定向穿越涉路工程性能指標安全性評價分析

中圖分類號：TU744 文獻標志碼：A

0 引言

無錫市某變電工程在施工過程中，穿管工程涉及道路，為保證該項工程在全過程施工中既滿足工程設計規范要求，又滿足工程實際需要，同時規范基礎設施之間的關系，減少涉路穿管工程對現有道路的影響，為公眾出行、公共安全提供保障，受建設單位委托，設計單位對無錫某部 35kV 后宅變1#主變負荷割接工程定向穿越環鎮北路項目進行安全技術評價工作。為達到定向穿越涉路工程安全及經濟的需求，確保項目順利實施開展，本文對項目進行描述后，指出該項工程的設計重點及要點[1]

1工程概況

1.1 自然地理及區域地址概況

無錫地區新生代以來新構造活動反映不強烈，地殼活動穩定，1956—1977年，經測量20年間垂直形變速率不超過 -0.1mm/a ，可開展道路及管線建設等施工內容。

根據省水文水資源勘測局無錫分局提供的1951—1952年無錫站的水位數據，無錫市區水位平均維持在 1.25m （歷史最高水位、最低水位分別出現在1991年7月、1956年2月，為3.05m、0.35m），河湖水位的變化趨勢與降水量的年際及年內變化相吻合，但稍有延遲。無錫地區位于省南部，雨水充沛，每年5一9月為雨水集中區，洪澇災害多發。在無錫市新吳區，其抗震設防的等級被設定為7度，設計時所采用的基本地震加速度值為 0.10g ，同時，該區域的基本地震動反應譜特征周期確定為0.45s，歸屬于地震設計分組的第一組。遵循《公路工程抗震設計規范》[2]（JTGB02—2013）的規定，對于擬建的場地地基土壤無需進行液化效應的判別。由于本次電力排管設計未進行地質勘察，經無錫市地方公路處同意，現參考周邊道路施工圖地勘資料，距離本次施工地點160m 。本工程電力管穿越點最深處位于2-1層粉質黏土層。2-1層粉質黏土為灰黃色，軟塑狀，刀切面稍有光澤，干強度中等，韌性中等，土質不均勻；厚度：1.10～5.40m ，平均 3.39m ；層底標高： -4.35～-0.60m ，平均-1.79m ；層底埋深： 2.80～8.60m ，平均 4.20m 。地基土承載力 ，樁側土摩阻力qik Σ=Σ 15kPa ，壓縮模量 Es=3.5MPa 。

1.2環鎮北路概況

該段環鎮北路位于無錫市新吳區，雙向2車道，瀝青砼路面，道路等級為三級公路，設計速度40km/h ，路面標高 4.0m ，無特殊處理路段。道路全寬 13.0m（2×3.0m 非機動車道 +2×3.5m 行車道 Σ=Σ 13.0m' 。路基標準橫斷面，如圖1所示。

1.3電力管穿越環鎮北路概況

本工程電力管定向穿越環鎮北路，為4孔Φ200mm MPP電力管，總長 29m ，設計電力管管頂覆土 5.0m （見表1）。入土點位于環鎮北路南側綠化帶，入土點距離環鎮北路南側路邊垂直距離 7m ；出土點位于環鎮北路北側綠化帶，出土點距離環鎮北路北側路邊垂直距離 9m 。

管道與環鎮北路平面關系示意，如圖2所示。電力管穿越斷面，如圖3所示。

2安全性能評價分析

根據《公路安全保護條例》3的相關要求，遵循《公路路線設計規范》[4]（JTGD20—2017）、《城市工程管線綜合規劃規范》[5（GB50289—2016）、《公路工程技術標準》[（JTGB01—2014）等相關規定，對于該項目，本文對其中影響安全性的幾項指標做出分析[7]。

2.1交叉角度分析

《城市工程管線綜合規劃規范》[5（GB50289—2016）第4.1.7條規定，沿交通線鋪設的工程管線鋪設過程中應平行于鐵路、公路路線。如交叉鋪設管線，應垂直交叉布置管線；垂直鋪設受限時，交叉角不宜小于 60^°"。本工程中電力管與環鎮北路中心線夾角89^°"，滿足規范要求。

圖1環鎮北路標準橫斷面

2.2管道外徑和擴孔直徑

《管線定向鉆進技術規范》[8（DG/TJ08-2075—2010）第3.0.4條規定：管線定向鉆進工程所鋪單根管線或管束的外徑不宜大于 1m 。第6.8.2條規定，應根據敷設管線的具體管徑、地層條件、施工設備情況，進行綜合分析后制定擴孔施工方案，分多次逐級擴孔。當敷設管線的直徑為φ0.2m～φ0.8m區間時，綜合考慮現場地址條件、管線材質種類及入土角度等因素，擴孔的直徑應控制在設計管線直徑的1.2～1.5倍之間。其他管徑應綜合考慮現場狀況、地質條件等因素，合理控制擴孔直徑。對管道運行沉降控制要求較高時，建議擴孔倍數宜取低值。本工程4孔 φ200mmMPP 電力管采用1孔的方式定向鉆進，最終擴孔直徑為 0.7m 。

