定向钻穿越河道防洪评价的要点

王小丹

(广东省水利电力勘测设计研究院，广东 广州 510610)

1 概况

白云管线穿越工程:输油线路共穿越大中型河流2处，小型水渠8处，小型沟渠70处;高速公路、省道、国道穿越22处，铁路1处。小型沟渠采用大开挖方式穿越，大中型河流采用定向钻穿越方式;现有公路采用开挖或顶管方式穿越，在建公路采用预埋套管方式;铁路采用箱涵进行穿越。白云管线工程穿越LX河、ZJ江、XF为大中型河流，工程结合穿越LX河、ZJ江、XF河段地质情况择定向钻穿越方式穿越。定向钻穿越方式适合地层容易成孔、扩孔的地质，不适用于砂层、砂卵石等不易成孔的地质，其优势在于快捷、对地貌影响小、破坏少，对河床、堤岸、防护堤造成破坏及扰动很小，缺点是对于地质有一定要求，需要在施工前做好勘探。

白云管线在广州市穿越LX河、ZJ江、XF河，设计管线穿越段设计防洪标准为100年一遇，穿越段管线水平穿越长度733m，实际长度为763m，定向钻穿越入土点均位于堤后130m外，采用直缝电阻焊钢管。由于白云管线在LX河、ZJ江、XF河等河道管理范围内布置管道等建筑物，必须依据防洪评价报告编制导则进行防洪影响评价。根据管道穿越工程的情况、所在河段的防洪任务与防洪要求、防洪工程与河道整治工程布局及其它国民经济设施的分布情况等，对建设项目的防洪影响进行综合评价，评价的主要内容有:对河道行洪影响、对河势稳定影响、对堤防稳定影响分析、对防汛抢险影响分析、对第三事权益影响分析。

2 评价内容

2.1 河道行洪影响分析

涉河建筑物对河道行洪影响主要是由于构筑物的修建减小了断面过流面积，水流流线在构筑物的上游形成收缩，下游形成扩散，加上构筑物本身的阻力等因素，使河流的局部阻力增大，造成局部水头损失，形成上下游的水位差(称为壅水)，增大了淹没面积，滞蓄了洪水，从而对河道行洪产生影响。

白云国际机场航煤输送管道工程穿LX河、ZJ河、XF河等河道采用定向钻穿越河流等障碍物时，在穿越河道时，首先用钻孔机械在河底一侧先开一个导向孔，当钻头在河道另一侧即河道对岸出土后，在出土端连接扩孔器扩孔，在扩孔的同时，将待敷设的管线拉入导向孔，完成敷设作业。管道穿越河流时，建筑物均在地面线以下铺设，没有缩窄过水断面、没有增加行洪的阻力，没有增大河道的综合糙率系数，河道水位变化不明显，对河道行洪影响很微小。

2.2 河道堤防、护岸稳定分析

建筑物跨越河道同时往往需要跨越河道两岸堤防或两岸岸坡，白云国际机场航煤输送管道工程采用定向钻穿越方式涉及LX河、ZJ河、XF河等河道两岸堤防，定向钻入土点、出土点一般位于堤防(岸坡)背水坡后，距离背水坡坡脚一定距离，管道在堤防下最小埋深为6m;工程管线敷设于较为稳定的地层内，管线埋深距堤防均有一定的有效安全距离。管线穿越河道堤防，与堤防具有一定的距离，不存在侵占堤身断面，破坏堤防等影响问题，但是，管道施工期间将对堤基下面地层产生一定扰动，引起地下水渗流流场一定变化，该变化可能诱发渗透破坏。因此，在定向钻防洪评价中需结合工程的布置方案、《堤防工程设计规范》(GB50286-2013)对工程运行期的堤防渗透稳定和抗滑稳定进行安全复核计算，该项分析也是定向钻穿越防洪评价的重点。

渗流稳定分析常采用有限原法进行分析计算，管道穿越渗流分析重点是分析穿越工程对原河道堤防地基土体的影响。定向钻穿越工程管道埋深较大，但施工中难免会对堤防工程基础土层产生扰动，影响原土体的密实度，甚至可能会沿管道周边形成1条渗流通道，影响堤防稳定。因此，对定向钻穿越工程防洪评价的渗流稳定分析应重点分析工程前后地基土体的渗透系数及渗透坡降，从而分析对堤防的渗透稳定产生影响。

定向钻穿越工程施工中难免会对堤防基础产生扰动，降低基础土体的抗剪强度，造成堤基失滑稳定，因此，需进行抗滑稳定分析。定向钻穿越工程对堤防的抗滑稳定分析常采用堤防工程设计规范推荐的瑞典圆弧法。瑞典圆弧滑动属于条分法的一种，适用于计算各种地貌形态的均质、非均质和人工斜坡的抗滑稳定性及建筑物地基的稳定性。

在计算过程中假定(1)自然边坡稳定计算假定滑动破坏面为圆形;(2)不考虑土条间推力;(3)考虑稳定渗流时对土坡的影响时采用替代容重法;(4)地震对土坡的稳定影响采用拟静力法;(5)考虑水位降落时影响。计算结果参照GB50286-2013中关于土堤抗滑稳定安全系数的规定进行复核，若未能满足抗滑稳定要求，应提出相应的补救措施。

2.3 河势稳定影响

涉河建筑物对河势稳定影响主要由于建筑物的阻水作用，水流在建筑物前向两侧绕过，在建筑物后收缩回流，建筑物所在断面及其上下游局部河段流速会有所变化。建筑物上游由于建筑物阻水壅水影响，过水断面面积有所增加，河段总体流速将有所减小;建筑物所在断面由于建筑物的设置缩小河道过水断面，导致河段流速增大，局部产生绕流，从而对河势稳定产生影响。

