1 工程概况

1.1 南水北调中线工程向永定河生态补水工程简介

南水北调中线工程向永定河生态补水通过新建连通管道、穿堤管涵、出水涵等将大宁水库与永定河连通。在确保南水北调中线工程安全的前提下，实现中线水向宛平湖末端至京良路段永定河进行生态补水，既改善了永定河生态环境，又进一步发挥了中线工程社会和生态效益。其中出水涵为4m×4m的钢筋混凝土结构，混凝土强度等级为C30W6F150，需下穿小红门再生水管线，达到向永定河生态补水的目的。

1.2 小红门再生水管线工程简介

小红门再生水管线位于本工程桩号0+730.197，位于出水涵上方，管中心高程49.500m，其结构为钢管外满包钢筋混凝土结构，钢管直径为1400mm，钢管壁厚12mm，钢管外采用四油一布加强级环氧煤沥青涂料，钢管外包PE卷材，厚10mm，钢筋混凝土包封为50cm，钢筋直径为12~16mm。

1.3 出水涵与再生水管线的位置关系

出水涵涵顶与再生水管线包封底相距0.2m，同时再生水管线肩负供水任务，故不能采取断管后再恢复的施工方案，为了保证再生水管线的供水任务，同时又能保证本工程的工期目标，故采用出水涵下穿再生水管线，对再生水管线进行减重后，上方悬吊保护、下方钢管支撑的方案，对管线下土方进行开挖与支护。

再生水管线与出水涵位置关系截面示意如图1所示。

图1 再生水管线与出水涵位置关系截面示意

2 施工方案

2.1 施工原则

为了满足出水涵施工要求，并本着对再生水管少拆除、尽量保留原有结构的原则，本次拆除钢筋混凝土跨度为6m，拆除后对钢管进行悬吊保护，在确保安全的前提下，对管道下土方进行开挖。开挖散水采用喷锚支护方式，确保边坡安全，开挖完成后增设钢管支撑。

同时为出水涵创造施工空间，待出水涵涵身施工完毕后恢复再生水管线原状。总原则为“先减重，再保护，先拆除管道钢筋混凝土包封，再对钢管进行悬吊保护”。

2.2 再生水管线包封钢筋混凝土拆除

综合考虑，再生水管线重量大多来自包封钢筋混凝土重量，考虑混凝土自重，保护困难，故采用水钻钻孔、绳锯切割混凝土方法减小再生水管重量。

钻孔及切割分两次进行，每次切割厚度15cm，总计30cm。钻孔孔径50mm，孔距500mm，切割顺序为先上，后左右，最后切除下部混凝土。

第一次切割完成后观察再生水管线情况，再生水管线沉降监测符合规范要求后进行第二次切割。

为了防止再生水管线产生沉降，先保留再生水管线下部混凝土，同时也利用其保护悬吊钢管。

小红门再生水管线包封钢筋混凝土切除示意如图2所示。

图2 小红门再生水管线包封钢筋混凝土切除示意

2.3 悬吊梁架设施工

悬吊梁采用I63c热轧普通工字钢，为了保证再生水管线不产生沉降，悬吊梁长14m，采用直径28mm钢丝绳结构物绑扎，在完好管道钢筋混凝土包 封上各外延2m。在管线底部土方开挖前，凿除钢筋混凝土包封内每0.5m设置一道钢丝绳，进行环向悬吊，并在伸缩缝处进行钢丝绳加密悬吊。管顶沉降最大值5mm，为了控制再生水管线沉降，架设钢梁后，将再生水管线向上预吊1~2mm上拱。小红门再生水管线悬吊梁示意如图3所示。

图3 小红门再生水管线悬吊梁示意

为了最大限度地保证再生水管线安全，在悬吊加固完成后，在再生水管线下部土方开挖前，进行管道下部包封钢筋混凝土的拆除施工，根据钢丝绳环向吊装距离，每造出一段混凝土就进行钢丝绳的收紧加密，确保再生水管线的钢管稳固，在钢丝绳与钢管之间增加橡胶垫片，确保在悬吊期间不会对光管外防腐产生破坏。

拆除包封钢筋混凝土后小红门再生水管线悬吊梁示意如图4所示。

图4 拆除包封钢筋混凝土后小红门再生水管线悬吊梁示意

2.4 再生水管线下土方开挖

根据悬吊保护方案，为了保证边坡稳固，再生水管线下土方采用人工分段分层形式开挖，边坡保护采取随开挖随注浆喷锚加固的方法，土方开挖完成后，再生水管线下方采用钢管支护。

