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【摘要】基于使灌河地涵的立交型式在结构上更为可靠，施工方便，造价经济，着重分析了潜运沉管箱涵方案、顶管方案的特点，并在结构、经济、施工三个方面进行比选，最终确定了顶管方案。
【关键词】立交地涵；结构比选；投资
Optimization Research of Guanhe River Underground Culvert Ding Guo-ying,Tao Wei,Lv Da-wei 【Abstract】Based on the principles of structure safe and reliable, construction convenient and cost less, the characteristics of submerged sinking box culvert and jacking pipe culvert is analyzed, the type of structure, cost and construction of culvert is compared at the same time, and the scheme of jacking pipe culvert is recommended. 【Key words】Underground culvert;Structure comparison;Cost
1. 概况
（1）连云港疏港航道结合送水工程利用已建的通榆河工程和连云港疏港航道，增做部分调水工程，可具备向连云港增加供水的条件，为连云港市经济社会发展提供水资源保障，或蔷薇河水体受污染无法使用时，通过该工程向连云港市供水，保证连云港市生活生产用水需求。灌河立交地涵是连云港疏港航道结合送水工程的重要组成部分，位于黄响河与灌河交汇处。灌河地涵设计流量为50m3/s。
（2）灌河地涵工程等别为Ⅲ等，主体建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物等级为5级。灌河是无控制的一条天然入海潮汐河道，全长74.5Km。它既是沂南地区排水入海的重要河道，又是一条重要的航运通道。该河河宽、水深，河水位受潮汐影响较大。因此灌河地涵的设计方案须以灌河不断流而能顺利实施为前提。
（3）为进一步做好方案比选，正确估算工程投资，按施工方案不同，考虑了顶管和沉管两个方案进行比选。
2. 灌河地涵立交方案
2.1顶管方案。
（1）顶管方案，即在灌河南北侧分别设置工作井及接收井，在河床以下以液压为动力将钢管或混凝土管从一侧顶至另一侧的施工工艺。顶管过灌河后再采用明挖现浇混凝土箱涵的方法与洞首衔接。
（2）地涵设计流量50m3/s，4孔，总长约500m。地涵主体由上、下洞首、收缩（或扩散）段、沉井及内部斜管段、井间主涵管这几部分组成。主涵管长450m，采用4根3.5m钢筋混凝土预制顶管，顶管间距为9m，管中心高程为-15.55m。
（3）顶管施工的工作井和接收井均为钢筋混凝土沉井，工作井布置在场地开阔的灌河北侧。工作井和接收井的平面尺寸均为40×22.5m，井底高程均为-21.1m，顶部高程根据两岸地面高程确定，分别为3.5m和4.0m；工作井和接收井内布置涵洞的斜坡段。
（4）上、下洞首长均为10m，孔径均为3.5m×3.5m×4孔，底板面高程分别为-2.0m和-2.5m。
洞首与沉井内涵管间采用15m长的扩散段（收缩段）连接。
2.2沉管方案。
（1）地涵设计流量50m3/s，4孔，总长约500m。地涵主体由上、下洞首、河中沉管段及沉管两端与洞首间连接段几部分组成。
（2）沉管段长300m，分5节，每节长60m。沉管为4孔箱形结构，每孔孔径为3.5m×3.5m，底板厚0.8m，顶板厚0.6m，边墩和隔墩厚分别为0.7m和0.6m。沉管在河床中的最小覆盖厚度为2～3m，由于灌河河床断面不规则，平均覆盖厚度按3m考虑。根据河床断面情况，河底处两节沉管为水平放置，南侧一节和北侧两节沉管为顺河底走势呈倾斜放置。
（3）沉管下面采用砂石垫层基础，厚90cm，沉管在基槽中以碎石锁定，进行沉管覆盖时两侧填砂石，管顶抛防锚块石，厚1m，再以土将基槽填平。
（4）沉管两端与洞首间连接段为普通箱涵，上游连接段长60m，3节；下游连接段长80m，4节，其中2节为斜坡段。
