南水北調(diào)中線青蘭渡槽施工對天然氣管道保護(hù)措施

楊 磊

（河北省水利工程局，石家莊050021）

1 工程概述

南水北調(diào)中線總干渠與青蘭高速連接線交叉工程（簡稱青蘭渡槽）位于邯鄲市西環(huán)路、南環(huán)路及青蘭高速連接線互通立交橋處?？偢汕捎梅霰谑教菪味刹坌褪娇缭礁咚俟芬€，是南水北調(diào)中線總干渠上的一座大型交叉工程。渡槽的四個邊角設(shè)計為加筋土回填，表面為扶壁式鋼筋混凝土擋土墻結(jié)構(gòu)。

在進(jìn)出口擋土墻開挖放線過程中，發(fā)現(xiàn)進(jìn)口左側(cè)開挖線范圍內(nèi)有兩條地下管線：一條是天燃?xì)夤芫€，一條是成品油管線。根據(jù)產(chǎn)權(quán)單位的相關(guān)資料［1］，天燃?xì)夤艿谰嚯x開挖底邊線6～7m，兩條管線相距8m。管線埋置高程距開挖基面高差14.3～15.4m，如果按照青蘭渡槽擋土墻設(shè)計1∶1放坡，天然氣管線、石油管線均在開挖范圍內(nèi)，如圖1。

圖1 天然氣、石油管道估計位置圖

邯鄲市政府組織施工單位、業(yè)主單位與管道產(chǎn)權(quán)單位協(xié)商，按照保證絕對安全的要求應(yīng)遷移管道，但是由于協(xié)商部門眾多，遷移管道有征地、居民停氣、管道施工等眾多過程，鑒于青蘭渡槽工期十分緊張，最終要求施工單位研究保護(hù)開挖方案。

2 工程地質(zhì)概況

2.1 水文地質(zhì)條件

場區(qū)無地表水，地下水受大氣降水補(bǔ)給，向下游潛流排泄。年內(nèi)10～11月份為地下水高水位期，并持續(xù)到翌年3月，5～6月份為低水位期。

2.2 工程地質(zhì)條件

青蘭渡槽邊墻地基以黏土巖為主，整體為黏土巖與粉細(xì)砂、泥質(zhì)粉砂巖組成的多層結(jié)構(gòu)。黏土巖單層厚度一般5～20m，泥質(zhì)粉砂巖單層厚度0.5～6.1m，粉細(xì)砂（局部中砂）層單層厚度1.1～7.3m。

3 支護(hù)方案比選

青蘭渡槽土基坑開挖支護(hù)方案如選擇不當(dāng)，將造成邊坡坍塌、破壞管道、影響工期等嚴(yán)重后果，還會增加工程造價，影響中線工程全線通水。從現(xiàn)場地質(zhì)情況、施工條件及施工規(guī)范要求［2］和相關(guān)經(jīng)驗(yàn)考慮，選擇鋼板樁、土釘墻、鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)3種方案，從管道安全、施工工期、現(xiàn)場適用性、經(jīng)濟(jì)效益性等方面進(jìn)行研究比選。

3.1 鋼板樁施工方案

鋼板樁支護(hù)采用工字鋼等型鋼，使用專用機(jī)械打入地下，形成一道鋼體連續(xù)板墻，作為土體圍護(hù)結(jié)構(gòu)，其具有承載力高、整體性好、剛度大的特點(diǎn)，能適應(yīng)各種形狀基坑及地層，施工方便。可是鋼材雖然作為周轉(zhuǎn)材料有殘值回收，但工程需要大量鋼材，故一次性投資較高。

3.1.1 鋼板樁支護(hù)方案設(shè)計［3］

進(jìn)口左側(cè)擋墻基坑支護(hù)采用50C工字鋼頂端單點(diǎn)支護(hù)，工字鋼間距為20cm，頂端拉桿采用準(zhǔn)32；錨樁采用32C工字鋼；5根鋼板樁與1根錨樁通過準(zhǔn)32拉桿連接。施工如圖2所示。

