定向鉆在污水管道穿越中線總干渠中的應用

趙麗曉

（河北省黃壁莊水庫管理局，石家莊050224）

1 概述

南水北調中線一期工程總干渠自河北省邯鄲市磁縣縣城西部通過。和諧大道是磁縣縣城北部一條自西向東交通主干道，與南水北調總干渠相交，交角93°。

和諧大道西延污水管網工程布置于和諧大道西延路段兩側非機動車道下方，污水管道中距33m，分居和諧大道中心線兩側16.5m處，采用承插口鋼筋混凝土排水管，污水自西向東流入天河大街污水主干管道，有效地解決了和諧大道兩側區域污水排放問題。在和諧大道與南水北調總干渠交叉位置，污水管道管徑為D500mm，雙管污水流量為200～260L/s。

在和諧大道跨南水北調總干渠橋梁的橋墩、邊墩混凝土擋墻樁基施工過程中將原有污水管道截斷，致使橋西污水不能通過該管網流入主城區管網中。本文就污水管道穿越總干渠問題進行了定向鉆方案設計的探討。

2 穿越工程方案選取

本工程外套管直徑DN700，其直徑小，距離長，若采用頂管法不僅設備要求高、施工難度大，而且施工工期較長、工程投資較高；而定向鉆方案相對而言施工工藝簡單，施工速度較快，施工工期較短，工程投資較低，可以將對穿越處具有弱膨脹性的黏土巖的影響降至最低。因此，綜合考慮各方因素，推薦污水管道采用定向鉆方案穿越總干渠。穿越位置定于和諧大道北側，距總干渠上游和諧大道交通橋近端橋墩62m，與總干渠中心線交角90°，穿越處總干渠樁號18+810.374。

3 穿越位置工程地質條件

該工程區地層巖性主要為：上第三系中新統湖積（N1）黏土巖、砂巖、礫巖、細砂，第四系中更新統下段冰磧（glQ12）泥礫、細砂。上第三系中新統與上覆地層呈不整合接觸?？辈炱陂g測得地下水賦存于上第三系中新統礫巖層中，屬基巖裂隙水，地下水位高程81.8～82.7m，埋深7m。

4 定向鉆進設計參數確定

根據南水北調工程相關技術要求規定，采用定向鉆方式穿越總干渠時，對于半挖半填渠段，管頂埋深不應小于渠底以下10m。穿越處總干渠渠底高程84.89m，本次設計穿越管道頂高程為74.89m，距總干渠渠底整10m，滿足要求。

定向鉆進主要設計參數：①入、出土角均為7°；②入、出土側曲線段曲率半徑均為1050m；③管線入、出土點均在總干渠一級水源保護區邊界即工程管理范圍邊線外延50m以外，滿足中線干線工程水源保護區的相關要求。

此外，穿越位置入土端為砂卵石層，厚4m，出土端則處于平均厚11m的泥礫層，且入、出土端地面高差7m，為保證穿越順利實施，設計中擬采取開挖換填法對兩端進行處理，對入土端自地面沿定向鉆軌跡線挖至黏土巖層，開挖部分全部換填為黏土；對出土端開挖方式同出土端，換填黏土至入土端同高程并在此高程完成定向鉆穿越后再用開挖土回填至原地面。

5 穿越用管設計

5.1 管材選取

5.1.1 PE管

即聚乙烯塑料管，優點是施工工藝簡單，有一定的柔韌性，且具有極好的抗腐蝕性，無需作防腐處理，可以節省大量工序；使用壽命長，在標準狀況下至少可以安全使用50年。其缺點是耐壓性、耐溫度變化性能較差，現場安裝時需要專業焊機，施工速度較慢，而且產品不能裸露于陽光下，否則易老化。

