南水北調配套工程非開挖水平定向鉆穿越技術

王 偉

（滄州水利勘測設計院，河北 滄州061000）

南水北調配套工程非開挖水平定向鉆穿越技術

王 偉

（滄州水利勘測設計院，河北 滄州061000）

南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程第一設計單元由于線路較長，管線多處穿越了公路、河流等。在穿越公路及河流的工程設計中，通過方案比選大量采用了不污染環境、不影響（或少影響）交通、施工周期短、綜合成本低的非開挖水平定向鉆穿越技術。該技術的應用有效地解決了傳統的“開膛破肚”式管線施工導致的社會問題、交通問題和環境污染等問題。

非開挖技術；水平定向鉆孔；穿越；南水北調

1 工程概況

非開挖水平定向鉆管線鋪設工程技術是指利用少開挖或不開挖的方法對地下管道進行鋪設、維修、更換或探測的一門施工技術。在施工過程中應用了定向鉆進技術的原理，極大地降低了地下管線施工對河流、交通、環境、基礎設施、居民生活工作等造成的影響。目前在水利、石油、天然氣、電力、通訊、供熱等管道鋪設與維護領域得到了廣泛應用，是當今非開挖鋪設各類地下管道的主要施工方法之一。

滄州市南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程第一設計單元是通過石津干渠與南水北調中線總干渠相連，通過石津干渠設置的分水口門分別向泊頭市交河鎮、東光縣、吳橋縣、泊頭市和青縣地表水廠供水，為各供水目標城區提供生活、工業用水。本工程包括泊頭市交河鎮輸水管道工程、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133.71km。

由于線路較長，管線多處穿越了公路、河流、鐵路等。除穿越鐵路按照鐵路部門的要求采用鋼筋混凝土箱涵穿越方式外，在穿越公路及河流設計中采用了非開挖水平定向鉆穿越技術。

2 穿越公路設計

本工程穿越公路設計主要為穿越Ⅲ級以下公路和穿越國道、省道、高速、城區公路等高等級公路兩大類。

Ⅲ級以下公路車流量、車荷載均較小，設計中采用開挖穿越方式。施工中需修建臨時輔道（泥結石路面）以解決交通問題。

高等級公路車流量較大，采用開挖穿越方式勢必會造成交通中斷或擁堵，因此本次設計只對采用非開挖頂管穿越和非開挖水平定向鉆穿越進行比選。以第一設計單元中青縣輸水管道工程穿越的一條路面寬40m高等級公路為例，對兩種穿越方案進行比選。

2.1 非開挖頂管穿越方案

青縣輸水管道工程管道設計直徑為DN1000mm，頂管選用DN1800鋼承口式頂進施工法鋼筋混凝土排水管 （DRC）Ⅲ級管，頂進長度60m，頂管內穿DN1000鋼管，壁厚12cm。施工中首先在公路兩側設置工作井和接收井實施頂進作業，工作坑及接收坑底尺寸均為6.0m×6.5m，深6.0m，采用插打I45a工字鋼結構，［20槽鋼橫向支撐，每根工字鋼長14m，以確保坑的穩定及公路行車安全。工作坑基底鋪設50cm厚C20混凝土墊層，導軌連接件預埋其中，導軌置于混凝土上。后背墻采用C25鋼筋混凝土，導軌采用60kg鋼軌；然后實施頂進作業和輸水管道安裝；最后進行土方回填等后續工作。

非開挖頂管穿越方案工程投資如表1。

表1 頂管方案工程投資

2.2 非開挖水平定向鉆穿越方案

非開挖水平定向鉆穿越管材選用DN1000PE（PE100級、SDR17）管材,穿越長度120m。施工步驟主要由鉆進液配制、管線焊接及檢驗、鉆進導向孔、擴孔清孔、管線鋪設施工等幾部分組成。施工中應保障采用高質量泥漿，機械運行無故障，在擴孔完成后，可通過牽引將PE管拉入孔內，牽引力不得大于設計要求，以防止管體拉傷破壞。

水平定向鉆方案工程投資如表2。

表2 水平定向鉆方案工程投資

通過以上比較可知，非開挖水平定向鉆穿越方案較非開挖頂管穿越方案投資較少,加之非開挖水平定向鉆施工較非開挖頂管施工工序簡單，工期較短，經經濟技術綜合比較，設計中穿越高等級公路時采用非開挖水平定向鉆穿越方案。

