西氣東輸二線渭河定向鉆雙向?qū)Υ┲虚g連頭基坑支護(hù)施工方法

梁國(guó)儉

（中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司，河北廊坊 065000）

西氣東輸二線渭河定向鉆雙向?qū)Υ┲虚g連頭基坑支護(hù)施工方法

梁國(guó)儉

（中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司，河北廊坊 065000）

中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司在西氣東輸二線17標(biāo)段渭河定向鉆連續(xù)雙向?qū)Υ┻B頭作業(yè)坑開挖施工中，采用了基坑支護(hù)方法施工，基坑-12.0m以上采用退臺(tái)放坡結(jié)合土釘墻方案；-12.0m以下采用鋼板樁加鋼管內(nèi)支撐方案，坑底采用水泥土旋噴樁封底，并在坑內(nèi)坑外均設(shè)置降水井。文章介紹了施工作業(yè)流程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工措施。渭河穿越連頭基坑采用井點(diǎn)降水、基坑分層開挖、基坑支護(hù)、旋噴樁止水等措施，解決了在河道內(nèi)開挖19m深坑連頭存在的諸多施工和社會(huì)問題，這種工藝具有明顯的安全、節(jié)約、環(huán)保優(yōu)勢(shì)，攻克了大型河流定向鉆多次對(duì)穿中間連頭的施工難題，為以后類似工程積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

管道工程；河流；定向鉆穿越；中間連頭；基坑支護(hù)

0 引言

2011年中國(guó)石油天然氣管道局第一工程分公司在西氣東輸二線17標(biāo)段渭河定向鉆連續(xù)雙向?qū)Υ┻B頭作業(yè)坑開挖施工中，采用了基坑支護(hù)施工方法，該方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性和優(yōu)越性，并取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

長(zhǎng)輸管道定向鉆穿越大型河流時(shí)，由于定向鉆穿越長(zhǎng)度有限，定向鉆施工采用連續(xù)兩次對(duì)穿或多次對(duì)穿的方法，為保證管道安全運(yùn)行，連頭點(diǎn)管道埋深在河道沖刷線以下，但這樣會(huì)造成連頭作業(yè)坑開挖困難。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際勘察，結(jié)合我們以往的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)研究論證，制訂了連頭作業(yè)坑開挖基坑支護(hù)施工方案，采用降坡明溝開挖、降水井、土釘墻、鋼板樁、管道出入口旋噴樁加固和封底等措施，解決了大口徑長(zhǎng)輸管道連續(xù)兩次或多次定向鉆穿越大型河流中間連頭基坑開挖的施工難題，為以后類似條件的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 基坑位置及地質(zhì)條件

兩次定向鉆連頭基坑位于灘地內(nèi)，距主河槽約480 m，基坑長(zhǎng)35 m，寬12 m，深19 m，見圖1?；娱_挖灘地段地下水埋藏深4.1～8.1 m。

圖1 定向鉆對(duì)穿連頭和基坑平面示意

根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，基坑開挖灘地地層主要由粉土和中粗砂組成。

①層粉土：黃褐色，稍濕～濕，稍密，局部中密，搖震反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，手捻有砂感，表層富含植物根系。河漫灘普遍揭露，分布較為均勻，層厚1.5～10.2 m。

②層中粗砂：黃褐～灰白色，局部灰褐、灰黑色，飽和，稍密～密實(shí)，顆粒次圓狀，中砂級(jí)配差，粗砂級(jí)配良好，礦物成分以石英、長(zhǎng)石為主。局部含粉粒量較高，巖芯短柱狀，手觸不易碎。局部夾粉質(zhì)黏土及粉土、礫砂及圓礫薄層，粉質(zhì)黏土薄層內(nèi)含鐵錳質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)不均，常見腐殖質(zhì)及貝類碎片。卵礫石顆粒呈零星分布，一般粒徑2～15 mm，卵石顆粒最大粒徑約40 mm，局部圓礫顆粒含量較高，達(dá)5%～10%。局部夾黏土團(tuán)塊，混卵礫石顆粒，偶見朽木等腐殖質(zhì)及貝類碎片；層厚33.1～59.7 m。該層場(chǎng)地均有分布。

