南水北調中線青蘭渡槽施工對天然氣管道保護措施

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）位于邯鄲市西環路、南環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€，是南水北調中線總干渠上的一座大型交叉工程。渡槽的四個邊角設計為加筋土回填，表面為扶壁式鋼筋混凝土擋土墻結構。

在進出口擋土墻開挖放線過程中，發現進口左側開挖線范圍內有兩條地下管線：一條是天燃氣管線，一條是成品油管線。根據產權單位的相關資料［1］，天燃氣管道距離開挖底邊線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計1∶1放坡，天然氣管線、石油管線均在開挖范圍內，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、業主單位與管道產權單位協商，按照保證絕對安全的要求應遷移管道，但是由于協商部門眾多，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開挖方案。

2 工程地質概況

2.1 水文地質條件

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

2.2 工程地質條件

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

3 支護方案比選

青蘭渡槽土基坑開挖支護方案如選擇不當，將造成邊坡坍塌、破壞管道、影響工期等嚴重后果，還會增加工程造價，影響中線工程全線通水。從現場地質情況、施工條件及施工規范要求［2］和相關經驗考慮，選擇鋼板樁、土釘墻、鋼筋混凝土灌注樁支護3種方案，從管道安全、施工工期、現場適用性、經濟效益性等方面進行研究比選。

3.1 鋼板樁施工方案

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

3.1.1 鋼板樁支護方案設計［3］

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

圖2 鋼板樁支護方案示意圖

3.1.2 工程量計算

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

（2）錨樁單根長5.05m，間距1m，錨樁根數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350根，準32鋼筋密度為6.31kg/m，準32鋼筋重量31.7t。

3.1.3 造價估算

表1 鋼板樁支護方案造價估算

續表1

3.2 土釘墻支護方案［4］

土釘墻是一種在原位土體加筋技術。青蘭渡槽開挖邊坡通過鋼筋制成的土釘進行加強，以保持邊坡的穩定。邊坡加固型支護施工方法是在邊坡表面鋪設鋼筋網，再噴射混凝土面層和土質邊坡相結合，其構造為設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形成的鋼筋土體復合體，以及混凝土面層所構成的類似重力擋土墻的支護結構。特點是施工設備簡單、施工成本低、施工噪音、振動小，土釘墻本身變形很小，對周圍相鄰構筑物影響小。

3.2.1 土釘墻支護方案設計

土釘墻采用振入式土釘，由輕型潛孔鉆機直接鉆入，孔徑100mm。土釘墻由土釘錨桿、鋼筋網、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，內配準8@150×150單層雙向鋼筋網片，鋼筋網片搭接長度不小于300mm。

圖3 土釘墻支護方案示意圖

3.2.2 工程量及造價估算

表2 土釘墻支護造價估算

3.3 鋼筋混凝土灌注樁支護方案［5］

3.3.1 灌注樁支護方案設計

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

圖4 灌注樁施工防護方案示意圖

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）組成的支護體系。特點是支護樁剛度大，抗彎強度高，塑性變形小，適應性能強，對工作場地要求不高，施工過程產生振動小，對周圍環境及建筑物產生影響小。

3.3.2 懸臂式排樁支護設計

懸臂式排樁支護采用布魯姆（H.Blum）法計算，計算結果如圖5所示。

圖5 布魯姆計算簡圖

根據以上計算結果，選用支護樁樁長10m，樁凈間距1m，預選樁徑d＝100cm，鋼筋保護層厚度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 排樁支護估算造價

3.4 方案比選

（1）鋼板樁支護：鋼板樁施工避開了管道區域，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：按照施工規范要求，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：灌注樁支護在管道外側施工，距離管道較遠，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方案。

表4 南水北調中線與青蘭渡槽進口左邊墻支護方案比選

4 鋼筋混凝土灌注樁支護施工

由施工單位協調產權單位，依靠儀器現場探測，確定了管道的大致方位，對管道走向插旗做好標志，根據管道產權單位要求的距管道開挖安全距離采用排樁進行基坑支護，支護方案上報批準后先進行基坑支護施工，再進行基坑開挖。

支護樁施工過程中由產權單位加強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械操作。

開挖土方時自上而下分層開挖，自卸汽車運土至指定棄土場，裝載機輔助作業。

每開挖一層，對管道位置探測一次，每層開挖均嚴格按照管道產權單位提出的厚度開挖，待產權單位監控人員要求停止開挖時立即停止，并對基坑采取相應保護措施。

5 結語

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

［1］天然氣管道的相關技術資料［Z］.

［2］JGJ120—2012，建筑基坑支護技術規程［S］.

［3］王美花.板樁支護的穩定性分析及經濟性研究［D］.青島：中國石油大學，2008.

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

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