圖2 鋼板樁支護(hù)方案示意圖

3.1.2 工程量計算

（1）鋼板樁重量計算。鋼板樁需要防護(hù)管線長70m，間距0.2m。50C工字型鋼板樁根數(shù)350根，單根長21.5m。50C工字型鋼板樁密度為109.354kg/m，防護(hù)鋼板樁重量822.89t。

（2）錨樁單根長5.05m，間距1m，錨樁根數(shù)70根。32C工字型鋼板樁密度為62.765kg/m，錨樁重量22.19t。

（3）鋼筋單根平均長度14.354m，鋼筋根數(shù)350根，準(zhǔn)32鋼筋密度為6.31kg/m，準(zhǔn)32鋼筋重量31.7t。

3.1.3 造價估算

表1 鋼板樁支護(hù)方案造價估算

續(xù)表1

3.2 土釘墻支護(hù)方案［4］

土釘墻是一種在原位土體加筋技術(shù)。青蘭渡槽開挖邊坡通過鋼筋制成的土釘進(jìn)行加強(qiáng)，以保持邊坡的穩(wěn)定。邊坡加固型支護(hù)施工方法是在邊坡表面鋪設(shè)鋼筋網(wǎng)，再噴射混凝土面層和土質(zhì)邊坡相結(jié)合，其構(gòu)造為設(shè)置在開挖邊坡土體中的加筋桿件 （即土釘或錨桿）與其周圍土體牢固黏結(jié)形成的鋼筋土體復(fù)合體，以及混凝土面層所構(gòu)成的類似重力擋土墻的支護(hù)結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)是施工設(shè)備簡單、施工成本低、施工噪音、振動小，土釘墻本身變形很小，對周圍相鄰構(gòu)筑物影響小。

3.2.1 土釘墻支護(hù)方案設(shè)計

土釘墻采用振入式土釘，由輕型潛孔鉆機(jī)直接鉆入，孔徑100mm。土釘墻由土釘錨桿、鋼筋網(wǎng)、壓力注漿及噴射C25混凝土面層組成。土釘采用HRB400級鋼筋，鋼筋直徑20mm，錨定傾角為15°，并注漿錨固。土釘間距為1m×1m，梅花型布置，噴射C25混凝土面層厚度為100mm，內(nèi)配準(zhǔn)8@150×150單層雙向鋼筋網(wǎng)片，鋼筋網(wǎng)片搭接長度不小于300mm。

圖3 土釘墻支護(hù)方案示意圖

3.2.2 工程量及造價估算

表2 土釘墻支護(hù)造價估算

3.3 鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)方案［5］

3.3.1 灌注樁支護(hù)方案設(shè)計

由于本工程所處區(qū)域土質(zhì)好，地下水位低，選用“柱列式排樁支護(hù)”方式。按基坑開挖深度及支擋結(jié)構(gòu)受力情況，排樁支護(hù)可分為以下幾種情況：①無支撐（懸臂）支護(hù)結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度不大，利用懸臂作用擋住墻后土體；②單支撐結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度較大時，在支護(hù)結(jié)構(gòu)頂部附近設(shè)置一單支撐 （或拉錨）；③多支撐結(jié)構(gòu)：當(dāng)基坑開挖深度較深時，可設(shè)置多道支撐，以減少擋墻擋壓力。

圖4 灌注樁施工防護(hù)方案示意圖

本工程基坑開挖深度不大為3.895m時，采用懸臂作用擋住墻后土體。

采用在基坑周圍按樁距1m布設(shè)直徑1m，樁身10m的鋼筋混凝土灌注樁及鋼筋混凝土冠梁 （1.6×1.2m）和32C工字鋼錨樁（錨樁距排樁≥14m打入地面以下4.55m，間距1m，樁頂高出地面0.5m；1根錨樁與5根灌注樁用φ32拉桿焊接牢固）組成的支護(hù)體系。特點(diǎn)是支護(hù)樁剛度大，抗彎強(qiáng)度高，塑性變形小，適應(yīng)性能強(qiáng)，對工作場地要求不高，施工過程產(chǎn)生振動小，對周圍環(huán)境及建筑物產(chǎn)生影響小。