（5）洞首及翼墙等与顶管方案相同。由于沉管只有5节，其预制考虑在干坞中一次全部制作完成。干坞布置在地涵附近，其面积考虑沉管预制及浮运要求，初定为100m×125m。坞底高程根据灌河潮位、沉管高度及浮运时管底与坞底的距离要求确定为-3.5m。
表1顶管方案洞身部位主要工程量及投资
项目 单位 工程量投资
（万元） 备注
砼及钢筋砼工程铺砌工程基础工程土方工程
预制顶管m367731355
沉井及连接段m3175571756
抛石m3//
砂石垫层m3//
搅拌桩基础m388617.3连接段基础
砂石垫层m3//
挖方m370977132.3
填方m34239954.5
征地拆迁
弃土占地施工临时占地 永久 亩 9.2 27.6 堆高3m以上弃土
临时 亩 16.6 16.6 堆高2m以下，可复耕
堆土 亩 9.1 5.5
预制场 亩 6.8 4.1 指顶管预制场
拆迁房屋 m2
合计 3368
3. 灌河地涵立交型式比选
3.1结构技术比选。
沉管方案结构为整体箱型，结构具有整体性好、刚度大、地基应力小以及密封性好等优点。但是在洞身拼装时止水较难处理。顶管方案洞身为圆形断面，结构受力条件比沉管方案好。
3.2经济比选。
（1）根据以上方案设计，两个方案在技术上均可行。两方案中，洞首、翼墙、上下游引河均相同，不同部分在洞身段，顶管方案的洞身段为顶管、两岸沉井及内部斜坡段、两岸的洞首与沉井之间的连接段；沉管方案的洞身段为沉管、两岸的洞首与沉管之间的连接段。对两个方案洞身段的主要工程量进行统计，编制投资比较表，详见表.1和表2。
（2）由表1和表2可知，沉管方案比顶管方案的砼及钢筋砼工程量少9千多m3，但增加了沉管砂石垫层基础、沉管两侧砂石回填及顶部抛石；由于沉管方案连接段相对较长，增加了水泥土搅拌桩基础处理费用；由于沉管方案需建干坞、连接段施工需打拆围堰，带来土方工程量及占地大幅增加。因此，在投资费用上，沉管方案比顶管方案要高268万元（直接费用）。
表2沉管方案洞身部位主要工程量及投资
项目 单位 工程量投资
（万元） 备注
砼及钢筋砼工程铺砌工程基础工程土方工程
预制沉管 m3 9636 1445
连接段 m3 5349 535
抛石 m3 5100 51 沉管顶部防锚抛石
砂石垫层 m3 15150 303 沉管两侧砂石回填
搅拌桩基础 m3 2262 45 连接段基础
砂石垫层 m3 7430 186 沉管下砂石垫层基础
挖方 m3 418718 538
填方 m3 373800 375
征地拆迁
弃土占地施工临时占地 永久 亩 8.1 24.2 堆高3m以上弃土
临时 亩 36.3 36.3堆高2m以下，可复耕
堆土 亩 82.6 50
干坞 亩 37.7 22.6 用于沉管预制
拆迁房屋 m2
合计 3636
3.3施工技术比选。
（1）沉管方案在满足航道部门要求覆土厚的的情况下可浅埋，两头出口段易与相邻建筑物衔接。但是沉管就位前需水下开挖基槽，作业时需配备潜水员，沉放时易受水流风浪影响，施工要求较高，需专业施工队伍实施。
（2）顶管方案最大的优点是施工过程中可完全不断航，对通航无任何影响。管身可事先预制，施工速度较现浇方案快。但是大直径顶管顶进有一定难度，需要专业的施工队伍，并且在顶进过程中如遇见障碍物处理难度较大。
3.4比选结论。
（1）综上所述，顶管方案对航道无影响、工期短且投资较省，另外，灌河是无控制的一条天然潮汐河道，河宽、水深、泥砂含量也较大，河水位受排涝及潮汐影响，这些对有大量水下作业的沉管施工如基槽开挖、砂石垫层基础铺设、管节沉放、接头处理等都存在不利影响。沉管施工在河道中作业，对航运交通影响大。而顶管方案不存在这些问题。
（2）因此，在工程投资、土地占用、施工难易及对航运交通影响等诸方面，顶管方案均存在较大优势，故灌河地涵采用顶管方案。
4. 结束语
本文结合灌河立交地涵的设计研究，讨论了地涵立交型式的合理选择，针对本工程实际选择了顶管地涵方案。根据本文的研究，总结出在大型立交地涵的设计应注意以下几点：
(1) 由工程所在地的地形地貌情况以及地涵所在河道与穿越河道的相对位置关系选择合理的立交型式；
(2) 从投资、结构安全、施工方便、工期要求等多方面综合考虑选择最优结构型式；
灌河立交地涵采用顶管地涵方案，确保了工程安全可靠，经济合理。
参考文献
［1］周名德，周益人.通榆河立交地涵泄流试验研究.江苏水利， 1999(1)：28~32.
［2］陈胜宏主编.水工建筑物:中国水利水电出版社.2004.
［3］陈宝华、张世儒编著.水闸.北京:中国水利水电出版社.2003.
［4］华东水利学院主编. 水工设计手册. 北京:水利电力出版社. 1984.
