水冲管线远距离陆路运输时中端路由节点的保障技术研究

张 弛， 龙莉波， 国文智

(上海建工二建集团，上海 200080)

1 工程概述

浦东机场T3航站楼位于T1、T2航站楼，和卫星厅所组成的大型航空港的中轴线上。由于T3航站楼周边部分区域是吹砂形成的。浦东机场T3航站楼基坑出土时，周边的道路无法满足大量的大型运土车辆通行。为了解决这一矛盾，并节约成本，机场的基坑开挖的运土可以采用水冲管线来代替土方车出土。本文探讨了中路管线铺设时候的主要保障技术。

2 设备与路线

水冲法是利用高压水枪喷出告诉水流，冲击土体，使得土体松散，形成泥浆。再通过接力泵运送泥浆的新的土体挖掘与运输的办法[1]。喷枪的冲水压力一般要达到0.6 MPa以上，冲击水体与所开挖土面呈30°到60°的角度，连续冲刷下，泥浆由泥浆点流向泵底部[2]。一般每立方米土需要3～4 m3的水。泥浆泵距离冲刷点5～10 m为宜，为使泥浆顺利外排，应用浮筒法固定泥浆泵，泥浆泵固定在井字架上，使吸泥口距离基底30 cm以上[3]。水冲尤其适合在砂土和干燥的地质条件中使用，在潮湿黏稠甚至淤泥质土层时，效率明显降低[4]。上部机械行驶，会对软土地区大量的桩基产生较大的扰动与破坏，水冲法仍值得研究与推广[5]。

2.1 接力泵

中端路由管线与接力泵构成了中端路由。水冲管线可以采用钢管，也可以采用PVC管，通过管线之间的接力泵完成水泥浆的运输。当水泵用于泵送泥水时有效输送泥水距离为1 500 m，水泵油耗量为41～47 L/h。管路及接力泵布置原则及基本参数，表1。

表1 水泵选型及参数(泵送水)

转弯越少、转弯角度越小，接力泵能量损耗越少，见表2。

表2 路由转弯能量损耗

随着水泵流量增大，接力泵能提供的扬程逐渐下降，功率逐渐提高，机械效率先增后减。

2.2 管线布置

前端及末端泵点为预设点位，具体位置需综合考虑航站楼水冲法施工场布、业主及有关部门对围区卸土点的要求，如图1所示。中端1#点位设置于河滨东一路区域，距离前端泵点1 000 m；中端2#点位设置于拖机道西边空地，距离1#点位1 400 m；中端3#点位设置于拖机道桥以东禁区围界南侧空侧，距离2#点位1 300 m，距离末端泵点1 000 m。

图1 管线及接力泵布置点位图

2.3 燃料

柴油发电机所用柴油使用定制化危险品仓库进行储存，如图2所示，并配备专用灭火器等消防设施，清除周边20 m范围内的杂草。指派专人监管，取用均需进行登记。

图2 柴油储存设备图

每台柴发每小时耗油46 L，一台加油车(10.6×103L)供应7个泵点并循环加油，每天需外购3次，平均每个泵点4 h补充一次油料，每个泵点需有6 h燃油储备，即2 760 L。因此每个泵点设置2座危险品仓库，每仓库内含1 400 L燃油罐。

3 特殊节点

3.1 上穿河流

背景：现状飞机跑道通过排水沟及涵管将雨水排入围场支河，通过下穿既有围场河路的三孔排水箱涵排入围场河。

原则：施工期间保证围场支河正常通水。

做法：管道铺设采用架设钢便桥，如图3所示。

图3 管线上穿围场支河方案图

3.2 下穿临时道路

背景:现状该道路用于接通东侧跑道调蓄水池，目前该道路仅为附近农民种地拖拉机进农田的道路 ，不作为社会车辆通行的道路。

原则：河滨东二路保留其原有功能。

做法：道路抬高0.9 m，下设管线，如图4所示。

图4 管线穿河滨东二路方案图

3.3 绕堆载区

背景：根据2020.5指挥部的汇报资料，飞行部拟对现状机坪区域堆土进行搬迁。结合指挥部场内土方平衡整体安排，计划在D4堆载体边设置B、C两处临时土方存放点，共计可容纳土方约10万m3，用于接纳近期配套部、卫星厅工程部相关项目施工时产生的外弃土方，待堆载预压地基处理项目开工后将上述土方运至堆载区域使用。

