欽江～大風江調(diào)水工程引水明渠與天然氣管道交叉穿越設(shè)計

周銓

摘要：欽江～大風江調(diào)水工程引水明渠與中緬天然氣管道交叉，通過分析引水明渠與天然氣管道交叉處的地形、地質(zhì)情況，提出頂管方案、明挖箱涵方案和土洞方案三個方案，經(jīng)過方案比較和分析計算，最終選定明挖箱涵方案為最優(yōu)方案，解決了引水明渠與天然氣管道交叉穿越的問題。

關(guān)鍵詞：引水明渠；天然氣管道；交叉

1工程概況

欽江～大風江調(diào)水工程現(xiàn)場勘察時發(fā)現(xiàn)在引水線路樁號3+889.663附近范圍出現(xiàn)了于2013年新建完成的天然氣管道橫穿本工程設(shè)計引水線路的情況。具體情況是引水線路在樁號3+889.663處有中石油西南管道南寧輸油氣分公司管轄的中緬天然氣管道工程（國內(nèi)段）的天然氣輸氣管道（2013年建設(shè)完工）與本工程設(shè)計引水線路相交。該天然氣輸氣管道管徑為0.813m，埋深2～2.5m。

根據(jù)《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》第三十五條，“在管道線路中心線兩側(cè)各二百米……，進行爆破、地震法勘探或者工程挖掘、工程鉆探、采礦，……施工單位應當向管道所在地縣級人民政府主管管道保護工作的部門提出申請。”由于引水線路在穿越管道處前后各200m共400m范圍內(nèi)的巖土分界線較高，為避免因箱涵普通爆破開挖影響輸氣管道安全，在該范圍內(nèi)采用靜力爆破開挖。

2工程地質(zhì)

（一）地質(zhì)條件

該段沿線為階地地貌區(qū)，地勢平坦開闊，為水田和旱地，兩側(cè)各約200m范圍內(nèi)無起伏較大的山丘，地面高程13～16m。渠道全線以該段地勢最高，為渠道所連通的欽江和大風江的分水嶺。渠道多沿原有灌溉小渠道布置，小渠道深約1.0m。沿線階地覆蓋層上部為粘土夾粉土、粉砂，厚3.8～10m，稍濕，硬塑；下部為砂夾礫石層，密實。該段下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)（J3）薄～中厚層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，無出露。

（二）地質(zhì)評價

場區(qū)為平坦的階地地形，地面高程15.6～16.1m。覆蓋層上部為粘土夾粉土、粉砂，厚3.8～10m，稍濕，硬塑；下部為砂層，部分夾礫石，密實，厚2.4～5.4m。下伏基巖為侏羅系上統(tǒng)（J3）薄～中厚層狀泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，基巖面高程5～6.8m。地下水位高程約13.5 m。

隧洞底板、頂板高程分別約為5.2m、9.2m，洞頂及洞壁大部分圍巖為粘土及砂層，僅洞室底板及洞壁底部為強風化泥巖、泥質(zhì)粉砂巖，總體可視為土洞，屬V類圍巖。

加上隧洞低于地下水位線，地下水對粘土質(zhì)、砂質(zhì)的洞壁穩(wěn)定不利，全洞段成洞條件差，圍巖極不穩(wěn)定，須采取有效的工程措施，加強支護，保證洞室穩(wěn)定。

3方案設(shè)計

為保障工程建成后運行管理的安全，該段引水線路不能采用明渠的型式。本次設(shè)計共研究了3種方案，分別是：頂管方案、明挖箱涵方案、土洞方案。

（1）方案一：頂管方案（比較方案）

由于基巖為軟巖，具備頂管條件。根據(jù)水力學計算，頂管方案考慮布置2孔直徑2.7m的圓管，穿越處設(shè)計渠底高程為5.42m。該方案存在以下缺點：

①管下部位于強風化巖石內(nèi)，上部位于飽和砂層中。施工過程中一旦發(fā)生涌砂，將導致上浮土體松動，進而影響天然氣管道的安全。

②頂管施工過程中，由于正面頂推對周圍土體產(chǎn)生剪切作用，周圍土體會產(chǎn)生局部擠壓及撓曲變形，有可能會影響到天然氣管道的安全。

因此，從安全因素考慮，本次設(shè)計不考慮采用頂管方案。

（2）方案二：明挖箱涵方案（推薦方案）

為保證輸氣管道安全，對于輸氣管道前后各25m共50m范圍的樁號3+864.663-3+914.663段采用明挖箱涵的方案：即先采用貝雷懸吊鋼梁將天然氣管線懸吊固定，再進行土石方開挖和箱涵混凝土澆筑的方式從輸氣管道底部穿越。

