閻良供水安全提升改造工程輸水管道穿越方式淺析

冉紅濤

（西安市閻良區水務局，陜西 西安 710089）

0 引言

閻良供水安全提升改造工程旨在解決西安市閻良區供水根本問題，提升城市供水安全性、穩定性，同時為臨潼區渭北工業園及富閻產業合作園補充水源。工程實施中需穿越道路、灌溉渠道、退水干溝以及其他建筑物等，采用合適的穿越方式，對于加快工程進度、保障工程質量具有重要作用。

1 工程概況

該項目主要鋪設DN500～DN1000球墨鑄鐵管道輸水管道37.6 km，穿越河流等障礙物采用鋼管鋪設，同時建設閘閥井等各類附屬設施；在高陵區灣子水廠管道末端及閻良區振興街道辦龍游村各建設一座加壓站；最后對高陵加壓站至閻良配水廠現狀DN800鋼筋砼管道進行改造。

2 輸水管道主要穿越方式分析

項目所在地屬于關中盆地，是由河流沖積和黃土堆積形成的，地勢平坦，土質肥沃，機耕、灌溉條件都很好，因此在輸水管道施工中主要采用開挖方式鋪設管道。在穿越道路、渠道等特殊段時，需根據施工區域實際情況，結合各類穿越方式的不同特點制定穿越方案，各方案比較見表1。

表1 各種方式穿越268 m土塬方案比較

2.1 土方開挖方式穿越

土方開挖方式是利用挖掘機開挖溝槽，然后將管道埋地鋪設，管道埋深為路基以下2 m。開挖的主要方式有全面開挖、分部位開挖、分層開挖和分段開挖等。全面開挖適用于開挖深度淺、范圍小的工程項目。開挖范圍較大時，需采用分部位開挖。如開挖深度較大，則采用分層開挖。分段開挖則適用于長度較大的渠道、溢洪道等工程。土方開挖方式優點是施工簡單、成本較低，施工周期短；缺點是在施工過程中妨礙交通、產生揚塵等，安全性差，對生態和周圍環境影響較大。

在閻良供水安全提升改造工程中，管位主要位于農田內，地勢平坦，地質條件好，土質均勻，因此主要采取土方開挖方式鋪設管道，開挖前應先設置圍擋，開挖過程中按照設計要求放坡或支護，同時需做好防塵減霾工作。

2.2 水平定向鉆拖管方式穿越

水平定向鉆拖管穿越方式是利用定向鉆機設備先進行鉆孔、打孔、清孔，然后將所需鋪設管道回拖來完成管道鋪設工作。隨著城市化進程不斷加快，該方式應用越來越廣泛，而且技術日漸完善。它的優點是不易受惡劣天氣和季節氣候變化的影響，無需進行大面積開挖施工就能實現地下管道的鋪設，無渣土和揚塵，對周圍生態環境影響較小。同時該方式對管道周圍土層的擾動較小，特別是上層土層，能最大程度的保留地面原狀。由于該方式在地面以下施工，可以減少拆遷和對原地面的破壞，節約征地拆遷費用。但由于我國目前尚未制定統一的技術標準，也無施工驗收規范，因此施工質量難以控制；同時由于施工后管道與回擴孔之間存在空隙，無法回填密實，因此部分橫穿道路的管線施工，在孔內泥漿固結后，道路可能會出現道路下沉現象。相比于開挖施工，單純施工費用有所增加；受地層影響較大，當遇到卵石層、硬質巖層以及其他復雜地質條件的地層時，施工難度較大。

根據該穿越方式上述特點，在該工程輸水管道穿越一處土塬及穿越住戶門前時采用水平定向鉆拖管穿越方式。穿越土塬處若選用開挖方式將產生大量土方開挖量及棄置土方，而住戶門前與道路之間空間不足，在保護道路及房屋前提下無法采用開挖方式穿越；采用球墨鑄鐵直頂管則施工工期大大延長，且將增加大量工程費用。本次施工中，經對導向孔鉆進、回擴、回拉量測、閉水檢驗等指標控制，順利地完成穿越，達到了預期的建設目標。

2.3 頂管方式穿越

頂管方式穿越即在管道兩側開挖頂管坑及接受坑，在頂管坑內利用千斤頂等頂進設備，將管道逐根頂入土中，并將土方運走。一根管道頂入土層之后，再頂第二根管道，直至管道穿過土層到達接收坑內。有時頂進的是工具管、混凝土套管或掘進機，管道緊跟其后，或從套管中穿越，敷設在頂管坑和接收坑之間。其優點為施工周期較短，機械化程度較高，不受季節影響，安全性較好等；缺點為施工投資較高，穿越長度較長時方向難以控制。

2.3.1 前期準備工作

在頂管施工前，首先要做好充分的準備工作。①仔細研究頂管區域勘查報告等有關資料，詳細了解地下狀況；②與當地管理機構做好各方面的聯系，以防止在施工中產生其它問題；③施工方案和設計要求開挖頂管工作坑，并用混凝土加固；④在工作坑內還設置集水坑。

2.3.2 施工工藝

先是將制作好的球墨鑄鐵直頂管、混凝土套管或者其他工具管吊裝至頂管坑內，在頂管坑靠背處安裝鋼板或者枕木等作為支承板，然后安裝千斤頂、頂梁、橫梁等。先根據頂管位置進行掏土，然后開始頂進。掏土進尺深度由土質及管頂上部覆土厚度決定，土質密而且覆土較厚時，有利于形成卸力拱，進尺深度可適當加大，土質松散或覆土厚度較小，則要少挖，勤挖勤頂，挖土直徑不可超過管道外徑。本項目中管頂距地面距離超過2 m，土質條件較好，一般在管端超挖30 cm～50 cm,嚴禁長距離超挖以避免安全事故的發生。頂進過程中應及時測量，每一頂程過后，要對管道高程及左右偏差測量一次，發現問題及時糾偏?？梢栽诠艿那岸嗽O一斜撐支于管前的土壁上，結合一側超挖土方，在頂進中糾正正左右偏及抬頭扎頭。前兩節管道的銜接處，用鋼板焊制的鋼脹圈加固，作為防止偏差的一項措施。