［文章编号］1006-7619（2014）06-03-229
【关键词】立交地涵；结构比选；投资
Optimization Research of Guanhe River Underground Culvert Ding Guo-ying,Tao Wei,Lv Da-wei 【Abstract】Based on the principles of structure safe and reliable, construction convenient and cost less, the characteristics of submerged sinking box culvert and jacking pipe culvert is analyzed, the type of structure, cost and construction of culvert is compared at the same time, and the scheme of jacking pipe culvert is recommended. 【Key words】Underground culvert;Structure comparison;Cost
1. 概况
（1）连云港疏港航道结合送水工程利用已建的通榆河工程和连云港疏港航道，增做部分调水工程，可具备向连云港增加供水的条件，为连云港市经济社会发展提供水资源保障，或蔷薇河水体受污染无法使用时，通过该工程向连云港市供水，保证连云港市生活生产用水需求。灌河立交地涵是连云港疏港航道结合送水工程的重要组成部分，位于黄响河与灌河交汇处。灌河地涵设计流量为50m3/s。
（2）灌河地涵工程等别为Ⅲ等，主体建筑物级别为3级，次要建筑物级别为4级，临时建筑物等级为5级。灌河是无控制的一条天然入海潮汐河道，全长74.5Km。它既是沂南地区排水入海的重要河道，又是一条重要的航运通道。该河河宽、水深，河水位受潮汐影响较大。因此灌河地涵的设计方案须以灌河不断流而能顺利实施为前提。
（3）为进一步做好方案比选，正确估算工程投资，按施工方案不同，考虑了顶管和沉管两个方案进行比选。
2. 灌河地涵立交方案
2.1顶管方案。
（1）顶管方案，即在灌河南北侧分别设置工作井及接收井，在河床以下以液压为动力将钢管或混凝土管从一侧顶至另一侧的施工工艺。顶管过灌河后再采用明挖现浇混凝土箱涵的方法与洞首衔接。
（2）地涵设计流量50m3/s，4孔，总长约500m。地涵主体由上、下洞首、收缩（或扩散）段、沉井及内部斜管段、井间主涵管这几部分组成。主涵管长450m，采用4根3.5m钢筋混凝土预制顶管，顶管间距为9m，管中心高程为-15.55m。
（3）顶管施工的工作井和接收井均为钢筋混凝土沉井，工作井布置在场地开阔的灌河北侧。工作井和接收井的平面尺寸均为40×22.5m，井底高程均为-21.1m，顶部高程根据两岸地面高程确定，分别为3.5m和4.0m；工作井和接收井内布置涵洞的斜坡段。
（4）上、下洞首长均为10m，孔径均为3.5m×3.5m×4孔，底板面高程分别为-2.0m和-2.5m。
洞首与沉井内涵管间采用15m长的扩散段（收缩段）连接。
2.2沉管方案。
（1）地涵设计流量50m3/s，4孔，总长约500m。地涵主体由上、下洞首、河中沉管段及沉管两端与洞首间连接段几部分组成。
（2）沉管段长300m，分5节，每节长60m。沉管为4孔箱形结构，每孔孔径为3.5m×3.5m，底板厚0.8m，顶板厚0.6m，边墩和隔墩厚分别为0.7m和0.6m。沉管在河床中的最小覆盖厚度为2～3m，由于灌河河床断面不规则，平均覆盖厚度按3m考虑。根据河床断面情况，河底处两节沉管为水平放置，南侧一节和北侧两节沉管为顺河底走势呈倾斜放置。
（3）沉管下面采用砂石垫层基础，厚90cm，沉管在基槽中以碎石锁定，进行沉管覆盖时两侧填砂石，管顶抛防锚块石，厚1m，再以土将基槽填平。
（4）沉管两端与洞首间连接段为普通箱涵，上游连接段长60m，3节；下游连接段长80m，4节，其中2节为斜坡段。
（5）洞首及翼墙等与顶管方案相同。由于沉管只有5节，其预制考虑在干坞中一次全部制作完成。干坞布置在地涵附近，其面积考虑沉管预制及浮运要求，初定为100m×125m。坞底高程根据灌河潮位、沉管高度及浮运时管底与坞底的距离要求确定为-3.5m。
表1顶管方案洞身部位主要工程量及投资