5.1.2 鋼塑復合管

鋼塑復合管是以無縫鋼管、焊接鋼管為基管，內外壁分別涂裝聚乙烯和環氧粉末等涂料，采用前處理、預熱、內涂裝、流平、后處理工藝制成的涂塑復合鋼管。該管材克服了鋼管的易銹蝕、有污染、笨重、使用壽命短和PE管強度低、膨脹量大、易變形的缺點，具有承壓高、抗沖擊力強、內壁光滑、無污染、流體阻力小、不結垢、不滋生微生物、流體不受二次污染、埋地管容易探測等優點。但目前鋼塑復合管多用于給水工程，在排污工程中因其內防腐涂層效果的不確定性，增加了鋼管內側腐蝕的風險，并未得到廣泛應用。

綜合考慮，鋼塑復合管強度高，PE管抗腐蝕性能佳，本工程管材推薦選用PE管為排水管，外套鋼塑復合管作為定向鉆用管，充分發揮兩種管材的優勢，保證穿越工程的安全可靠。

5.2 管徑及壁厚設計

根據污水管道流量Qmax=260L/s、Qmin=200L/s，確定穿越內管選用dn560mmPE管，此時計算得管內水流流速分別為1.324，1.02m/s，均大于0.9m/s(倒虹管最小流速)且大于0.97m/s(上游管道流速)，滿足規范要求；又據GB50423—2007《油氣輸送管道穿越工程設計規范》，套管外徑應比輸水管道直徑大100～300mm，故鋼塑復合管選用DN700mm，壁厚14mm，內承壓1MPa。

5.3 管道防腐

排水管為PE管，已具有良好的防腐性能，管道間采用可靠的電熔連接，保證了污水水體與外界的完全隔絕，套管選用3PE外防腐，環氧涂層內防腐的鋼塑復合管，其中環氧涂層內防腐加強級厚度0.5mm，3PE外防腐層加強級厚度4mm，為了保證總干渠安全，穿越管道設計等級高于非穿越段一個等級，最終內外防腐層厚度分別選用1mm和6mm。鋼塑復合管采用內襯不銹鋼免修補技術，接口處內表面無需再進行補口補傷，外表面采用聚乙烯熱收縮帶進行補口或補傷。

5.4 滲控及孔道回灌設計

由于定向鉆拉管施工預擴孔直徑為管徑的1.3倍，拉管施工后預擴孔與管道之間會留有間隙形成滲流通道，為防止管道與土壤接觸面造成的滲透破壞，在上游斜管段進口及下游斜管段出口處分別加設截滲環。截滲環為3.0 m×3.0 m×0.5m（長×寬×厚）混凝土結構。施工完成后，為確保總干渠不會因管壁與孔壁間泥漿收縮而產生較大的沉降，需向管壁與孔壁間隙內進行二次注漿作業，適當增加泥漿黏度，使得泥漿充滿整個間隙，以減少泥漿收縮帶來的影響。

6 管道穿越對總干渠的影響分析

穿越采用定向鉆方式，入、出土角均為7°，總干渠渠底管道埋置深度為10m，滿足南水北調相關技術要求規定；穿越管道采用dn560mmPE排水管外套DN700鋼塑復合管，所選用管道的強度等級、壁厚、防腐均比設計所需規格有所提高，保證了穿越管道的安全性，不會對總干渠安全運行產生不利影響。

穿越工程進、出口均設置閘門井，運行過程如有突發情況，可關閉上下游閘門井閘門。因此，可以確?？偢汕|的安全。

7 結語

隨著南水北調中線總干渠工程的建成通水，各種石油、天然氣、給水和排水管道穿越南水北調總干渠的情況會日益增多，采用定向鉆方式穿越總干渠既可保證總干渠運行和水質的安全，又可實現管道的順利連通，將會得到越來越廣泛的應用。

［1］DG/T J08-2075—2010，管線定向鉆進技術規范［S］.

［2］GB50268—2008，給水排水管道工程施工及驗收規范［S］.

［3］GB50423—2007，油氣輸送管道穿越工程設計規范［S］.

［4］GB50424—2007，油氣輸送管道穿越工程施工規范［S］.

［5］趙衛東，秦微.定向鉆穿越孤東辛輸氣管線黃河段的應用［J］.北京石油化工學院學報，2012，20（4）.