欽江～大風(fēng)江調(diào)水工程引水明渠與天然氣管道交叉穿越設(shè)計(jì)

周銓

摘要：欽江～大風(fēng)江調(diào)水工程引水明渠與中緬天然氣管道交叉，通過(guò)分析引水明渠與天然氣管道交叉處的地形、地質(zhì)情況，提出頂管方案、明挖箱涵方案和土洞方案三個(gè)方案，經(jīng)過(guò)方案比較和分析計(jì)算，最終選定明挖箱涵方案為最優(yōu)方案，解決了引水明渠與天然氣管道交叉穿越的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：引水明渠；天然氣管道；交叉

1工程概況

欽江～大風(fēng)江調(diào)水工程現(xiàn)場(chǎng)勘察時(shí)發(fā)現(xiàn)在引水線路樁號(hào)3+889.663附近范圍出現(xiàn)了于2013年新建完成的天然氣管道橫穿本工程設(shè)計(jì)引水線路的情況。具體情況是引水線路在樁號(hào)3+889.663處有中石油西南管道南寧輸油氣分公司管轄的中緬天然氣管道工程（國(guó)內(nèi)段）的天然氣輸氣管道（2013年建設(shè)完工）與本工程設(shè)計(jì)引水線路相交。該天然氣輸氣管道管徑為0.813m，埋深2～2.5m。

根據(jù)《中華人民共和國(guó)石油天然氣管道保護(hù)法》第三十五條，“在管道線路中心線兩側(cè)各二百米……，進(jìn)行爆破、地震法勘探或者工程挖掘、工程鉆探、采礦，……施工單位應(yīng)當(dāng)向管道所在地縣級(jí)人民政府主管管道保護(hù)工作的部門提出申請(qǐng)?！庇捎谝€路在穿越管道處前后各200m共400m范圍內(nèi)的巖土分界線較高，為避免因箱涵普通爆破開挖影響輸氣管道安全，在該范圍內(nèi)采用靜力爆破開挖。

2工程地質(zhì)

（一）地質(zhì)條件

該段沿線為階地地貌區(qū)，地勢(shì)平坦開闊，為水田和旱地，兩側(cè)各約200m范圍內(nèi)無(wú)起伏較大的山丘，地面高程13～16m。渠道全線以該段地勢(shì)最高，為渠道所連通的欽江和大風(fēng)江的分水嶺。渠道多沿原有灌溉小渠道布置，小渠道深約1.0m。沿線階地覆蓋層上部為粘土夾粉土、粉砂，厚3.8～10m，稍濕，硬塑；下部為砂夾礫石層，密實(shí)。該段下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)（J3）薄～中厚層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，無(wú)出露。

（二）地質(zhì)評(píng)價(jià)

場(chǎng)區(qū)為平坦的階地地形，地面高程15.6～16.1m。覆蓋層上部為粘土夾粉土、粉砂，厚3.8～10m，稍濕，硬塑；下部為砂層，部分夾礫石，密實(shí)，厚2.4～5.4m。下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)（J3）薄～中厚層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，基巖面高程5～6.8m。地下水位高程約13.5 m。

隧洞底板、頂板高程分別約為5.2m、9.2m，洞頂及洞壁大部分圍巖為粘土及砂層，僅洞室底板及洞壁底部為強(qiáng)風(fēng)化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，總體可視為土洞，屬V類圍巖。

加上隧洞低于地下水位線，地下水對(duì)粘土質(zhì)、砂質(zhì)的洞壁穩(wěn)定不利，全洞段成洞條件差，圍巖極不穩(wěn)定，須采取有效的工程措施，加強(qiáng)支護(hù)，保證洞室穩(wěn)定。

3方案設(shè)計(jì)

為保障工程建成后運(yùn)行管理的安全，該段引水線路不能采用明渠的型式。本次設(shè)計(jì)共研究了3種方案，分別是：頂管方案、明挖箱涵方案、土洞方案。

（1）方案一：頂管方案（比較方案）

由于基巖為軟巖，具備頂管條件。根據(jù)水力學(xué)計(jì)算，頂管方案考慮布置2孔直徑2.7m的圓管，穿越處設(shè)計(jì)渠底高程為5.42m。該方案存在以下缺點(diǎn)：

①管下部位于強(qiáng)風(fēng)化巖石內(nèi)，上部位于飽和砂層中。施工過(guò)程中一旦發(fā)生涌砂，將導(dǎo)致上浮土體松動(dòng)，進(jìn)而影響天然氣管道的安全。

②頂管施工過(guò)程中，由于正面頂推對(duì)周圍土體產(chǎn)生剪切作用，周圍土體會(huì)產(chǎn)生局部擠壓及撓曲變形，有可能會(huì)影響到天然氣管道的安全。

因此，從安全因素考慮，本次設(shè)計(jì)不考慮采用頂管方案。

（2）方案二：明挖箱涵方案（推薦方案）

為保證輸氣管道安全，對(duì)于輸氣管道前后各25m共50m范圍的樁號(hào)3+864.663-3+914.663段采用明挖箱涵的方案：即先采用貝雷懸吊鋼梁將天然氣管線懸吊固定，再進(jìn)行土石方開挖和箱涵混凝土澆筑的方式從輸氣管道底部穿越。