白云国际机场航煤输送管道工程采用定向钻穿LX河、ZJ河、XF河等河道，按设计的钻孔方向在河道底下进行铺设，整个铺设过程在河床以下一定深度进行，具有不开挖地面、不破坏地层结构、不损坏河堤、不扰动河床、施工周期短、施工占地少等特点，采用定向钻技术穿越河道不占用河道行洪面积，不改变河道水流边界条件，河道流速及流态变化不明显，引起河床冲淤变化很微小，对河道的河势稳定影响较小。

2.4 防汛抢险影响

根据GB50286-2013规定:堤顶是防汛抢险和工程管理的通道，与堤交叉建筑物与堤顶之间的净空高度应满足堤防的日常管理、修复维护、防汛抢险的要求。且为了不影响堤防后期加固，应预留足够高度以备堤防的远期建设。为了保证防洪通道的畅通，路堤结合河段，防洪堤顶的净空应能满足防汛抢险的需求，同时，建筑物的布置不能影响防汛抢险及维修管理通道。

桥梁等跨河建筑物与堤防相交时，受条件限制，与堤顶的防汛通道净空常很小，无法满足防汛抢险交通的要求，对防汛抢险造成一定影响。而白云管道工程采用定向钻技术穿越河道，从河床底部深处穿越，不占用现有防汛抢险通道，不影响通道净空，对两岸的防汛抢险不会造成不利影响。

2.5 河道冲刷影响分析

管道采用定向钻穿越河道时应考虑河床冲刷引起河道高程变化的影响，洪水期，河道水流对河床面掏挖冲蚀易引起河床下切，从而造成管道悬空失稳。因此，管道埋深应大于其设计洪水标准情况下引起河床冲刷深度，且穿越管道顶部的高程不低于河槽的一般冲刷线，这样可以才能确保管道的运行安全，及避免对河道的行洪安全造成不利影响。为此，在评价过程中，需进行冲刷分析，分析管道穿越处埋置深度合理性。

管道等建筑物应铺设在河床以下一定深度，管道穿越处的最大冲刷深度直接关系到穿越管道顶部的高程，管道埋深在大于其设计洪水标准情况下引起河床冲刷深度，且不低于河槽的一般冲刷线，这样才能确保管道的运行安全，避免对河道的行洪安全造成不利影响。因此，需采用经验公式进行冲刷分析，分析穿越处埋置深度合理性。

对于管道穿越河流过程中河床的一般冲刷深度计算，常用Lacey经验公式式进行计算。

在白云管线穿越工程计算过程中，根据穿河处的水文条件和河槽实际状况，结合主体设计方案，按照上述公式计算冲刷情况。计算过程中，根据管道穿越处河床地质情况，由土层上部往下部分层计算。若所计算冲刷深度小于计算土层厚度，则计算深度为冲刷深度，若计算深度大于计算土层厚度，则冲刷深度为计算土层厚度加下一层冲刷深度，以此方法计算，河床总冲刷深度为各计算土层叠加的深度。

白云管线穿河管道采用定向钻穿越LX河、ZJ河、XF等河流水域时，穿越管段管顶埋深一般在河流最大冲刷线2.5m以下，且穿越管段管顶到河床底部的最小距离宜大于穿越管径的10～15倍，且不小于6m，对防洪等级高的河流，还适当增加穿越深度，满足冲刷深度的要求。

2.6 引水、排涝分析

工程建设对河道的引水、排涝的影响主要表现在壅高值及壅水长度上。定向钻是利用特定的钻机或钻头在地下形成钻孔，并将建筑物铺设于钻孔的工艺，白云管线采用定向钻方式穿越河道，将不占用河道过洪面积，河道水动力条件基本不变化，壅水值与壅水长度基本为零。因此，采用定向钻方式穿河道对河道引水、排涝也很小。

2.7 施工期影响分析

定向钻水域穿越施工时，入土点、出土点周边的土体将进行大幅度扰动，需结合施工方法分析入土点、出土点与周边水利工程距离关系，避免入土点、出土点施工对周边水利工程产生破坏。

工程施工阶段对河道的主要风险在于施工期定向钻实施不理想，发生较大的塌孔，引起地面沉降及河岸滑坡，阻塞河道。因此，要求定向钻施工须在枯水期施工。这样，一旦发生河岸滑坡、阻塞河道，有较充足时间进行清理和恢复，且清理和恢复难度不大，对河道行洪、防洪威胁不大，风险较小。

2.8 其它影响分析

采用定向钻穿越河道时，应分析穿越位置与临近桥梁工程、码头工程、港口工程、水下建筑物、取水口工程等距离关系是否满足规定，评价穿越工程的各项布置是否影响临近工程的正常运行，分析施工期和运行期是否影响临近工程的水事权益。

3 结论

在编制定向钻防洪评价中，除了分析工程建设对河道行洪、河势稳定、防汛抢险响、防汛抢险响、其它设施等的影响外，还需对堤防影响、冲刷影响进行详细分析。由于定向钻穿越河道为直接从河底或堤基穿越点，其对河道行洪、河势稳定影响往往不明显，而对堤防稳定影响相对明显，因此应重点分析对堤防稳定影响。另外，河道冲刷对于管道埋深及工程安全具有很大的影响，在编制定向钻防洪评价中，也需对冲刷影响进行重点分析。

［1］GB50201-94.防洪标准［S］.

［2］中华人民共和国河道管理条例.1988年6月10日国务院令第3号发布.

［3］赵希岭.防洪评价报告编制中有关问题的探讨［J］.水利技术监督，2011(02).

［4］张天任.山区河道防洪堤规划建设关键性问题探讨［J］.水利规划与设计，2013(04).