2 施工總體方案和作業(yè)流程

2.1 施工總體方案

首先沿作業(yè)坑邊緣設(shè)置一圈降水井，進(jìn)行井點(diǎn)降水，然后利用16臺(tái)挖掘機(jī)分層開挖，-3 m層基坑開挖完成后，保留8 m臺(tái)階，進(jìn)行-6 m層基坑開挖，開挖完成后，進(jìn)行-6 m坑外降水施工，降水井施工完成后立即開始降水，待水位降至-12 m以下后，進(jìn)行-6～-12 m之間分層土方施工和土釘墻施工；土釘墻完成后在-12 m平臺(tái)上進(jìn)行鋼板樁施工；鋼板樁施工完成后，進(jìn)行管道出入口旋噴樁、特殊旋噴樁加固和旋噴樁封底施工；之后進(jìn)行坑內(nèi)降水井及支撐立柱施工，以上隔水墻施工完成后達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上，便可進(jìn)行-12 m以下基坑開挖，開挖的同時(shí)按要求進(jìn)行鋼支撐施工。清理基底鋪設(shè)墊層，進(jìn)行管道連接施工，施工完成后，按要求進(jìn)行分層回填，依次拆除鋼支撐，分層碾壓回填至-12.0 m，拔除沖刷線以下鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對(duì)沖刷線以上的土釘墻面層進(jìn)行分層拆除與回填，最后恢復(fù)場(chǎng)地。

2.2 施工作業(yè)流程

施工準(zhǔn)備→圍堰和表土清理→作業(yè)坑邊緣設(shè)置一圈降水井→-3 m層基坑開挖→-6 m坑外降水施工→-12 m層基坑開挖→-12 m層土釘墻施工→鋼板樁施工→管道出入口旋噴樁、特殊旋噴樁加固和旋噴樁封底施工→坑內(nèi)降水井施工→支撐立柱施工→隔水墻施工完成后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上→-12 m以下基坑開挖→鋼支撐施工→清理基底鋪設(shè)墊層→管道連接施工→檢測(cè)及防腐→分層回填→依次拆除鋼支撐→分層碾壓回填至-12.0m→拔除沖刷線以下鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)→對(duì)沖刷線以上的土釘墻面層進(jìn)行分層拆除與回填→地貌恢復(fù)→驗(yàn)收。

3 關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工措施

3.1 基坑降水施工

（1）基坑采用管井井點(diǎn)降水方案，降水井如圖2所示。

圖2 降水井示意

（2）坑外-6 m平臺(tái)降水井 （一、二井）的鑿井深度29.0 m，井頂標(biāo)高 -6.0 m，井底標(biāo)高-35.00 m，井徑均為800 mm，采用無砂混凝土管，直徑為500 mm，其孔隙率不小于15%；降水井下端設(shè)1.0 m長(zhǎng)的沉淀管。為防止涌砂產(chǎn)生，在濾水管外包扎兩層60～80目濾網(wǎng)，井管外采用天然圓礫填料，圓礫的粒徑為3～5 mm。

（3）坑內(nèi)降水井井頂標(biāo)高-12.0 m，鑿井深度為11.0 m，井底標(biāo)高為-23.00 m，其余參數(shù)同坑外井。

（4）坑外布置降水井12個(gè)，坑內(nèi)布降水井8個(gè)，井間距約10 m。

（5）水泵選用出水量40 m3/min，揚(yáng)程40 m的潛水泵。

3.2 基坑開挖施工

（1）基坑開挖前，基坑周邊應(yīng)做好圍堰和截水溝，防止地表水涌入基坑。

（2）基坑開挖應(yīng)分層分段均勻施工，從上到下依次進(jìn)行，開挖深度應(yīng)嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁超挖?；娱_挖斷面如圖3所示。