施工原则“分序开挖、增设支柱、承重土体注浆固结、开挖边坡喷锚支护”。

故本次开挖分3段进行，如图5所示。

图5 小红门再生水管线下土方开挖步序示意

2.4.1 再生水管线下方边坡土方注浆固结

根据再生水管线悬吊保护方案，首先对再生水管线切割后的两侧土方进行注浆固结，注浆采用2.5m长小导管无缝钢管入土体内，小导管环向上间距0.4m设置泄浆孔（泄浆孔成梅花形布置）进行双液浆固结。

固结加固根据开挖步序分次进行，保证在每次开挖前对边坡土方进行注浆固结，以保证边坡开挖过程稳固，在完成后立即进行喷锚支护。

再生水管线下方边坡土方注浆固结步序示意如图6所示。

图6 再生水管线下方边坡土方注浆固结步序示意

2.4.2 土方开挖及喷锚支护施工

土方开挖完成后，为了保证边坡稳定，立即对边坡进行喷锚支护，喷锚采用直径25mm、长2m的螺纹钢筋作锚杆，打入土体内1.9m，外露10cm，挂钢筋网片进行喷锚。

因本次土方开挖为分序开挖，根据注浆固结及土方开挖步序，喷锚支护与注浆固结步序相同。

2.4.3 再生水管线增设支柱

为了保证出水涵施工期间的供水安全，在开挖过程中及开挖完成后进行支护，支护采用直径400mm的无缝钢管，壁厚1.5cm，根据开挖步序分3次进行支护。

第一次支护选择在土方开挖、边坡喷锚支护完成后，在再生水管线下方采用直径400mm、壁厚1.5cm的无缝钢管，进行长2.5m的临时支护。

小红门再生水管线第一步临时支护示意如图7所示。

图7 小红门再生水管线第一步临时支护示意

第二次支护选择在第2步土方开挖、边坡喷锚支护完成后，采用2根并置直径400mm、壁厚1.5cm的无缝钢管，进行长4.8m的永久支护，支护距离边坡底口1m，在出水涵内侧墙内，位于再生水管线下方中间位置，待出水涵混凝土施工完毕后，对出水涵内钢管进行切割。小红门再生水管线第二步永久支护示意如图8所示。

图8 小红门再生水管线第二步永久支护示意

第三次支护选择在拆除临时支护，第3步土方开挖、边坡喷锚支护完成后，采用2根直径400mm、壁厚1.5cm的无缝钢管，进行长4.8m的永久支护，支护距离边坡底口1m，在出水涵内侧墙内，位于再生水管线下方中间位置，待出水涵混凝土施工完毕后，对出水涵内钢管进行切割。

小红门再生水管线第三步永久支护示意如图9所示。

图9 小红门再生水管线第三步永久支护示意

为了保证支柱的稳定性，在支柱下方将钢板切割成边长为0.5m的等边三角作为钢管的斜撑，并在钢管顶部与再生水管线混凝土之间采用钢板进行塞垫，钢板片数根据现场钢管与混凝土之间距离调节，保证支柱与再生水管混凝土完全贴合，并处于受力状态。

2.5 再生水管线混凝土包封恢复施工

待出水涵混凝土浇筑完成后，在出水涵上方浇筑混凝土垫层，在拆除管道下部与出水涵之间采用直径400mm的无缝钢管进行支撑转换。

转换完成后，对出水涵墙体内钢管进行同强度等级的混凝土浇筑，出水涵内钢管切除，涵顶及涵基础内钢管采用直径16mm的钢筋与钢管焊接，然后浇筑同强度等级的混凝土。

根据小红门再生水管线管道包封结构及钢筋图，对再生水管线外圈钢筋进行安装。安装完成后，进行模板支护，对再生水管线进行恢复。

3 安全监测

施工期主要监测内容为再生水管线的沉降变化。再生水管线悬吊长度为6m，沿轴线方向在再生水管线顶面设置3个监测点，监测点用油漆标记，沉降采用精密水准仪量测。施工时，再生水管线沉降控制值允许变形值 S _max =3mm，变化速度不超过1mm/d，监测频率为1次/d。施工过程中再生水管线未发生沉降，施工效果良好。

4 结束语

在南水北调中线工程向永定河生态补水工程中，严格按照施工工序及施工步序进行作业，采用上方悬吊加下方钢管支撑方式，更好地保证了再生水管线在不断水条件下的安全运行。

采用人工分段分层注浆喷锚保证了管线下方边坡稳定，为出水涵提供安全施工场地。

再生水管线混凝土包封恢复时在出水涵上方浇筑垫层混凝土，有效地将两个水利设施分隔开，保证了相互运行的安全。