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1、总体施工方案一、概述2015年3月底4月初，郑州市普降中到大雨，4月2日上午10时40分，郑州管理处工作人员在工程巡查时，发现启福大道公路桥下游约50m处渠道边坡混凝土面板下滑；10时44分，发现王庄污水廊道右岸检修井出口处北侧土体有塌陷坑，井盖处有水流痕迹；11时35分和12时09分，发现井盖处两次快速溢水，继续冲刷塌陷坑；12时18分，发现一级马道污水廊道位置突然有水喷出，随即出现塌陷，渠道面板进一步顶托、下滑。稳定后通过查看，污水廊道出口处形成长约10m，宽约5m，深约7m的塌陷坑。一级马道范围内形成长约2m，深约2m的塌陷坑。同时，由于水流冲刷边坡衬砌面板下部土体，造成衬砌板下形成“契
2、形”空腔，并造成面板隆起、凹陷、开裂、滑塌，纵向为6块、横向为2块（共12块)。总干渠、王庄污水廊道相对位置见图1-1。4月2日总干渠王庄廊道右岸发现险情后，设计单位共发出应急措施通知12份，通过实施对右岸堤顶冲坑、一级马道塌坑进行支护、回填；衬砌板复位、压盖；右岸竖井加固；右岸二级边坡灌浆回填处理等应急措施后，经初步观测和沉降监测数据显示，右岸边坡沉降基本稳定。南水北调中线目前正处于正常通水期间停水检修影响较大，根据有关会议精神，南水北调中线工程建设管理局布置开展衬砌板水下修复技术研究工作，在满足南水北调通水运行的条件下，研究设计桩号SH()196+804196+836段渠道右岸一级马道以下
3、破坏的衬砌面板及坡体恢复方案，并研究向总干渠其他混凝土衬砌边坡破坏的渠段推广的可行性。二、总干渠原设计形式渠段为全挖方渠段，挖深19.50m左右，渠道纵向设计比降为1/25000，设计底宽b=17.5m，渠道内边坡自下而上依次为1：3、1：2.75、1：2.5，设计水深7m，加大水深约7.697m，设计流量295m3/s、加大流量355m3/s。渠底高程为112.965112.963m，设计水位119.965119.963m，加大水位120.662120.660m，一级马道高程121.66m，宽5m，一级马道以上各级马道宽2m，相邻马道高差6m。渠段过水断面为现浇混凝土衬砌，渠坡厚10cm、渠
4、底板8cm，强度等级为C20，抗冻等级F150，抗渗等级W6。渠道衬砌分缝间距4m，通缝和半缝间隔布置，缝宽2cm。分缝临水侧2cm均采用聚硫密封胶封闭，下部均采用闭孔塑料泡沫板充填。混凝土衬砌板下采用规格为600g/m2的两布一膜对渠道衬砌断面进行铺设防渗，复合土工膜膜厚0.3mm；渠段采用过水断面铺设保温板进行防冻设计，左岸渠坡保温板厚度2.5cm，右岸渠坡和渠底保温板厚度2cm；渠坡保温板下砂垫层厚0.1m，渠底保温板下砂垫层厚0.2m。渠底布设球形逆止阀2排，左右岸渠坡各布设拍门式逆止式排水器2排，排水器间距均为8m，交叉布置。本渠段排水沟均为矩形断面：一级马道纵、横向排水沟宽0.4m
5、，沟深0.6m，厚度0.15m，C15混凝土结构。其余纵横排水沟深和宽均为0.3m，采用C15预制混凝土“凹”形槽，厚度0.1m，每段长0.6m。渠道一级马道以上内坡采用“混凝土六角框格+草皮”进行防护。本段截流沟布置在渠道左岸防护林带外侧、渠道永久占地外边线内侧1m处。沟底宽2m，边坡1:1.5，采用0.3m厚浆砌石全断面护砌。本段防护堤布置在渠道开口线以外13工程管理范围之内截流沟内侧，距开口线1处，左岸防护堤堤顶宽度3m，边坡1:1.5，临水侧采用0.3m厚干砌石防护。图3-1渠道典型横断面图三、维修区域水下现状1、水下障碍物分布情况：2017年11月1日至2日，我单位组织专业潜水队做了