需求：由于缺乏详细的堆土区定位资料，根据现有指挥部汇报资料，可能对我方水冲法排管造成影响的为C区、D4区堆载体。排管所需净宽最小为10 m，为减少管线泄露对纬十一路的不利影响，排管距离纬十一路30 m，为安全起见,排管距离堆土区边界线也应为10 m，因此需要C堆土区距离纬十一路路边最小为50 m。由于河滨东一路两侧需布置泵点，因此D4堆土区距离纬十一路路面最小为95 m。

备选方案设想：如堆载区域无法满足水冲法排管的要求，则采用备选路线，即过围场支河后整体向东延伸，从堆土区北侧绕行至拖机道，如图5所示。

图5 管线与远期飞行部堆载区位置关系图

3.4 下穿市政道路

背景：现状经一路为双向四车道混凝土路面，宽度约16 m，路下管线情况不明。连通纬十一路、经三路，并以下穿通道形式沟通东侧飞机跑道南北两侧。

原则：经一路在水冲法排管期间需要保持通行。

方案设想一：暗埋水冲法排管。备注：现状经一路管线路由资料需业主提供。

方案设想二：平铺水冲法排管，原路面局部抬高,如图6所示。备注：如现场管线较为复杂，推荐主方案设想。需抬高路面长度：46 m，抬高高度0.9 m，坡度5%,如图7所示。

图6 管线穿经一路方案设想图

图7 管线穿经一路区域道路纵向剖面图

经一路改造区域位于经一路、纬十一路交叉口区域，原经三路由于新建自贸区围墙而断路，原丁字路口改为直角转弯区段，如图8所示。由于原经一路道路抬高，相关区域涉及道路设施需进行改造。

图8 (a) 自贸区现场照片；(b) 道路改造位置

3.5 穿围界

背景：拖机道位于机场飞行禁区以内，用于试验飞机由厂区进入试飞跑道的通道。现状拖机道西侧有一条进场道路。车辆及试验飞机通过岗亭进入飞机跑道区域。双层禁区围界宽度5 m，禁区围界与内部道路距离3 m，道路宽度5 m，禁区围界与自贸区围界距离4.5 m，如图9所示。

图9 管线穿自贸区围界及飞行区围界方案

原则：不占用自贸区用地范围，通过改造禁区围界、岗亭及相关设施搬迁为水冲法提供路由。

方案设想：禁区围界向内退4 m，占用西侧进场道路2 m，岗亭东侧增设一套起落杆，变电所搬迁，至围场河900 m距离设置3个错车道，错车道宽8 m。需改造禁区围界长度为900 m。

管线区域设置防护棚以防止管线泄漏向周围喷射泥浆污染拖机道、自贸区，防护棚上部架设防风缆，两侧加装带窗隔墙，内部设置通风设施，如图10所示。

图10 管线穿自贸区围界及飞行区围界位置相互关系与防护棚图

3.6 下穿桥梁

背景：拖机道桥位于机场飞行禁区以内，用于试验飞机过围场河的通道。

原则：拖机道桥水冲法排管期间保通；桥下围场河过水断面满足防汛要求。

方案设想：采用成熟工艺——浮管(可随河面上下浮动1.5～2 m)，下穿拖机道桥桥洞,如图11所示。据现有资料，围场河设计最高水位为3.6 m，最低水位为1.5 m，常年水位为2.35 m，满足浮管上下浮动1.5～2 m的要求。

图11 管线下穿拖机道桥图

备选方案：如围场河近年实际水位数值浮动远超设计值，难以满足浮管运行的要求，则在桥台、墩台后置埋板，架设钢桁架，上方铺设管线。

4 泥浆池

除T3航站楼前端及末端泵点外，还需设置3台接力泵，分别为1#泵(河滨东二路)，2#泵(拖机道)3#泵(拖机道桥)，如图12～图14所示。泵点位置场地布置原则是在接力泵前设置溢流箱，连通临时泥浆池，用于调控泵间压差；场地布置需充分考虑周边环境，并减少管线转弯角度；泵点需充分考虑周边交通情况，方便维修、管理及监督。

图12 中端路由接力一泵及泥浆池图

图13 中端路由接力二泵及泥浆池图

图14 中端路由接力三泵及泥浆池、蓄水池，排水明渠图

5 总结与展望

在场地条件苛刻的情况下，需要做好市政建设的防护。配备好相应的油料，并做好维修方案。在接力泵点设置泥浆池可以很好地调节前后接力泵之间的压差。水冲法与逆作法的组合是需要继续研究的内容。