農(nóng)村飲水安全工程管道穿障礙物設計

□陳秀鳳（河南省豫北水利勘測設計院）

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農(nóng)村飲水安全工程管道穿障礙物設計

□陳秀鳳（河南省豫北水利勘測設計院）

農(nóng)村飲水安全工程管道敷設在整個給水系統(tǒng)中占重要比例，由于管線分布廣、線路長，不可避免地要與河流、高地、交通路線等交叉，受條件限制無法采用開槽施工，非開挖穿越施工技術因施工空間較小，不影響交通及河道行洪，應用越來越廣泛，文章通過對非開挖技術在農(nóng)村飲水安全工程中的應用做出簡要分析，希望能給管道穿障礙物工程設計起到一定的參考作用。

安全飲水；管道鋪設；障礙物；非開挖技術；水平定向鉆

1　概述

實施農(nóng)村飲水安全工程，是社會主義新農(nóng)村建設的重要任務，對于保障廣大農(nóng)民群眾的身體健康和生命安全，改善農(nóng)民居住環(huán)境，提高農(nóng)村生活質(zhì)量，加快實現(xiàn)全面建設小康社會目標，具有重要意義。

安陽縣自2005年開始實施農(nóng)村飲水安全工程，目前已完成“十一五”“十二五”規(guī)劃，“十一五”期間，解決了13.64萬人的飲水安全問題。“十二五”安陽縣飲水安全工程目標任務為：解決21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)242個行政村、29.71萬居民和12.88萬師生的飲水不安全問題。目前已經(jīng)完成了2011-2014年4個年度工程，2015年飲水安全工程正在實施，工程實施后，安陽縣“十二五”農(nóng)村飲水安全工程規(guī)劃飲水安全人口將全部解決。

安陽縣共修建飲水安全供水工程154處，工程建設內(nèi)容包括取水構筑物、泵站、輸配水管線及調(diào)節(jié)構筑物等，輸水管網(wǎng)在整個給水系統(tǒng)中占重要比例，它的特點是覆蓋面廣、距離長，不可避免地要與河流、高地、交通路線等交叉。若開挖施工，對交通、河流影響較大，需根據(jù)具體條件與要求，進行方案比選。

2　方案比選

方案一：為降低工程施工難度，輸水管道穿交通干線及河道時采用倒虹吸形式，進行開挖施工，開挖深度2.50 m，底寬1 m，開挖邊坡1：0.50，工程穿河道處安排在非汛期施工，采用圍堰導流方案進行施工，穿交通干線處為避免影響交通，采用分段分期方案進行施工，按道路車道分施工段，恢復一段施工段路面后，再進行下一施工段施工。

方案二：為減少對交通、河流影響，采用不開挖鋪設管道，管道頂高程距路面、設計河底線垂直高度≥2 m。

經(jīng)方案比較，不開槽施工技術施工時間較短，施工占地面積小，土方開挖及回填工程量較小，避免拆除地面構筑物，不影響地面交通，穿越河道時不需要修筑圍堰或水下作業(yè)，能消除自然氣候?qū)こ淌┕さ牟焕绊懀硗膺€能降低管道施工沿線的環(huán)境污染等。開挖施工準備工程復雜，工期長，對交通、河流影響較大，因此輸水管道穿交通干線及河道采用不開槽技術施工。

3　非開挖施工鋪管技術

目前管道穿越不開槽施工方法主要有頂管、水平定向鉆兩種施工方式。

頂管施工適用于大中型管徑的非開挖鋪設，適用管徑DN800～4500 mm，主要用于大型下水道和壓力管道的安裝。優(yōu)點在于對周圍環(huán)境影響較小，施工場地小，噪音小。頂管技術有安全度尚差，施工時間較長，工程造價高等缺點。

水平定向鉆優(yōu)點在于對周圍環(huán)境影響較小，工藝的設備精度較高，操控性好，可以調(diào)整方向與埋深，管線的弧形鋪設距離增加，可全面適應特殊的設計需求，施工周期短，且安全可靠性高。缺點是造價高。目前水平定向鉆已普遍應用于天然氣、自來水、電力、電信等行業(yè)，適用于管徑DN100～1000 mm的鋼管、PE管，最大鋪管長度可達1500 m，由于農(nóng)村飲水安全工程規(guī)模較小，管徑大部分在DN800 mm以內(nèi)，因此采用水平定向鉆施工。