6、施工前期水下摸排及摄影，按照（1-1摸排范围示意图）预定的板序逐板摸排，在潜水员摸排过程中利用水下高清摄像机实时传回水下图像，岸上人员配合绘图得出以下结果（如图）： 3排3-7至3-10有大量碎石袋压重覆盖，一直到4排4-7至4-10。4排4-4至4-10与5排交接处有碎石袋。（如图，图中标红区域为碎石袋加重覆盖区域）5排5-4至5-7衬砌板破碎滑落至渠底，5排5-4至5-7板与6排交接处的基础料隆起约90-100cm高，长度16m。 5-8和5-9板与4排交接处衬砌板隆起约90cm-120cm高。6排6-4至6-7区域内有滑落的大块衬砌板，延伸至8排8-4至8-7区域，并淤积有大量块状碎料和
7、沙粒等杂物。7排7-10、7-11，8排8-10、8-11，在这4板区域内也分布有大块破碎衬砌板叠压，并淤积有大量块状碎料和沙粒。2、下面利用图片重点介绍以下几个区域：3排，3-5板至3-10板与4排的交接处，有大量碎石和碎石袋压重覆盖厚度约15cm至20cm。4-4至4-6与5排交接处有碎石袋压重，厚度大约40-50cm。如图4-7至4-9板整板覆盖有碎石袋压重厚度50-60cm。3）5排，板号5-4至5-7板处（4块）无衬砌板，土工膜外露，与6排交接处隆起约90-120cm高，长度16m。（如图所示）5-8和5-9板与4-8、4-9板交接处2块板凸起约90cm-120cm高，板下有碎石袋填
8、充。（如图所示）3、水下障碍物对施工的影响：通过前期水下摸排水下障碍物分布情况来看，渠坡5排5-8、5-9隆起的衬砌板，6排7排板面上破碎叠压的衬砌板，影响到了后续的钢管桩打桩施工。5排5-4至5-9板下的复合土工膜和基础料隆起，隆起高度约90-120cm，长度约24m，与3排向下延伸至5排的碎石袋压重，阻碍了钢围堰施工时中部支撑（竖向支撑）的安装位置。分布在渠底8排至9排，滑落叠压的衬砌板和大量淤积杂物。占据了钢围堰施工的堵头单元安装位置。分布在这些区域的障碍物，在后续钢管桩打桩和钢围堰安装施工前必须先进行打捞及清理。四、工程施工条件1、 施工现场作业条件及其有限，道路通行限宽4米限重10t
9、，超宽超重的大型运输车辆及大型吊车不能入内。2、 项目为试验项目，设计方案只是框架，无细部图，无相关参数，好多参数要通过现场试验得出，无形中给现场施工增加了很多难度。3、 南水北调通水流速达到0.65m/s，对管桩、钢围堰施工影响很大，且水下作业难度很大，依据相关规定当水流速超过0.5m/s潜水员不得下水。五、设计钢围堰施工方案1、钢管桩施工拟采用浮箱平台进行水中钢管桩施工。配备DZ60VN-4000E型震动锤1台，5t汽车起重机一台。结合现场条件，拟定浮箱平台。尺寸为19141m，由91个2m1m1m厚度2mm的钢浮箱组成，通过螺栓及连接板拼装而成，上铺10mm厚钢板，并设置钢管桩施工套筒。
10、浮箱平台抛锚定位后，利用经纬仪进行钢管桩定位，利用起重机将钢管桩吊起，放入钢套筒中，振动锤夹住钢管桩，开始振动沉桩施工。当钢管桩底达到设计高时，停止沉入。钢管桩与渠坡连接端焊接连接法兰，待围堰钢桁架安装完毕后，采用起重机吊装渠坡以上与围堰钢盖板连接段桩体，采用潜水员水下与渠坡端法兰连接施工。2、钢围堰施工蓬式围堰共7跨，总宽度48.6m，中间钢桁架支撑共6组，外侧钢桁架支撑共2组，顶板采用工字型钢及钢板组合成梁板式。钢围堰支撑竖墙采用立体钢桁架，单座宽度1.2m，高度2m，长度18m，重约12.33t。钢桁架采用工厂化生产，每2m为一节。围堰钢顶板采用工厂化生产，现场拼装。每块顶板的平面尺寸为