（3）基坑周邊25 m以內(nèi)不允許大面積堆載。

（4）基坑開挖至基底墊層以上0.5 m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行基坑驗(yàn)收，挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)及時(shí)平整基坑，疏干坑內(nèi)積水。雨季時(shí)更應(yīng)加強(qiáng)基坑內(nèi)積水抽排，確保基坑安全。

（5）做好基坑降排水工作，降水井涌砂是施工安全的主要問題，降水時(shí)應(yīng)嚴(yán)格禁止細(xì)顆粒土的流失。

（6）當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水的情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取有效堵漏防水措施?；娱_挖引起流砂、涌砂、坑底隆起失穩(wěn)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大或有失穩(wěn)前時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并采取確實(shí)有效的措施，確保施工安全。出現(xiàn)險(xiǎn)情可采取以下措施：增設(shè)支撐、在基坑內(nèi)地腳被動(dòng)區(qū)采用草袋土或填土壓重，基坑周邊環(huán)境允許時(shí)，可采用墻后卸土。

圖3 連頭處基坑開挖斷面示意

3.3 土釘墻施工

（1）土釘墻施工應(yīng)分層進(jìn)行開挖與支護(hù)，分層厚度不大于2.0 m；上層土釘注漿體及噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可開挖下層土方及進(jìn)行下層土釘施工。

（2）土釘成孔直徑120 mm，土釘主筋選用4 φ18 mm，鋼筋間距為0.4 m，釘孔內(nèi)灌注M15水泥砂漿或水泥漿。

（3）土釘墻面層選用φ 6.5@200雙向鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片制作宜優(yōu)先使用焊接工藝，鋼筋網(wǎng)搭接不應(yīng)小于300 mm，面層噴射C20細(xì)石混凝土，厚度不小于80 mm。

土釘墻施工如圖4所示。

圖4 土釘墻施工示意

3.4 鋼板樁施工

（1）鋼板樁的設(shè)置位置要符合設(shè)計(jì)要求。

（2）基坑護(hù)壁鋼板樁的平面布置形狀應(yīng)盡量平直整齊，以便于標(biāo)準(zhǔn)鋼板樁的利用和支撐設(shè)置。各邊尺寸盡量符合板樁模數(shù)。

（3）鋼板樁吊運(yùn)時(shí)，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜過多，并應(yīng)注意保護(hù)鎖口免受損傷。

（4）整個(gè)施工期間，在挖土、吊運(yùn)、管道連頭作業(yè)中，嚴(yán)禁碰撞或任意拆除支撐，嚴(yán)禁在支撐上任意切割、電焊，也不允許在支撐上擱置重物。

鋼板樁施工見圖5。

圖5 鋼板樁施工示意

3.5 旋噴樁施工

（1）旋噴樁樁徑600 mm，樁頂標(biāo)高-12.0 m，樁長(zhǎng)14m；基坑封底樁樁頂標(biāo)高-22m，樁長(zhǎng)4.0m；樁身強(qiáng)度不小于1.2 MPa，也不宜大于3 MPa，水泥土的滲透系數(shù)不大于10-6cm/s。管道附近 （管道上下及兩側(cè)）特殊水泥土旋噴樁加固部分，要求旋噴半徑不應(yīng)小于1.5 m，其余參數(shù)與普通隔水墻相同。

（2）旋噴樁行距450 mm，列距450 mm，孔位偏差一般不宜大于50 mm，孔斜≤1.5°。

（3）施噴壓力和轉(zhuǎn)速的提升應(yīng)均勻、平穩(wěn)，旋噴搭接長(zhǎng)度≥15 cm，具體參數(shù)由試驗(yàn)確定。

（4）水泥選用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

（5）旋噴樁施工時(shí)應(yīng)與鋼板樁接觸緊密，防止接觸不嚴(yán)造成漏水。

（6）施工單位進(jìn)行旋噴樁施工前應(yīng)根據(jù)本場(chǎng)地地層特點(diǎn)設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，并結(jié)合本項(xiàng)目的技術(shù)要求，以確定適宜的施工設(shè)備和旋噴施工工藝參數(shù)，建議采用二重管或三重管旋噴設(shè)備。