為防止支承貝雷梁的承臺(tái)在懸吊管道期間發(fā)生過(guò)大沉降變形，擬采用4排共8根混凝土灌注樁支承在承臺(tái)下部。為盡量不對(duì)天然氣管道產(chǎn)生過(guò)大擾動(dòng)，灌注樁采用旋挖式鉆孔施工。另外根據(jù)《中華人民共和國(guó)石油天然氣管道保護(hù)法》，該段箱涵石方開挖時(shí)需采用靜力爆破的方式。為防止施工期飽和砂層失穩(wěn)，臨時(shí)邊坡在砂層范圍內(nèi)擬采用砂袋進(jìn)行臨時(shí)護(hù)坡。

根據(jù)水力學(xué)計(jì)算成果，穿越段箱涵斷面采用單孔5m×3m（寬×高）的C30鋼筋混凝土箱涵，箱涵底板起點(diǎn)高程為5.48m，終點(diǎn)高程為5.36m，箱涵混凝土壁厚0.6m。為防止填土沉降引起管道破壞，箱涵混凝土澆筑完成后，在箱涵頂部的天然氣管道下設(shè)置2m厚、3.51m高的C20混凝土基座，混凝土基座和天然氣管道之問(wèn)采用砂袋填充。

（3）方案三：土洞方案（比較方案）

土洞方案是在輸氣管道前后各12.5m共計(jì)25m范圍的樁號(hào)3+877.163～3+902.163段采用高壓旋噴灌漿使混凝土箱涵進(jìn)出口周邊的土體預(yù)固結(jié)，形成前后重力式鎖口墻，之后，采用2排間距0.4m的φ 89管棚從已預(yù)固結(jié)好的箱涵上部土體中鉆孔穿過(guò)并灌漿固結(jié)周邊土體。為加強(qiáng)防滲效果，擬距上排管棚上部1m處再布置一排孔距1m的充填灌漿。待上部初期支護(hù)措施完成后進(jìn)行暗挖土石方和混凝土澆筑的方式從輸氣管道底部穿越。該段箱涵石方開挖時(shí)需采用靜力爆破的方式。

穿越段箱涵斷面采用單孔5m×3m（寬×高）的C30鋼筋混凝土箱涵，箱涵底板起點(diǎn)高程為5.51m，終點(diǎn)高程為5.33m，箱涵混凝土壁厚0.6m。暗挖箱涵前后各22.5m共45m仍采用箱涵，明挖施工，巖石開挖同樣采用靜力爆破的方式。

（4）方案比選

①投資比較

經(jīng)計(jì)算，方案二明挖方案的投資為538萬(wàn)元，方案三土洞方案的投資為864萬(wàn)元，明挖箱涵方案比土洞方案的投資少326萬(wàn)元，從投資角度考慮明挖箱涵方案較優(yōu)。

②施工組織及施工安全性比較

明挖箱涵方案是先采用貝雷懸吊鋼梁將天然氣管線懸吊固定，再進(jìn)行土石方開挖和箱涵混凝土澆筑，最后將土方回填至原地面的方式從輸氣管道底部穿越。該方案在箱涵施工前已將天然氣管線懸吊固定，箱涵施工過(guò)程中的土石方開挖、混凝土澆筑等施工作業(yè)對(duì)天然氣管道周邊土體擾動(dòng)較小，施工組織簡(jiǎn)單，施工安全性較大。

土洞方案是先對(duì)天然氣管道前后25m段土體采用高壓旋噴灌漿預(yù)固結(jié)并形成重力式鎖口墻，再采用超前管棚錨桿從已預(yù)固結(jié)好的箱涵上部土體中鉆孔穿過(guò)并灌漿固結(jié)周邊土體。為加強(qiáng)固結(jié)效果和防止管棚上部土體局部塌落造成管道周邊土體松動(dòng)，再對(duì)管棚上部土體進(jìn)行充填灌漿。

待土洞上部土體初期支護(hù)措施完成后再進(jìn)行土石方洞挖和混凝土澆筑的方式從輸氣管道底部穿越。該方案在對(duì)洞頂土體進(jìn)行超前管棚錨桿支護(hù)及固結(jié)灌漿、土石方洞挖及箱涵混凝土二次襯砌作業(yè)時(shí)，都可能對(duì)天然氣管道周邊土體造成擾動(dòng)，安全隱患較多，且整個(gè)施工組織復(fù)雜，隱蔽工程措施較多，且施工質(zhì)量難以檢查，一旦某一施工步驟質(zhì)量不滿足要求，發(fā)生安全事故后果不堪設(shè)想，施工安全性較小。

③綜合比較

綜合以上兩方面比較可以看出：明挖箱涵方案比土洞方案的投資少326萬(wàn)元，從投資角度考慮明挖箱涵方案較優(yōu)。另外，由于土洞方案隱蔽工程措施較多，施工不可預(yù)見因素也較多，具有較大風(fēng)險(xiǎn)性。因此，經(jīng)綜合考慮選擇明挖箱涵方案做為推薦方案。明挖箱涵斷面如圖3-1。

4結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本次方案比選和設(shè)計(jì)計(jì)算分析，最終選定明挖箱涵方案為最優(yōu)方案，提出了具體的施工方案，解決了引水明渠與天然氣管道交叉穿越的問(wèn)題。