水平定向鉆進的基本原理是：鉆孔過程可在預先挖好的發(fā)射坑和接收坑之間進行，也可以在安裝鉆機的場地，以小角度直接從地表鉆進。導管按預先設定的地下鋪管軌跡鉆一個小口徑先導孔，鉆先導孔過程中利用膨潤土、水、氣混合物來潤滑，冷卻和運載切削下來的土至地面，鉆頭上裝有定向測控儀，可控制鉆頭的傾斜角度，保證鉆進方向。先導孔施工完成后，在先導孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器進行回擴，即在拉回鉆桿的同時將先導孔擴大，當擴孔至尺寸要求后在擴孔器的后端連接旋轉接頭、拉管頭和管線，回拉鋪設地下管線。

水平定向鉆進鋪管技術主要用于在松軟的地層中鋪設長度較短的小口徑地下管線。成孔方式以斜面鉆頭來控制鉆孔方向。對地表干擾小，施工速度快，可控制施工方向，精度較高，但施工時必須注意安全，防止觸電和損壞相鄰管線，水平定向鉆僅適用于非巖性土層，且深度受到控制（視探測器的能力一般在10以內(nèi)），適用管材為PE管和鋼管。

4　水平定向鉆在農(nóng)村飲水安全工程中的應用

安陽縣飲水安全工程管道穿公路、鐵路、流量較大的河流均采用水平定向鉆穿越，本次以管道穿安林公路為例進行分析。

4.1穿越工程設計

管道沿南北向穿越安林公路，公路寬30 m。公路下部地層為淤泥質(zhì)輕亞粘土及亞粘土。根據(jù)規(guī)范要求，施工中應保證穿路段管頂埋深≥2 m。

穿越管道設計管徑為De110 mm，管道公稱壓力1.00 MPa。管材通過對PVC-M管、UPVC管和PE管三種管材的性能進行比較選，結合項目區(qū)實際情況，確定為PE管。

管道穿公路段管道高程距路面垂直高度按2 m控制，管道入土角為8°，出土角為10°，管道導向軌跡及穿越控制點按下列公式計算。

式中：a2——入土端曲線的水平長度（m）；b2——入土端曲線的高度（m）；b1——入土端直線段的高度（m）；c1——出土端曲線的水平長度（m）；d2——出土端曲線的高度（m）；d1——出土端直線段的高度（m）；L1——底部直線段的長度（m）；R——曲率半徑（m）；θ入——入土角（°）；h1——入土端地面與底部直線段的高度（m）；a1——入土端直線段的水平長度（m）；θ出——出土角（°）；h2——出土端地面與底部直線段的高度（m）；c2——出土端直線段的水平長度（m）；L——穿越長度（m）。

經(jīng)計算，入土端斜線段水平距離8.14 m，入土端曲線段水平長12.25 m，水平直線段長30.00 m，出土端斜線段水平距離3.76 m，出土端曲線段水平距離15.28 m。

4.2施工技術要求

水平定向鉆施工工程中穿越管道的曲率半徑、入土角、出土角應嚴格按照設計圖紙施工，在穿越長度和工藝條件許可的條件下，穿越管道曲率半徑可適當取大。

由于安全飲水工程覆蓋范圍較大，未進行地質(zhì)勘探及工程測量，因此穿越管道施工前應進行地質(zhì)勘查、地下建筑排查和地形測量，取得定向鉆施工路線上的地質(zhì)巖性分布、地下水埋深的資料，復核設計圖紙中管道鋪設路線走向及標高，為工程順利施工做好準備。

水平定向鉆鉆機安裝與導向孔布置在同一直線上，并將鉆機傾角調(diào)整至設計導向軌跡。鉆機固定好后，安裝鉆桿、鉆頭及造斜鉆頭，采用導向系統(tǒng)跟蹤定向鉆鉆進軌跡，保證導向軌跡與設計軌跡相符，沿導向軌跡每3 m設一個復核點，測量管道垂直深度、轉角、傾角等參數(shù)，深度相對誤差控制在5%左右。

先導孔完成后，進行回擴，同時采用膨脹土泥漿護壁，保證鉆孔不坍塌。擴孔結束后，回拖管材，回拖施工前，應仔細復查管材質(zhì)量，合格后方能施工，回拖過程中操作人員應小心控制鉆機的拉力和速度，以確保管道在拖拉過程中不受到損害。

工程施工過程中，每一道工序完成后，經(jīng)技術人員檢查合格后，方可進行下一道工序施工，若出現(xiàn)不合格部位，需采取有效的措施進行整改，以確實保障工程施工質(zhì)量。

5　結語

采用非開挖技術施工地下管線，較大程度降低了工程施工對構筑物的破壞，減少了對環(huán)境的污染，提高了施工過程的安全性，是安全飲水工程中管道穿越道路主干線、中小河流的理想施工方案，具有廣闊的推廣應用前景。

（責任編輯：劉青）

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1673-8553（2016）06-0087-02

陳秀鳳（1979-），女，工程師，主要從事水利設計工作。

2016-03-29