滄州市南水北調(diào)配套工程穿越設(shè)計(jì)原則分析

王偉

【摘要】：滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元在穿越工程設(shè)計(jì)中采用了套管內(nèi)吹砂，水平定向鉆穿越等很多新工藝，新技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行，施工便捷的原則下，確保了優(yōu)質(zhì)的工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。

【關(guān)鍵詞】：穿越；套管內(nèi)吹砂；非開挖技術(shù)；水平定向鉆；南水北調(diào)。

1.1工程概況

南水北調(diào)工程是一項(xiàng)宏偉的跨流域調(diào)水工程，工程實(shí)施將極大的緩解北方地區(qū)水資源緊缺狀況。滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元是河北省南水北調(diào)配套工程的重要組成部分，該工程通過石津干渠與南水北調(diào)中線總干渠相連，通過石津干渠設(shè)置的分水口門分別向泊頭市交河鎮(zhèn)、東光縣、吳橋縣、泊頭市和青縣地表水廠供水，為各供水目標(biāo)城區(qū)提供生活、工業(yè)用水。本工程包括泊頭市交河鎮(zhèn)輸水管道工程，東光-吳橋輸水管道工程，泊頭市輸水管道工程及青縣輸水管道工程，線路總長(zhǎng)133.707km。

由于線路較長(zhǎng)，管線多處穿越了公路、河流、鐵路等工程，下面簡(jiǎn)要介紹一下工程設(shè)計(jì)中穿越上述工程的設(shè)計(jì)原則。

1.2穿越公路

穿越公路設(shè)計(jì)分為三種：第一種為穿越鄉(xiāng)間土路，第二種為穿越公路Ⅲ級(jí)以下公路（包括一般混凝土路和瀝青路），第三種為穿越國(guó)道、省道、高速、城區(qū)公路等高等級(jí)公路。

（1）鄉(xiāng)間土路

鄉(xiāng)間土路車流量、車荷載均較小，采用開挖穿越方式。穿越管材與主管材相同。

（2）公路Ⅲ級(jí)以下公路

本工程穿越公路Ⅲ級(jí)以下公路時(shí)，主管材為球墨鑄鐵管，擬采用開挖穿越和頂管非開挖穿越兩種方案，對(duì)兩種方案進(jìn)行比選后確定穿越方式。下面以工程中穿越的一條6m寬的水泥路作為典型設(shè)計(jì)，對(duì)兩種穿越方案進(jìn)行比選。由于兩種方案輸水管材均采用TF自錨連接方式的球墨鑄鐵管，工程投資測(cè)算中不再計(jì)入主管材。

①開挖方案

公路Ⅲ級(jí)以下公路路面寬度較小，采用開挖穿越方案設(shè)計(jì)勢(shì)必會(huì)影響車輛的正常通行，工程施工前應(yīng)鋪設(shè)臨時(shí)輔道對(duì)車輛進(jìn)行導(dǎo)流。開挖穿越采用TF自錨連接方式的球墨鑄鐵管外加公路套管，套管內(nèi)采用吹沙工藝填充中砂。施工完畢后，路面按原設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行恢復(fù)。

施工工序：首先，修建一條長(zhǎng)60m，寬7m的臨時(shí)輔道（泥結(jié)石路面）以解決臨時(shí)交通問題；其次挖除路面進(jìn)行管溝開挖，敷設(shè)公路套管和輸水管道，然后進(jìn)行土方回填、路面恢復(fù)及輔道拆除。經(jīng)測(cè)算，開挖方案工程總投資約為8.97萬元。

②頂管方案

首先在公路兩側(cè)設(shè)置工作井和接收井實(shí)施頂進(jìn)作業(yè)，工作坑及接收坑底尺寸均為6.0×6.5米，深度為6.0m，采用插打I45a工字鋼結(jié)構(gòu)，[20槽鋼橫向支撐，每根工字鋼長(zhǎng)14m，以確?？拥姆€(wěn)定及公路行車安全。工作坑基底鋪設(shè)50cm厚C20混凝土墊層，導(dǎo)軌連接件預(yù)埋其中，導(dǎo)軌置于混凝土上。后背墻采用C25鋼筋混凝土，導(dǎo)軌采用60kg鋼軌；然后實(shí)施頂進(jìn)作業(yè)和輸水管道安裝；最后進(jìn)行土方回填等后續(xù)工作。經(jīng)測(cè)算，頂管方案工程總投資約為44.6萬元。

通過方案一和方案二的比較可知，頂管方案交通影響較小，開挖方案對(duì)交通有影響，需修建輔道以解決臨時(shí)交通問題；對(duì)比工程投資可知開挖方案只為頂管方案的1/5左右，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，穿越公路Ⅲ級(jí)以下公路時(shí)采用開挖穿越方案。