3 穿越河流設計

滄州市南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程第一設計單元在穿越較大型河道時擬采用開挖穿越、非開挖水平定向鉆進穿越及管橋穿越3種方式。因較大型的河道施工期內河道積水較多，開挖穿越和管橋穿越在施工中需要做導、截流工程，且在施工完成后需要對管線上、下游迎水面堤坡采取防護措施，施工工程量較大，工期較長。而采取非開挖水平定向鉆進穿越方式從河道底部穿過，對河道正常過水沒有影響，不需要做導、截流工程；施工后對河道擾動較小，也不需要對管線上、下游迎水面堤坡采取防護措施；另外，非開挖水平定向鉆進穿越工期較短，一般只需1～2d即可完成主體工程穿越。因此，本工程穿越設計采用非開挖水平定向鉆進穿越方式。

目前，國內采用水平定向鉆進技術穿越時管材主要有兩種：聚乙烯管（PE）和鋼管（SP）。

3.1 管材性能比較

鋼管（SP）的抗拉強度、屈服極限高，抗外力破壞、抗扭曲能力強，但鋼管（SP）抗腐蝕差，工程中需對鋼管進行內外防腐以延長鋼管使用壽命。

聚乙烯（PE）管道斷裂延長率非常高，具有非常優異的柔韌性，具備優良的抗劃痕能力、抗不均勻沉降及抗震性。另外聚乙烯（PE）材料具有優良的耐腐蝕性，且允許彈性敷設段曲率半徑較鋼管小很多。

3.2 穿越長度比較

以青縣輸水管道工程管線穿越捷地減河為例，輸水管道工程管道設計直徑為DN1000mm，根據CJJ63—2008《聚乙烯燃氣管道工程技術規程》及GB50423—2013《油氣輸送氣管道穿越工程設計規范》，計算出的聚乙烯管（PE）（PE100級、SDR17）最大穿越長度307m，鋼管（SP）（t=16mm）最大穿越長度1800m。鋼管（SP）的穿越長度較聚乙烯管（PE）長很多。

綜上可知，鋼管（SP）的優點是強度高，抗外力破壞能力強，穿越距離長；缺點是彎曲半徑較大，且抗腐蝕性能較差，需對鋼管進行內外防腐以延長鋼管使用壽命。聚乙烯管（PE）的優點是不需要防腐，本身具有優良的耐腐蝕性，且具有良好的柔韌性，彎曲半徑較小，能有效減少穿越長度；缺點是管材抗拉強度較低，穿越長度較短。

本工程在采用水平定向鉆進技術穿越子牙新河、捷地減河、北排河、南排河等大型行洪、排瀝河道時，由于穿越長度較長（均大于500m），因此穿越管材選用鋼管（SP）。其他中小型河道穿越長度均在300m以下，穿越管材選用聚乙烯管（PE）。

4 結語

滄州市南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程第一設計單元穿越設計中大量應用了非開挖水平定向鉆穿越技術。隨著社會現代文明意識和環保意識的增強，這種非開挖的新技術因其不污染環境、不影響（或少影響）交通、施工周期短、綜合成本低等優點必將受到大力推廣及應用。

［1］GB50423—2013，油氣輸送氣管道穿越工程設計規范［S］.

［2］CJJ63—2008，聚乙烯燃氣管道工程技術規程［S］.

［3］水平定向鉆進管線鋪設工程技術規范［K］.北京：中國非開挖技術協會，2001.

［4］滄州水利勘測設計院.滄州市南水北調配套工程水廠以上輸水管道工程第一設計單元初步設計報告［R］.2013.

Application of trenchless horizontal directional drilling crossing technology in the supporting project of South-to-North water diversion project

WANG Wei
（Cangzhou Institute of Hydrology Survey and Design,Cangzhou 061000,China）

The No.1 engineering design unit of water pipeline project in the supporting project of South-to-North water transfer project has a long line,and most pipelines crossed the roads and rivers.In the engineering design of crossing highways and rivers,through the scheme comparison,we adopt the trenchless horizontal directional drilling crossing technology,it has the advantages of less environment pollution,do not（or less） affect traffic,short construction period and low comprehensive cost and so on.The application of technology effectively solves the social problems,traffic problems and environmental pollution problems caused by the traditional type pipeline construction.

trenchless technology;horizontal directional drilling;crossing;South-to-North water diversion

TV5

B

1672-9900（2015）02-0075-03

2015-03-17

王 偉（1980-），男（滿族），河北隆化人，工程師，主要從事水利工程設計工作，（Tel）13933989031。