定向鉆穿越曹娥江堤防抗滑穩(wěn)定分析

柴文琦 殷學(xué)成 李樹巍

摘 要：本文模擬紹興—杭州成品油管道工程定向鉆穿曹娥江堤防，分析研究定向鉆穿越工程對曹娥江堤防安全穩(wěn)定的影響，并提出相應(yīng)的補償保護措施，避免因施工造成大范圍擾動堤防附近的土層。

關(guān)鍵詞：定向鉆;曹娥江堤防;抗滑穩(wěn)定

中圖分類號：TE973.4文獻標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2020）28-0061-03

Analysis of Stability Against Sliding While Directional Drilling

Pipe Penetrating Caoe River Dike

CHAI Wenqi YIN Xuecheng LI Shuwei

（Reconnaissance and Design Institute， Qiantang River Administration of Zhejiang，Hangzhou Zhejiang 310016）

Abstract： This paper simulated the Shaoxing-Hangzhou oil product pipeline project directional drilling through the Caoe River dike， analyzed and studies the impact of directional drilling crossing project on the safety and stability of Caoe River dike， and put forward corresponding compensation and protection measures to avoid large-scale disturbance of soil layer near the dike due to construction.

Keywords： directional drilling;Caoe River dike;stability against aliding

1 定向鉆管道穿越施工概述

定向鉆管道穿越施工作為新興的地下非開挖施工技術(shù)，由于可避開河道堤身、避免直接損壞堤防，同時兼具工期短及工程造價較低的優(yōu)勢[1-3]，近年來得到了快速發(fā)展。但是，定向鉆管道穿越施工時會不可避免地擾動堤防工程的地基，降低土層抗剪強度，從而在一定程度上降低堤防的地基承載能力，提升堤防整體抗滑失穩(wěn)的風(fēng)險[4]。因此，上級主管部門尤為關(guān)心定向鉆管道穿越技術(shù)對堤防防洪安全的影響[5]。本文模擬紹興—杭州成品油管道工程定向鉆穿曹娥江堤防，分析研究定向鉆穿越工程對曹娥江堤防安全穩(wěn)定的影響，并提出相應(yīng)的補償保護措施。

2 工程概況

紹興—杭州成品油管道工程（以下簡稱“紹—杭管道”）穿越曹娥江堤防某處，管徑Φ406.4直縫埋弧鋼管，穿越長度約為1 210 m，右岸入土點距堤腳95 m，入土角取10°，左岸出土角距堤腳85 m，出土角取10°，穿越管段在曹娥江下，高程為-18.00 m。定向鉆穿越工程與曹娥江兩岸堤防關(guān)系統(tǒng)計如表1所示。

3 管道穿越工程對堤防抗滑穩(wěn)定的影響

3.1 管道穿越工程段曹娥江堤防

曹娥江長182 km，流域面積約為6 068 km2，是錢塘江的主要支流之一。其主流澄潭江發(fā)源于磐安縣尚湖鎮(zhèn)城塘坪，自南往北流經(jīng)新昌縣鏡嶺、澄潭、梅渚，至嵊州市蒼巖，流向轉(zhuǎn)為東北，至下南田，右納新昌江、再下行左匯長樂江，北流4 km至萬年亭附近，黃澤江由右岸匯入，向北流經(jīng)屠家埠、三界鎮(zhèn)入上虞市境，沿江右岸有里東江（嵊溪）、盛岙溪，左岸有陸康溪等支流匯入，蜿蜒向北經(jīng)章鎮(zhèn)右納隱潭溪、下管溪，繼續(xù)下行左納范洋江、小舜江，至百官鎮(zhèn)以北后折向西北，先后從馬山閘、新三江閘納蕭紹平原內(nèi)河諸水，在新三江閘下游約15 km處已建成曹娥江大閘，山區(qū)及平原來水經(jīng)調(diào)蓄后注入錢塘江河口段。

曹娥江定向鉆穿越位于曹娥江上中游河段，穿越工程兩岸為曹娥江堤防工程，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)為100年一遇。其中，左岸堤頂高程為9.66 m，堤頂寬度為7.0 m;右岸堤頂高程為9.50 m，堤頂寬度為7.0 m。根據(jù)現(xiàn)場的工程地質(zhì)情況，定向鉆穿越段地質(zhì)分布自上而下分別為：①-1堤身素填土（層厚[ΔH]=5.5 m）、②-2砂質(zhì)粉土（層厚[ΔH]=9.5 m）、③-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（層厚[ΔH]=19.6 m）、④-1粉質(zhì)黏土（層厚[ΔH]=5.1 m）、④-2淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土（層厚[ΔH]=4.8 m）。土體模型參數(shù)見表2。

