滄州市南水北調配套工程穿越設計原則分析

王偉

【摘要】：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工程設計中采用了套管內吹砂，水平定向鉆穿越等很多新工藝，新技術，在經濟合理、技術可行，施工便捷的原則下，確保了優質的工程設計質量。

【關鍵詞】：穿越；套管內吹砂；非開挖技術；水平定向鉆；南水北調。

1.1工程概況

南水北調工程是一項宏偉的跨流域調水工程，工程實施將極大的緩解北方地區水資源緊缺狀況。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河北省南水北調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133.707km。

由于線路較長，管線多處穿越了公路、河流、鐵路等工程，下面簡要介紹一下工程設計中穿越上述工程的設計原則。

1.2穿越公路

穿越公路設計分為三種：第一種為穿越鄉間土路，第二種為穿越公路Ⅲ級以下公路（包括一般混凝土路和瀝青路），第三種為穿越國道、省道、高速、城區公路等高等級公路。

（1）鄉間土路

鄉間土路車流量、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級以下公路

本工程穿越公路Ⅲ級以下公路時，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，對兩種方案進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計，對兩種穿越方案進行比選。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，工程投資測算中不再計入主管材。

①開挖方案

公路Ⅲ級以下公路路面寬度較小，采用開挖穿越方案設計勢必會影響車輛的正常通行，工程施工前應鋪設臨時輔道對車輛進行導流。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，套管內采用吹沙工藝填充中砂。施工完畢后，路面按原設計標準進行恢復。

施工工序：首先，修建一條長60m，寬7m的臨時輔道（泥結石路面）以解決臨時交通問題；其次挖除路面進行管溝開挖，敷設公路套管和輸水管道，然后進行土方回填、路面恢復及輔道拆除。經測算，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6.0×6.5米，深度為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。經測算，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，開挖方案對交通有影響，需修建輔道以解決臨時交通問題；對比工程投資可知開挖方案只為頂管方案的1/5左右，經經濟技術綜合比較，穿越公路Ⅲ級以下公路時采用開挖穿越方案。

（3）高等級公路

穿越高等級公路如國道、省道及城區高等級公路等時，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，SDR17的PE管，管頂覆土不小于3.5m，擴孔孔徑比穿越管材大0.2m。穿越高速公路采用頂管內套鋼管方式穿越，頂管管頂覆土深度9.5m左右。頂管執行JC/T640-1996標準，采用鋼承口式頂進施工法鋼筋混凝土排水管（DRC）Ⅲ級管。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雜，拐點較多，且緊鄰紅旗渠，因此采用鋼管外包混凝土的穿越方式。

1.3穿越河流設計

（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，管道開挖鋪設需采用施工圍堰和導流工程，為運行管理安全需要對管線上、下游河槽邊坡進行漿砌石護砌，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。考慮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（定向鉆穿越技術）已經非常成熟，采用非開挖穿越技術，能夠有效解決以上問題，經經濟技術綜合分析，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。鋼管的優點是強度高，抗外力破壞能力強，穿越距離長，缺點是抗腐蝕差，需對鋼管進行內外防腐以延長鋼管使用壽命，鋼管外防腐采用3PE防腐，內防腐采用IPN8710飲用水無毒防腐涂料；PE與鋼管相比的的優點是不需要防腐，本身就具有優良的耐腐蝕性，且具有良好的柔韌性，彎曲半徑≤210D，能有效減少穿越長度。缺點是強度低較低，穿越長度較短。本工程穿越大型行洪排瀝河道均超過400米，因此穿越管材設計采用鋼管。

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劃的要求，入鉆點距離大堤外坡腳不小于120m，渠底覆土不小于8m，擴孔孔徑比穿越管材大0.2m。非開挖水平定向鉆進技術的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管或鋼管拉入孔內，牽引力不得大于設計要求，以防止管體拉傷破壞。

（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，并對管線上、下游河槽采用漿砌石護砌。按照防洪設計要求，當管道穿越一般渠道時，穿越長度應加大至兩岸或兩堤腳外側各5m以外。

②河道深度<3.5m

采用主管材小角度借轉開挖穿越方式施工。

1.4穿越鐵路設計

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；

采用混凝土箱涵內穿鋼管。

（2）從路基下穿越采用混凝土箱涵內穿鋼管，混凝土箱涵采用頂進施工。

1.5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在穿越工程設計中采用了套管內吹砂，水平定向鉆穿越等很多新工藝，新技術，在經濟合理、技術可行，施工便捷的原則下，確保了優質的工程設計質量。工程設計得到了省市各級領導的認可。

參考文獻：

[1]油氣輸送氣管道穿越工程設計規范 GB50423-2007

[2]聚乙烯燃氣管道工程技術規程 CJJ63-2008

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

[4]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.滄州水利勘測設計院，2013年