為防止支承貝雷梁的承臺在懸吊管道期間發(fā)生過大沉降變形，擬采用4排共8根混凝土灌注樁支承在承臺下部。為盡量不對天然氣管道產(chǎn)生過大擾動，灌注樁采用旋挖式鉆孔施工。另外根據(jù)《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》，該段箱涵石方開挖時需采用靜力爆破的方式。為防止施工期飽和砂層失穩(wěn)，臨時邊坡在砂層范圍內(nèi)擬采用砂袋進行臨時護坡。

根據(jù)水力學計算成果，穿越段箱涵斷面采用單孔5m×3m（寬×高）的C30鋼筋混凝土箱涵，箱涵底板起點高程為5.48m，終點高程為5.36m，箱涵混凝土壁厚0.6m。為防止填土沉降引起管道破壞，箱涵混凝土澆筑完成后，在箱涵頂部的天然氣管道下設(shè)置2m厚、3.51m高的C20混凝土基座，混凝土基座和天然氣管道之問采用砂袋填充。

（3）方案三：土洞方案（比較方案）

土洞方案是在輸氣管道前后各12.5m共計25m范圍的樁號3+877.163～3+902.163段采用高壓旋噴灌漿使混凝土箱涵進出口周邊的土體預固結(jié)，形成前后重力式鎖口墻，之后，采用2排間距0.4m的φ 89管棚從已預固結(jié)好的箱涵上部土體中鉆孔穿過并灌漿固結(jié)周邊土體。為加強防滲效果，擬距上排管棚上部1m處再布置一排孔距1m的充填灌漿。待上部初期支護措施完成后進行暗挖土石方和混凝土澆筑的方式從輸氣管道底部穿越。該段箱涵石方開挖時需采用靜力爆破的方式。

穿越段箱涵斷面采用單孔5m×3m（寬×高）的C30鋼筋混凝土箱涵，箱涵底板起點高程為5.51m，終點高程為5.33m，箱涵混凝土壁厚0.6m。暗挖箱涵前后各22.5m共45m仍采用箱涵，明挖施工，巖石開挖同樣采用靜力爆破的方式。

（4）方案比選

①投資比較

經(jīng)計算，方案二明挖方案的投資為538萬元，方案三土洞方案的投資為864萬元，明挖箱涵方案比土洞方案的投資少326萬元，從投資角度考慮明挖箱涵方案較優(yōu)。

②施工組織及施工安全性比較

明挖箱涵方案是先采用貝雷懸吊鋼梁將天然氣管線懸吊固定，再進行土石方開挖和箱涵混凝土澆筑，最后將土方回填至原地面的方式從輸氣管道底部穿越。該方案在箱涵施工前已將天然氣管線懸吊固定，箱涵施工過程中的土石方開挖、混凝土澆筑等施工作業(yè)對天然氣管道周邊土體擾動較小，施工組織簡單，施工安全性較大。

土洞方案是先對天然氣管道前后25m段土體采用高壓旋噴灌漿預固結(jié)并形成重力式鎖口墻，再采用超前管棚錨桿從已預固結(jié)好的箱涵上部土體中鉆孔穿過并灌漿固結(jié)周邊土體。為加強固結(jié)效果和防止管棚上部土體局部塌落造成管道周邊土體松動，再對管棚上部土體進行充填灌漿。

待土洞上部土體初期支護措施完成后再進行土石方洞挖和混凝土澆筑的方式從輸氣管道底部穿越。該方案在對洞頂土體進行超前管棚錨桿支護及固結(jié)灌漿、土石方洞挖及箱涵混凝土二次襯砌作業(yè)時，都可能對天然氣管道周邊土體造成擾動，安全隱患較多，且整個施工組織復雜，隱蔽工程措施較多，且施工質(zhì)量難以檢查，一旦某一施工步驟質(zhì)量不滿足要求，發(fā)生安全事故后果不堪設(shè)想，施工安全性較小。

③綜合比較

綜合以上兩方面比較可以看出：明挖箱涵方案比土洞方案的投資少326萬元，從投資角度考慮明挖箱涵方案較優(yōu)。另外，由于土洞方案隱蔽工程措施較多，施工不可預見因素也較多，具有較大風險性。因此，經(jīng)綜合考慮選擇明挖箱涵方案做為推薦方案。明挖箱涵斷面如圖3-1。

4結(jié)語

通過本次方案比選和設(shè)計計算分析，最終選定明挖箱涵方案為最優(yōu)方案，提出了具體的施工方案，解決了引水明渠與天然氣管道交叉穿越的問題。