合之后的回填土,具有就地取材的便利性,对于增强原地层土料的强度具有重要作用。

1.2 安装回填施工PCCP 管道防扰动限位装置

在PCCP 管道回填土料改良完成之后,在PCCP 管道接口处安装了防扰动限位装置,对管道接口进行临时加固,避免回填振动对PCCP 管造成冲击。由于回填土压实的过程中,机械的振动较大,在管道转角处回填压实时,接口处的施工质量很难控制[4]。采用防扰动限位装置固定之后,对于管道接口具有临时固定的作用,能够有效地避免回填土压实过程中对PCCP 管道造成的冲击应变。防扰动限位装置见图1。

图1 防扰动限位装置示意图

如图1 所示,防扰动限位装置主要构件为箱体、挡块、限位杆、导绳器、限位器、电机、重锤、卷筒外壳、拉线开关等。根据回填土压实状态的应力变化,分析限位装置承受的应力[5]。应力计算公式如下：

式中：δs为回填土自身应力；fss为限位装置的抗压强度；εc为控制参数；λs为回填土极限应变；λss为回填土压实峰值应变。

在限位装置固定之后,控制回填区域的应变情况,固定区域与回填区域的应变关系满足下式：

式中：Ks为回填土的弹性模量。

当固定区域与回填区域的应变关系满足式（2）关系时,回填土达到极限应变,PCCP 管道接口与限位装置共同作用下,能够降低接口位置的应力,从而减少作用在接口的应力,确保PCCP 管道回填效果。

1.3 注浆加固输水管线工程PCCP 管道上部回填土

在进行PCCP 管道回填的过程中,对输水管线工程PCCP管道上部回填土进行注浆加固,将PCCP 管道接口处压实,从基础上控制管道回填的压实度。PCCP 管道上部回填土压实度不均匀,就会出现管道接口失稳的问题,影响施工效果[6]。在PCCP 管道下设完成之后,对接口附近的回填土进行加固处理,根据PCCP 管道上方回填土覆盖厚度设计加固参数。为了避免PCCP 管道受到注浆的压力影响出现环向应变,本文在回填土层钻孔,与PCCP 管道间隔300 mm。在孔洞内注入浆液,保证PCCP 管道上部回填土的压实度。

在PCCP 管道回填的过程中,将其分为管基、管道、机械压实、机械不压实等回填区。其中,中、粗砂垫层区域无需回填[7]。考虑到机械不压实区域会影响到最终压实度,将注浆加固的位置设定在了机械不压实回填区。在管道回填区域机械压实回填区打上小孔,向其内注入浆液。加固完成之后,沿着注浆位置回填机械不压实区域,回填至原地面线500 mm之后完成回填加固。

2 实例分析

2.1 工程概况

某输水管线工程起自引水隧洞取水口,沿依连哈比尔尕山自西向东,止于调节水库,输水线路长182.565 km。其任务是将调入的水量送至沿线河流,以满足生态供水和小城镇等工业和生活的用水。

在输水水库水位恒定的前提下,采用PCCP 管道进行施工。管道设计引水流量为16.7 m3/s～10.8 m3/s,事故备用水库库容分别150 万m3和936 万m3。埋管段为单根DN3400 mm～DN3000 mm 的PCCP 管,管道工作压力0.6 MPa～1.2 MPa。PCCP 管道回填施工流程见图2。

图2 PCCP 管道回填施工流程图

如图2 所示,整个输水管线工程分为5 段,①管线0+000～8+075～12+898.2 段,地势南东高,北西低,管线呈北东走向,顺管方向地面高程657.3 m～666.2 m～648.5 m,该段含土砾碎石层、粉土质砂层、砂砾石夹砂层,施工时无地下水干扰。②管线12+898.2～23+214.8 段,沿依连哈比尔尕山在黒山头南侧,近南北向通过黑山头隧洞后呈北偏东向展布。③管线23+214.8～33+571 段,地势南高北低,管道开挖无地下水干扰,工程地质条件一般。④管线33+571～60+136.4 段,顺管方向地面高程634.9 m～593.1 m,管身段土层对混凝土具有轻度～严重腐蚀性,回填施工质量控制效果很容易受到影响。⑤管线60+136.4～65+100 段,位于托托河冲洪积扇中上部,地势南高低,管线由北东转东西向再转南东向,顺管方向地面高程610.1 m～607.3 m。以上各段低洼处、洪沟、河道时做好了过洪与保护设施,能够保证回填施工的整体质量。

2.2 应用结果

随机选取密实回填、L02-90%、L02-85%等回填工况,分别将01 层、02 层左、02 层右等回填土的弹性模量进行分析。在回填施工要求压实度一致的条件下,使用本文设计的施工质量控制方法分析回填土压实度,见表2。

表2 应用结果

如表2 所示,在进行PCCP 管道回填施工的过程中,管道环向应变分布不同,回填的工况相应不同。密实回填就是回填土密实的区域,L02-90%就是回填土平均压实度为90%的区域,L02-85%就是回填土平均压实度为85%的区域。也就是说,在其他条件均一致的情况下,密实回填、L02-90%、L02-85%等回填工况,回填施工要求压实度分别≥95.50、90.50、85.50,保证回填施工质量。在回填施工要求压实度一致的条件下,使用本文设计的施工质量控制方法的回填土压实度,均在回填施工要求压实度的范围内,可以保证PCCP 管道回填施工质量,施工质量控制效果较佳,符合本文研究目的。

3 结语

近年来,输水管线工程建设进程加快,区域内的人们无论是水质还是水量均得到了保障,对于区域内的水利发展具有重要作用。PCCP 管道的结构形式为钢筒混凝土形式,施工较为简单,在输水管线的应用上较为广泛。但是,受到PCCP管道回填时的振动影响,回填施工质量不佳,很难保证输水管线工程的施工质量。因此,本文设计了输水管线工程PCCP管道回填施工质量控制方法。从加固回填土、改良回填土料、安装扰动装置等方面,对管道回填施工质量进行有效控制。通过以上研究,旨在提升回填施工质量,为输水管线工程的建设提供保障。