3.2 計算方法

本工程堤岸的整體抗滑穩(wěn)定分析選用《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286—2013）中推薦的瑞典圓弧法，其抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)[K]的計算公式為[6]：

式中：[K]為整體穩(wěn)定系數(shù);[Wi]為土條自重，kN;[Qi]、[Vi]為水平和垂直地震慣性力，其中[V]向上為負，向下為正，kN;[u]為作用于土條底面的孔隙壓力，kN/m2;[α]為條塊重力作用線與通過此條塊底面中點的半徑之間的夾角，°;[b]為土條寬度;[c']為土條底面的有效凝聚力，kN/m2;[φ']為有效內(nèi)摩擦角，°;[R]為滑動圓弧的半徑，m;[MC]為水平地震慣性力對圓心的力矩，kN·m。

3.3 計算工況及計算成果分析

為分析定向鉆穿越曹娥江堤防的抗滑穩(wěn)定影響，本文研究選取兩種最不利工況。

3.3.1 背水坡。在百年一遇設(shè)計洪水位下，堤防形成穩(wěn)定滲流后，左右岸背水坡一側(cè)無水的情況下（可取其地面高程），計算背水坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

3.3.2 迎水坡。外江水位由100年一遇設(shè)計洪水位驟降落至低水位，左右岸背水坡一側(cè)無水時（取其地面高程），計算迎水坡的抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

根據(jù)穿越斷面的地質(zhì)資料、曹娥江水位條件及工程兩岸堤防現(xiàn)狀，分別計算穿越工程實施前后曹娥江堤防的抗滑穩(wěn)定系數(shù)。由于定向鉆施工時會造成堤防地基土層的擾動，從偏于工程安全考慮，在計算管道施工時的堤防整體穩(wěn)定，擬將土層參數(shù)指標(biāo)作適當(dāng)折減。

從表3可知，土體受穿越管道施工擾動后，地基土層的物理力學(xué)指標(biāo)（凝聚力和內(nèi)摩擦角）有一定程度的降低，待穿越管道工程建設(shè)完成后，曹娥江左右岸堤防的整體穩(wěn)定系數(shù)有所下降，但各工況計算所得整體穩(wěn)定安全系數(shù)都大于規(guī)范允許值，滿足《堤防工程設(shè)計規(guī)范》（GB 50286—2013）的要求。

4 結(jié)論與建議

①穿越工程建設(shè)前后，通過曹娥江堤防的整體穩(wěn)定分析計算結(jié)果得出：每種計算工況下穿越工程段曹娥江兩岸堤防的整體穩(wěn)定系數(shù)較工程建設(shè)前有所降低，但均符合規(guī)范要求。

②考慮定向鉆穿越曹娥江堤防的施工影響，采用對穿越堤段進行灌漿及對牽引管周圍注漿等后加固措施，加強海塘的整體性，補償降低的海塘整體抗滑穩(wěn)定系數(shù)。

③定向鉆穿越曹娥江堤防工程施工時，應(yīng)加強岸坡保護和監(jiān)測，盡量避免因施工造成大范圍擾動堤防附近的土層。

參考文獻：

[1]朱乃榕.西氣東輸工程管道穿越建筑物結(jié)構(gòu)穩(wěn)定及滲透研究[D].南京：河海大學(xué)，2005.

[2]余劍平，胡維忠.定向鉆穿越堤防對堤基的影響及防滲工程設(shè)計[J].人民長江，2006（8）：81-83.

[3]張軍，于得萬.石油管道穿越河渠工程的防洪影響分析[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2013（10）：20-23.

[4]羅武勝，魯琴，徐濤，等.水平定向鉆進軌跡最優(yōu)化設(shè)計方法研究[J].巖土工程學(xué)報，2005（6）：726-728.

[5]李曉新.水平定向鉆穿越水域工程防洪問題淺析[J].中國防汛抗旱，2012（3）：42-43.

[6]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.堤防工程設(shè)計規(guī)范：GB 50286—2013[S].北京：中國計劃出版社，2013.