旋噴樁施工布置見圖6。

圖6 旋噴樁施工布置示意

3.6 支撐立柱施工

在封底旋噴樁施工完成后進(jìn)行支撐立柱的施工。立柱采用300 mm×300 mm型鋼制作，引孔直徑500 mm，底部-19～-22 m段灌注M20水泥砂漿。支撐立柱施工見圖7。

3.7 鋼牛腿施工

鋼牛腿作為鋼圍檁及支撐桿件重要的豎向力承受構(gòu)件，應(yīng)在支撐及鋼圍檁安裝前完成施工及安裝工作，鋼牛腿用3道角鋼焊接而成，為便于鋼圍檁、支撐安裝及支撐活動(dòng)端預(yù)應(yīng)力施加，在3道角鋼頂焊接了一塊800 mm×900 mm的鋼板作為施工平臺(tái)，鋼牛腿及圍檁施工前應(yīng)將相應(yīng)位置的鋼樁保護(hù)層鑿除，露出鋼管壁，用焊接方式進(jìn)行鋼牛腿與鋼樁的連接，有關(guān)焊接方法及工藝由施工單位通過現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)后提出具體的焊接施工圖，并由設(shè)計(jì)單位認(rèn)可后實(shí)施。鋼牛腿施工見圖8。

圖7 支撐立柱施工示意

3.8 鋼支撐的施工

鋼支撐的穩(wěn)定性是整個(gè)基坑穩(wěn)定的重要因素之一，鋼支撐的架設(shè)必須準(zhǔn)確到位，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖要求施加預(yù)應(yīng)力。尤其要注意斜支撐的穩(wěn)定性，在其制作、安裝等每一環(huán)節(jié)均要做到精心作業(yè)。支撐鋼管采用法蘭盤連接。開挖至支撐底標(biāo)高時(shí)，安裝支撐鋼管。另外，在鋼支撐從架設(shè)到拆除的整個(gè)施工過程中，都要嚴(yán)格監(jiān)測(cè)，確保支撐的穩(wěn)定。施工中防止碰撞，鋼支撐上不得堆放材料或任何其他重物。鋼支撐施工見圖9。

3.9 管道連頭

管道組對(duì)采用2臺(tái)50 t吊車吊裝連頭管道。確定管道位置及接頭位置后，應(yīng)及時(shí)確定彎頭的尺寸和數(shù)量，及時(shí)加工彎頭，確保連頭施工的順利進(jìn)行?；觾?nèi)的管道采用切割機(jī)進(jìn)行切割。焊接組對(duì)使用外對(duì)口器，坡口尺寸要符合焊接工藝規(guī)程要求。

圖8 鋼牛腿施工示意

圖9 鋼支撐施工示意

3.10 無損檢測(cè)及防腐補(bǔ)口

焊接完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行無損檢測(cè)，無損檢測(cè)合格后應(yīng)立即進(jìn)行防腐補(bǔ)口作業(yè)，補(bǔ)口質(zhì)量要符合設(shè)計(jì)要求。

3.11 沖刷線以上圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除

沖刷線以上的鋼板樁通過拔除方法清除，-6～-12 m之間的土釘墻應(yīng)在基坑回填過程中由下而上分層拆除。

3.12 基坑回填

管道連頭施工完成后進(jìn)行基坑回填，采用人工篩細(xì)土和倒土，基坑底部每加高300 mm夯實(shí)，人工打夯，回填至管頂以上至少300 mm，防止管道防腐層受到破壞，上部回填材料可就地取砂卵石等，回填應(yīng)分層壓實(shí)，夯實(shí)作業(yè)時(shí)應(yīng)防止其對(duì)管道的破壞。