（3）高等級(jí)公路

穿越高等級(jí)公路如國(guó)道、省道及城區(qū)高等級(jí)公路等時(shí)，由于本工程管徑較小，均小于等于DN1200，故采用水平定向鉆非開挖的方式穿越，非開挖穿越管材選用PE100級(jí)，SDR17的PE管，管頂覆土不小于3.5m，擴(kuò)孔孔徑比穿越管材大0.2m。穿越高速公路采用頂管內(nèi)套鋼管方式穿越，頂管管頂覆土深度9.5m左右。頂管執(zhí)行JC/T640-1996標(biāo)準(zhǔn)，采用鋼承口式頂進(jìn)施工法鋼筋混凝土排水管（DRC）Ⅲ級(jí)管。穿越高速公路橋的采用開挖穿越方式，穿越處采用鋼管外加公路套管，套管內(nèi)采用吹沙工藝填充中砂。東光支線穿越京滬高速橋處由于地形條件較復(fù)雜，拐點(diǎn)較多，且緊鄰紅旗渠，因此采用鋼管外包混凝土的穿越方式。

1.3穿越河流設(shè)計(jì)

（1） 穿越子牙新河、捷地減河、北排河、南排河等大型行洪、排瀝河道

考慮到這些大型行洪、排瀝河道常年有水且水較深，管道開挖鋪設(shè)需采用施工圍堰和導(dǎo)流工程，為運(yùn)行管理安全需要對(duì)管線上、下游河槽邊坡進(jìn)行漿砌石護(hù)砌，穿堤處還必須采取必要工程措施，以滿足防洪需要，這部分投資所占比例非常大?？紤]到本工程穿越大型行洪排瀝河道管道管徑均≤DN1200，管道非開挖技術(shù)（定向鉆穿越技術(shù)）已經(jīng)非常成熟，采用非開挖穿越技術(shù)，能夠有效解決以上問題，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合分析，穿越采用水平定向鉆非開挖穿越方式。

目前定向鉆穿越管材有兩種：一種是PE管，一種是鋼管。鋼管的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，抗外力破壞能力強(qiáng)，穿越距離長(zhǎng)，缺點(diǎn)是抗腐蝕差，需對(duì)鋼管進(jìn)行內(nèi)外防腐以延長(zhǎng)鋼管使用壽命，鋼管外防腐采用3PE防腐，內(nèi)防腐采用IPN8710飲用水無毒防腐涂料；PE與鋼管相比的的優(yōu)點(diǎn)是不需要防腐，本身就具有優(yōu)良的耐腐蝕性，且具有良好的柔韌性，彎曲半徑≤210D，能有效減少穿越長(zhǎng)度。缺點(diǎn)是強(qiáng)度低較低，穿越長(zhǎng)度較短。本工程穿越大型行洪排瀝河道均超過400米，因此穿越管材設(shè)計(jì)采用鋼管。

非開挖水平定向鉆穿越大型行洪、排瀝河道處為滿足防洪規(guī)劃的要求，入鉆點(diǎn)距離大堤外坡腳不小于120m，渠底覆土不小于8m，擴(kuò)孔孔徑比穿越管材大0.2m。非開挖水平定向鉆進(jìn)技術(shù)的施工步驟主要由鉆進(jìn)液配制、管線焊接及檢驗(yàn)、鉆進(jìn)導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔清孔、管線鋪設(shè)施工等幾部分組成。施工中應(yīng)保障采用高質(zhì)量泥漿，機(jī)械運(yùn)行無故障，在擴(kuò)孔完成后，可通過牽引將PE管或鋼管拉入孔內(nèi)，牽引力不得大于設(shè)計(jì)要求，以防止管體拉傷破壞。

（2） 其它中小型河道

工程穿越其它中小型河道采用開挖方式，分為兩種情況：倒虹吸穿越和小角度借轉(zhuǎn)穿越方式。管道穿越河底覆土深度按河道沖刷深度以下不小于1.0m考慮。

①河道深度≥3.5m

主管材為球墨鑄鐵管，采用TF自錨式球墨鑄鐵管倒虹吸穿越以增加管道的整體性，并對(duì)管線上、下游河槽采用漿砌石護(hù)砌。按照防洪設(shè)計(jì)要求，當(dāng)管道穿越一般渠道時(shí)，穿越長(zhǎng)度應(yīng)加大至兩岸或兩堤腳外側(cè)各5m以外。

②河道深度<3.5m

采用主管材小角度借轉(zhuǎn)開挖穿越方式施工。

1.4穿越鐵路設(shè)計(jì)

本工程輸水管道穿越鐵路有京滬、朔黃及地方鐵路等多條鐵路，穿越方式分為兩種情況：

（1）從鐵路橋下穿過的采用開挖穿越；

采用混凝土箱涵內(nèi)穿鋼管。

（2）從路基下穿越采用混凝土箱涵內(nèi)穿鋼管，混凝土箱涵采用頂進(jìn)施工。

1.5結(jié)語

滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元在穿越工程設(shè)計(jì)中采用了套管內(nèi)吹砂，水平定向鉆穿越等很多新工藝，新技術(shù)，在經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行，施工便捷的原則下，確保了優(yōu)質(zhì)的工程設(shè)計(jì)質(zhì)量。工程設(shè)計(jì)得到了省市各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的認(rèn)可。

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