管道敷設斷面圖，如圖4所示。

2.3擴孔直徑分析

《管線定向鉆進技術規范》[8]（DG/TJ08-2075—2010）第3.0.4條、6.8.2條規定：在管線定向鉆井工程中，鋪設的單根管線、鋪設管線的外側直徑小于1m 最佳，同時施工時應根據鋪設管線的管徑、地層條件、設備能力等因素，合理制定擴孔方案，應采取幾次逐級擴孔。擴孔直徑應充分考慮管線直徑、場地條件、管線種類及入土角度等因素，當敷設管線的直徑在 φ200mm～φ800mm 之間時，擴孔直徑應控制在設計管線直徑1.2～1.5倍區間。其它管徑應根據現場因素，將擴孔直徑控制在合理范圍內[9]。對管道運行沉降控制要求較高時，擴孔倍數宜取低值。本工程4孔 φ200mm MPP電力管采用1孔的方式定向鉆進，最終擴孔直徑為 0.7m 。

2.4入土角度分析

《管線定向鉆進技術規范》[8]（DG/TJ08-2075—2010）第5.3.4條和第5.3.5條規定：出土角度應充分考慮敷設管線類型、材質、管徑等因素，其中地面材質不同，影響出土角度，選用鋼管，出土角度在 0^°～8^° 之間，選用塑料材質，出土角度在 0^°～20^° 之間。由上述規定可知，本工程定向鉆進段入土角度為 20^° ，出土角度為 20^° 。管道出入土角度均滿足規范要求。

2.5牽引機拉力檢查

定向鉆進回拉力可按以下公式估算：

F=（F1-G）K

FI=π/4D2ld1

G=π/4（D2-D21）Ld

式（1）～（3）中，F表示回拉力，單位：kN；F1表示重量，單位： kN （管線排開泥漿）；G表示重量，單位：kN（管線在空氣中）；K表示管壁與孔壁之間摩擦系數，摩擦系數區間為 0.2～0.8 之間；D表示管線外徑，單位： m ;D1表示管線內徑，單位： m ;d為管線的比重，單位： Kn/m³ ;d1為泥漿的比重，單位： Kn/m³ L 為管線長度，單位： m 。

F1=π/4×0.2322×29×13×4=63.72kN

G=π/4×（0.2322-0.22）×29×9.3×4=１１．７１kN

F=（63.72-11.71）×0.5=26.01kN

本次施工定向鉆進機型號為GD380A-L，牽引機拉力為 406kN ，回拉力26.01kN，小于 284.2kN （ 70% 設備回拉力）。最大拉應力F/A=0.6 MPalt; [8]=25MPa ，能夠滿足管道抗拉強度要求。本項目牽引機拉力滿足要求。

2.6管道自身安全性（剛度驗算）

管材參數如下：Fsv，k—壓力標準值（每延米管道上管頂的豎向土壓力），單位： kN/m ：

γ_s —重力密度（回填土的重力密度），本文選用18kN/m³ ：

H—覆土高度（管頂至設計地面的覆土高度），本文選用 5m ：D₁ 一管道的外徑（ 0.232m ;φ_q 一其準永久性系數，本文選用0.5；K_d —變形系數（管道變形系數），本文選用0.089;ΔD_L —變形滯后效應系數（1.5），本文采用1.5變形之后效應系數；E。—彈性模量，單位： kN/m² （管材短期彈性模量）；I_p 一慣性矩（管道縱截面每延米管壁），單位：m⁴/m r₀ —管道計算半徑（管壁中性軸半徑），單位： m S_p 一管材環剛度（ kN/m² ），根據設計文件參數取32kN/m² ：E_d 一變形模量，單位： kN/m² （管側土的綜合），本文選取 2537.5kN/m² U

依據規范《埋地聚乙烯排水管管道工程技術規程》 ^[10]5.3.3 規定計算：在外壓力作用下，埋地排水管（聚乙烯材質）豎向直徑變形率應小于允許變形率的5% ，具體計算公示如下：

《埋地聚乙烯排水管管道工程技術規程》[10]