11、6.2m2m，重约1.55t。浮箱抛锚定位后，利用经纬仪进行钢堵头定位，利用起重机将堵头吊入水中，潜水员通过系在钢架上的拉缆对堵头位置进行调整，准确放在设计位置。堵头施工完毕后，进行钢导轨的安装。依然通过浮箱上的起重机吊装。钢导轨一端通过螺栓连接至钢堵头，另一端通过螺栓连接至马道上的固定支架。钢围堰采用七跨连续，分节施工方法。即钢桁架支撑每次连接1节，七跨通过顶板连接成一个整体，统一吊装，共分为9次吊装施工，每次施工尺寸为7跨1节（长2m，宽48.6m）。在堤顶设置10 kN移动式卷扬机8台，每节钢桁架通过一台卷扬机牵拉，进行钢顶板的安装，通过钢顶板将钢围堰连接成一个整体，7跨钢桁架同时沿渠坡
12、下滑，下滑一定距离后，采用5t汽车起重机吊装7跨第二节钢桁架及顶板，与第一节钢桁架通过螺栓连接，卷扬机牵拉下放，依次连接安装第三第九节钢围堰。钢围堰牵拉下滑至设计位置后，采用浮船上起重机将钢桁架吊起，拆除钢轨道并通过卷扬机将钢轨道拉至马道，放下钢桁架，并与钢结构堵头通过螺栓连接成整体。钢顶板安装到支撑上后，进行气囊、充气管道同顶板的连接。土工膜在岸上焊接，整体铺设，由于土工膜面积较大，铺设时可在围堰外侧设置滑轮，人工滑动入水，潜水员配合水下铺设，用预制块或袋装砂压紧土工模。围堰安装就位后，将钢管桩同围堰钢支撑连接，检查整个围堰连接完成形成一个整体结构后，开始对钢顶板安装的气囊进行充气，同时将维
13、修区域围堰内的水排出，围堰内降水应控制降水速度。通过二级边坡底部降水井降低渠坡下的地下水位，需要与地下水降水同时进行，防止衬砌板在浮力作用下隆起破坏。3、钢围堰支撑替换为了方便钢管桩与水下支撑区域的衬砌板修复，计划在施工期间替换中部支撑。 38 六、现场拟定的施工方案1、说明及施工流程我单位自进场以来，通过结合现场实际情况并不断与设计、钢结构加工、吊装、打桩等相关专业队伍沟通方案，最终确定了初步方案，后期会通过现场实际情况进行不断优化调整。施工前期准备（施工测量、水下摸排、水下障碍物打捞等）钢围堰加工制作复合式土工膜铺设水上作业平台制作安装钢管桩施工钢围堰安装钢围堰排水混凝土衬砌修复钢围堰、水
14、上平台拆除。2、具体施工步骤2.1施工前期准备：2.1.1、施工测量：使用GPS测量仪建立测量控制网，按照设计桩号实地布置施工区域，在衬砌板上标明板号，1:1缩小绘制施工区域示意图。2.1.2、水下摸排：1）排查渠坡渠底上的障碍物分布，及钢围堰闭水单元与总干渠，渠坡及渠底接触位置的基面平整度，能否满足钢围堰的闭水需求。摸排区域钢围堰的3个外边缘各外扩4m，钢围堰所在区域桩号196+794.55-196+843.15，长48.6m，水下部分垂直于水流方向26m。并沿渠道分缝（横缝、纵缝）进行网格化编号、制作标记示意图。2）摸排及摄影行进路线，由上游第三排与第四排衬砌板交接处，顺水流方向开始摸排S
15、型行进路线，垂直于水流方向间距2m为一个摸排线路，逐排向渠底中心处摸排并摄影。如图：（1-1摸排范围示意图）2.1.3、水下障碍物打捞1）现场制作小型简易浮台，左右岸进行牵引，使浮台可以往返于岸边浅水区和障碍物分布区。2）浮台上安装两个10t手拉葫芦，用于起吊水下块状障碍物。3）打捞障碍物：利用潜水员用风钻对渠底滑落的衬砌板钻孔，植入吊装环，并配合把浮台钢丝绳吊钩挂在吊环上。通过调整两个10t手拉葫芦收放钢丝绳的长度，来调节衬砌板的起吊高度和角度。将浮台牵引至靠近岸边的浅水区，放下打捞物后返回打捞区，浅水区的打捞物再另行吊装上岸。水下块状碎料收集，潜水员可采用网袋收集，同上操作流程操作浮台起吊牵引至岸边。4）清理隆起基础料及碎石压重：用长臂挖掘机对围堰中部支撑部位隆起基础料及碎石压重进行清理，并对凹陷区域进行填补。5）再次进行水下摸排，确定施工区域内的障碍物已清理干净。2.2钢围堰加工制作按照设计图纸，钢围堰采用6m*2m的小模块拼接而成。通过与加工厂家一起对渠道施工道路及破坏现状进行分析，制定合理钢围堰安装方案，并通过业