3.3.2 懸臂式排樁支護(hù)設(shè)計

懸臂式排樁支護(hù)采用布魯姆（H.Blum）法計算，計算結(jié)果如圖5所示。

圖5 布魯姆計算簡圖

根據(jù)以上計算結(jié)果，選用支護(hù)樁樁長10m，樁凈間距1m，預(yù)選樁徑d＝100cm，鋼筋保護(hù)層厚度a＝5cm，鋼筋籠直徑90cm，選豎向主筋16根，二級Φ25鋼筋，沿周長均勻布置。

3.3.2 工程造價估算

表3 排樁支護(hù)估算造價

3.4 方案比選

（1）鋼板樁支護(hù)：鋼板樁施工避開了管道區(qū)域，對管道沒有影響，但打樁較深，施工難度大、工期較長，安全性較差。由于用鋼材量大，造價最高，一次性投入大。

（2）土釘墻支護(hù)：按照施工規(guī)范要求，土釘墻施工方法要求最小坡比1∶0.2，上口需多開挖放坡面3m，放坡后距管道太近，不能保證管道安全。另由于錨索設(shè)計長20m，成“梅花形”布置，施工過程中不能全避開管道，且錨索長，施工困難，工期長。

（3）鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)：灌注樁支護(hù)在管道外側(cè)施工，距離管道較遠(yuǎn)，不影響管道，能很好地保證管道安全，施工過程難度小、可以人工操作，施工工期短，工程造價適宜。

綜上所述，本工程采用鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)方案。

表4 南水北調(diào)中線與青蘭渡槽進(jìn)口左邊墻支護(hù)方案比選

4 鋼筋混凝土灌注樁支護(hù)施工

由施工單位協(xié)調(diào)產(chǎn)權(quán)單位，依靠儀器現(xiàn)場探測，確定了管道的大致方位，對管道走向插旗做好標(biāo)志，根據(jù)管道產(chǎn)權(quán)單位要求的距管道開挖安全距離采用排樁進(jìn)行基坑支護(hù)，支護(hù)方案上報批準(zhǔn)后先進(jìn)行基坑支護(hù)施工，再進(jìn)行基坑開挖。

支護(hù)樁施工過程中由產(chǎn)權(quán)單位加強(qiáng)對管道的測量及檢測工作，施工單位采取間斷性的利用人工挖孔方式探測管道，確定安全后才能使用機(jī)械操作。

開挖土方時自上而下分層開挖，自卸汽車運(yùn)土至指定棄土場，裝載機(jī)輔助作業(yè)。

每開挖一層，對管道位置探測一次，每層開挖均嚴(yán)格按照管道產(chǎn)權(quán)單位提出的厚度開挖，待產(chǎn)權(quán)單位監(jiān)控人員要求停止開挖時立即停止，并對基坑采取相應(yīng)保護(hù)措施。

5 結(jié)語

天然氣管道屬于危險高等級保護(hù)對象，一般工程開挖時予以遷移，青蘭渡槽建設(shè)開工時間晚，是南水北調(diào)中線工程控制工期的項(xiàng)目，沒有遷移時間，決定采取支護(hù)方案，但是防護(hù)方案存在一定的風(fēng)險。依靠科學(xué)的計算與方案設(shè)計，經(jīng)過仔細(xì)的測量與監(jiān)測使風(fēng)險處于可控，取得了即保證施工安全，節(jié)約了資金投入，又保證了工期的完美效果，為整個南水北調(diào)中線工程全線順利通水做出了貢獻(xiàn)。

［1］天然氣管道的相關(guān)技術(shù)資料［Z］.

［2］JGJ120—2012，建筑基坑支護(hù)技術(shù)規(guī)程［S］.

［3］王美花.板樁支護(hù)的穩(wěn)定性分析及經(jīng)濟(jì)性研究［D］.青島：中國石油大學(xué)，2008.

［4］邵式亮，楊曉平，武迪.土釘墻支護(hù)設(shè)計與施工技術(shù)［J］.施工技術(shù)，2009（S2）.

［5］胡博.鋼筋混凝土灌注樁技術(shù)在深基坑支護(hù)中的應(yīng)用［J］.山東冶金，2013（4）.