项目 单位 工程量投资
（万元） 备注
砼及钢筋砼工程铺砌工程基础工程土方工程
预制顶管m367731355
沉井及连接段m3175571756
抛石m3//
砂石垫层m3//
搅拌桩基础m388617.3连接段基础
砂石垫层m3//
挖方m370977132.3
填方m34239954.5
征地拆迁
弃土占地施工临时占地 永久 亩 9.2 27.6 堆高3m以上弃土
临时 亩 16.6 16.6 堆高2m以下，可复耕
堆土 亩 9.1 5.5
预制场 亩 6.8 4.1 指顶管预制场
拆迁房屋 m2
合计 3368
3. 灌河地涵立交型式比选
3.1结构技术比选。
沉管方案结构为整体箱型，结构具有整体性好、刚度大、地基应力小以及密封性好等优点。但是在洞身拼装时止水较难处理。顶管方案洞身为圆形断面，结构受力条件比沉管方案好。
3.2经济比选。
（1）根据以上方案设计，两个方案在技术上均可行。两方案中，洞首、翼墙、上下游引河均相同，不同部分在洞身段，顶管方案的洞身段为顶管、两岸沉井及内部斜坡段、两岸的洞首与沉井之间的连接段；沉管方案的洞身段为沉管、两岸的洞首与沉管之间的连接段。对两个方案洞身段的主要工程量进行统计，编制投资比较表，详见表.1和表2。
（2）由表1和表2可知，沉管方案比顶管方案的砼及钢筋砼工程量少9千多m3，但增加了沉管砂石垫层基础、沉管两侧砂石回填及顶部抛石；由于沉管方案连接段相对较长，增加了水泥土搅拌桩基础处理费用；由于沉管方案需建干坞、连接段施工需打拆围堰，带来土方工程量及占地大幅增加。因此，在投资费用上，沉管方案比顶管方案要高268万元（直接费用）。
表2沉管方案洞身部位主要工程量及投资
项目 单位 工程量投资
（万元） 备注
砼及钢筋砼工程铺砌工程基础工程土方工程
预制沉管 m3 9636 1445
连接段 m3 5349 535
抛石 m3 5100 51 沉管顶部防锚抛石
砂石垫层 m3 15150 303 沉管两侧砂石回填
搅拌桩基础 m3 2262 45 连接段基础
砂石垫层 m3 7430 186 沉管下砂石垫层基础
挖方 m3 418718 538
填方 m3 373800 375
征地拆迁
弃土占地施工临时占地 永久 亩 8.1 24.2 堆高3m以上弃土
临时 亩 36.3 36.3堆高2m以下，可复耕
堆土 亩 82.6 50
干坞 亩 37.7 22.6 用于沉管预制
拆迁房屋 m2
合计 3636
3.3施工技术比选。
（1）沉管方案在满足航道部门要求覆土厚的的情况下可浅埋，两头出口段易与相邻建筑物衔接。但是沉管就位前需水下开挖基槽，作业时需配备潜水员，沉放时易受水流风浪影响，施工要求较高，需专业施工队伍实施。
（2）顶管方案最大的优点是施工过程中可完全不断航，对通航无任何影响。管身可事先预制，施工速度较现浇方案快。但是大直径顶管顶进有一定难度，需要专业的施工队伍，并且在顶进过程中如遇见障碍物处理难度较大。
3.4比选结论。
（1）综上所述，顶管方案对航道无影响、工期短且投资较省，另外，灌河是无控制的一条天然潮汐河道，河宽、水深、泥砂含量也较大，河水位受排涝及潮汐影响，这些对有大量水下作业的沉管施工如基槽开挖、砂石垫层基础铺设、管节沉放、接头处理等都存在不利影响。沉管施工在河道中作业，对航运交通影响大。而顶管方案不存在这些问题。
（2）因此，在工程投资、土地占用、施工难易及对航运交通影响等诸方面，顶管方案均存在较大优势，故灌河地涵采用顶管方案。
4. 结束语
本文结合灌河立交地涵的设计研究，讨论了地涵立交型式的合理选择，针对本工程实际选择了顶管地涵方案。根据本文的研究，总结出在大型立交地涵的设计应注意以下几点：
(1) 由工程所在地的地形地貌情况以及地涵所在河道与穿越河道的相对位置关系选择合理的立交型式；
(2) 从投资、结构安全、施工方便、工期要求等多方面综合考虑选择最优结构型式；
灌河立交地涵采用顶管地涵方案，确保了工程安全可靠，经济合理。
参考文献
［1］周名德，周益人.通榆河立交地涵泄流试验研究.江苏水利， 1999(1)：28~32.
［2］陈胜宏主编.水工建筑物:中国水利水电出版社.2004.
［3］陈宝华、张世儒编著.水闸.北京:中国水利水电出版社.2003.
［4］华东水利学院主编. 水工设计手册. 北京:水利电力出版社. 1984.
［文章编号］1006-7619（2014）06-03-229