2.3.3 頂管施工安全措施

①頂管施工方案需由監理單位及建設單位審核通過；②在主要交通道路及鐵路等路基下施工時，要嚴格按照鐵路部門規定的時限施工，當有列車經過時，嚴禁挖土和頂進；③頂進時停止挖土，傳力柱上和兩側嚴禁站人，所有傳力柱必須擺放順直；④吊裝時坑內人員要做好防護措施，并由專人指揮；⑤設置必要的通風設施，防止缺氧，洞內不準使用明火。

該項目在穿越310國道、西咸二級路、西咸北環線、石油和天然氣管道以及涇惠渠等障礙物時，按照其產權管轄單位對施工質量的要求，以及設計單位對鋼管及球墨鑄鐵管的分析對比，在上述穿越段采用頂管方式穿越，其中310國道、涇惠渠采用混凝土套管穿越，西咸二級路、石油和天然氣管道采用球墨鑄鐵直頂管穿越。

3 上述穿越方式在閻良供水安全提升改造工程中的實踐和應用

3.1 閻良供水安全提升改造項目穿越障礙物方式比選

該項目屬線性工程，涉及西安市臨潼區、臨潼渭北工業園、高陵區、閻良區、西安航空基地管委會和渭南市富平縣共6個區域，管道沿線涉及的臨時占地賠償包括民房拆遷、青苗、苗圃、樹木等，需穿越的設施主要包括310國道、西咸二級路、西咸北環線、清河、涇惠渠、天然氣、石油管道等。

根據310國道、西咸北環線、涇惠渠產權單位要求，在穿越時需采用外套鋼筋混凝土管防護，管內安裝輸水管道，混凝土管凈空要求滿足管道安裝和運行維護、檢修要求。混凝土管兩端設鋼筋混凝土井，并設穿墻鋼套管，頂部兩端設人孔，便于觀察和維護。

開挖直埋方案為常規施工方法，工程可靠度較高。頂管施工與開挖施工法相比，具有以下優點：開挖部分僅僅只有工作坑和接收坑，而且安全、對交通影響小；在管道頂進過程中，只挖去管道斷面部分的土，挖土量少；建設公害少、文明施工程度高；在覆土深度大的情況下，施工成本低。但是，它與開挖施工法相比較，頂管施工也存在以下不足之處：在軟土層中容易發生偏差，而且糾正這種偏差又比較困難，管道容易產生不均勻下沉；推進過程中如果遇到障礙物時處理這些障礙物則非常困難；在覆土淺的條件下顯得很不經濟。

水平定向鉆拖管施工相較于球墨鑄鐵直頂管施工造價低，工期短，但是鋼管容易在頂進過程中破壞外防腐涂層且不易修復，在土壤等作用下易發生電化學腐蝕；PE等有機材料管材存在材料力學性能差的弱點，因此水平定向鉆拖管在管材壽命和質量控制上不如球墨鑄鐵直頂管。

3.2 土方開挖方式穿越

在穿越村級道路、縣級道路、U形渠以及清河等處時采用土方開挖方式鋪設管道。

在施工組織設計中，要有單項土方工程施工方案，對施工準備、開挖方法、放坡、排水、邊坡支護應根據有關規范要求進行設計；溝槽四周應設防護欄桿，人員上下要有專用爬梯。治污減霾設施到位。開挖中保護測量基準樁，以保證土方開挖標高位置與尺寸準確無誤。

3.3 水平定向鉆拖管方式穿越

在該項目施工時，由于村民房屋與道路之間空間較窄，無法進行開挖施工，而在另一處需要管道穿越長距離土塬，如果開挖施工將增加較大工程量，因此采用水平定向鉆拖管施工。

在拖管前需進行工程勘察，調查分析施工區域內各方面情況，充分掌握現場資料。應查明現狀地下管線分布情況。管材一般采用鋼管，施工時和施工完成后，鋪設管線的上覆土層及相鄰建筑物不得沉陷、坍塌或隆起，相鄰或相交管線及地下構筑物不受損壞。

3.4 頂管方式穿越

項目在穿越301國道、西咸北環線、涇惠渠時采用直徑1.8 m混凝土套管頂管方式穿越，頂管完成后在管內安裝φ1020鋼管。在穿越西咸二級路、天然氣、石油管道等障礙物時采用球墨鑄鐵直頂管。

頂管前，根據地下頂管法施工技術要求，按實際情況，制定出符合規范、標準、規程的專項安全技術方案和措施；在頂進中應有防毒、防燃、防暴、防水淹的措施，頂進長度超50 m時，應有預防缺氧、窒息的措施；氧氣瓶與乙炔瓶(罐)不得進入坑內。管道接口必須密實、平順、不脫落；橡膠圈放置正確，管內不得有泥塊、磚塊等雜物；頂管完畢，目測直順、無反坡、清潔、不積水、管節無裂縫，段間無滲漏。頂管中如遇塌方或超挖空隙，應進行處理。

4 結語

上述的各種穿越方式，適應于不同的現場條件和施工要求，各有優缺點，選擇經濟、高效的穿越方式不但可以節省工程投資，縮短工期，保護生態環境，而且安全可靠。通過選擇合適的穿越方式，閻良供水管道施工施工取得了良好的效果?？蔀橥惞こ烫峁┙梃b。