3.13 環(huán)境保護(hù)措施

環(huán)境保護(hù)必須遵守國(guó)家現(xiàn)行的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的方針、政策、并符合渭南市環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定。做好土方調(diào)配，避免亂取土，不允許破壞自然環(huán)境。

3.14 恢復(fù)地貌

按照設(shè)計(jì)要求，對(duì)鋼板樁、支撐結(jié)構(gòu)以及最低沖刷線以上的釘墻予以拆除，將施工中所用的導(dǎo)流渠、排水溝、圍堰、施工便道等施工措施也進(jìn)行拆除，恢復(fù)至原地貌，多余土和施工垃圾采用挖掘機(jī)配合自卸車外運(yùn)，拉到指定位置。

3.15 施工監(jiān)控量測(cè)

（1）地面最大沉降量≤0.001 5 H （H為基坑開挖深度）。

（2）圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.002 0 H，且≤30 mm。

（3）量測(cè)頻率確定的原則：各項(xiàng)目在基坑開挖前測(cè)初值；在開挖急劇卸載階段，測(cè)量間隔不大于1天；一般情況下3天測(cè)量一次；管道連頭施工期間為1天二次。當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場(chǎng)地條件變化較大時(shí)，應(yīng)加密監(jiān)測(cè)；當(dāng)大雨、暴雨或基坑邊載條件改變時(shí)應(yīng)及時(shí)監(jiān)測(cè)；當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)。

（4）本設(shè)計(jì)基坑監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的監(jiān)控報(bào)警值取控制值的80%。

4 施工效果

渭河穿越連頭基坑采用井點(diǎn)降水、基坑分層開挖、基坑支護(hù)、旋噴樁止水等措施，解決了在河道內(nèi)開挖19 m深坑連頭存在的諸多施工和社會(huì)問題。這種工藝具有明顯的安全、節(jié)省、環(huán)保優(yōu)勢(shì)，攻克了大型河流定向鉆對(duì)穿中間連頭施工的難題，為以后類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

[1]Q/SY GJX 0114-2008,西氣東輸二線管道穿越工程施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB 50369-2006，油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]孫伯華，尹輝慶，楊明新.長(zhǎng)輸管道定向鉆穿越斷點(diǎn)段補(bǔ)救施工[J].石油工程建設(shè)，2004，（3）：44-47.

Using Foundation Pit Support Construction Method for Intermediate Connection of Weihe River Crossing with Bidirectional Directional Drilling in Second West-East Gas Pipeline Project

LIANG Guo-jian（First Engineering Co.of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000， China）

China Petroleum Pipeline Bureau First Engineering Co.adopted the way of foundation pit supporting for intermediate connection of Weihe River crossing with bidirectional directional drilling in 17th bidding section of Second West-East Gas Pipeline Project.The scheme of terrace-backwards and slope setting combined with soil nailing wall was used from ground surface to-12.0 m depth,the scheme of steel sheet piles adding steel tube interior supports was used below-12.0 m,the pit bottom used jet grouting piles to cover,and the drainage wells were set both inside and outside pits.This paper introduces the procedure of construction operation and the construction measures for key links.Well-points drainage,layered excavation,foundation supporting,jet grouting piles for water retaining and other measures were taken in foundation pit construction of Weihe crossing project,which solved many construction and social problems in excavating 19 m deep pits in river channel.This technique has many advantages such as safety,economy,environmental protection.It has been successfully applied to solve the difficulty in intermediate connection of large river crossing with bidirectional directional drilling for several times and provides construction experience for similar projects.

pipeline engineering;river;directional drilling crossing;intermediate connection;foundation pit support

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.05.024

梁國(guó)儉 （1968-），男，遼寧錦州人，工程師，畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)，現(xiàn)從事油氣管道工程技術(shù)管理工作。

2011-10-15；

2012-06-12