5.3.2規定：埋地聚乙烯排水管道豎向直徑的變形量計算公示如下。

本項目管材符合要求。

2.7施工期沉降計算

目前主流計算方法多采用經驗法和解析法計算地面沉降，本文采用PECK提出的估算公示（地面沉降橫向分布），公式如下：

式中， Sx 為地面沉降量，單位： m;x 為水平距離（離管線軸線），單位： m;S_max 為最大地面沉降（管道軸線上方），單位： m ;I為寬度系數（地面沉降槽），單位： m;VI 為土體損失量（單位長度），單位： m³/m ），令η 為土體損失百分率，則 V1=πr2η 。根據管道所處層位的土體性質選定 η ，自穩性差、流失性大的土體宜選取大值。i的經驗公式為：

式中，H為埋置深度，單位： m （本文取最不利深度 5m ）； 4 為內摩擦角，根據地質勘探報告取2-1層粉質黏土層，取 16.6^° ;r為最終擴孔半徑，本項目為0.35m 。

本工程土層失土率 n 取 4% ，最終結算得出管道軸線上方地面沉降量的最大值。

參考《給水排水工程頂管技術規程》[]1 CECS246：2008 要求：過路工程等穿越施工造成公共道路路面沉降應控制在一定范圍，沉降量不應超過20 mm。

2.8與現狀管線的垂直距離

《管線定向鉆進技術規范》[8（DG/TJ08-2075—2010）第5.1.3條規定要求，施工時應根據相關行業規范標準及相關規定控制新敷設的管線與建筑物和既有地下管線的垂直距離和水平距離。如無具體相關規范和規定，可根據土層性質設置垂直凈距離。

根據施工單位提供的現場資料，評估點附近存在現狀 4×4 電信管、DN600雨水管、DN160燃氣管、DN300給水管、DN400污水管和電力管，本次電力管線與其垂直相交，穿越土層為粉質黏土層，電力管與現狀電信管的垂直凈距為 2.06m ；與現狀雨水管的垂直凈距為 3.31m ；與現狀燃氣管的垂直凈距為4.06m ;與現狀給水管的垂直凈距為 3.99m ；與現狀污水管的垂直凈距為 1.60m ;與現狀電力管的垂直凈距為 2.45m ，均大于 1.05m （最終擴孔直徑的1.5倍），滿足規范要求。

3結語

經對標準規范、相關道路交通安全技術規定及行業內相關法律法規檢查及分析，項目滿足上述要求規定，根據設計單位及施工單位論證完成的方案進行施工，施工過程中的安全可以得到保障。標高問題是工程施工中重要的技術參數，因此在施工過程中應把標高控制放在首位[12]。為了保障工程建設的品質，施工過程中若條件允許，推薦采用無線地下定位技術系統。該系統集成了地面接收器與遠程顯示設備，其中地面接收器負責捕捉來自鉆頭內部無線探頭發出的信號，以精準定位鉆頭的當前位置。同時，遠程顯示設備會實時展現鉆頭的時鐘讀數、溫度信息以及接收器測得的鉆頭深度。鉆機操作人員根據接收器提供的精準數據，并在導向人員的指引下，能夠迅速響應并調整鉆頭方向，確保其嚴格遵循預設的軌跡進行鉆進作業。注漿管應采用四根壓密注漿專用高壓鋼絲纏繞管，它是一種內壁帶有硅膠質固體潤滑劑，由于這種管的內壁潤滑性能很好，所以有助于水泥槳的注入。注漿管在隨管到回施時，回施端的注漿管口應密封好，防止水泥漿從管端漏出；為防止泥漿進入，注漿孔應采用封箱帶、密封材料等專用材料密封。

參考文獻

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[11]中國工程建設標準化協會.給水排水工程頂管技術規程CECS246：2008［M].北京：中國計劃出版社，2008.

[12]陳雪清.穿越式涉路工程安全性評價分析：以朱山至際上新建道路工程為例［J].江西建材，2020（9）：42-43.

（編輯 張碧雪）

Safety evaluation analysis of performance indicators for directional crossing and road engineering： taking the directional crossing project of a certain substation project in Wuxi as an example

FU Changjun， SONG Jiacheng，TANG Yin （Nanjing Police University，Nanjing 21OOOO，China）

Abstract：Inorder toensure the safetyofthe pipeline crossing project involving the existing road inthe process of construction，this paper takes a substation project in Wuxicityas an example to evaluate and analyzethe safetyof the pipeline crossing project from theperspective of theoretical calculation.Theaim is to reduce the impact of road crossng project onexisting roads，and provide guarantee for public travel and publicsafety.To meet the safety and economicrequirementsof theroad-involved directional driling projectandensure the smoth implementationof the project，this paper describes the project and then points out the key points and emphases of its design.

Key words： pipe crossing and road crossing project; safety evaluation and analysis;key points of design scheme