定向钻在污水管道穿越中线总干渠中的应用

赵丽晓

（河北省黄壁庄水库管理局，石家庄050224）

1 概述

南水北调中线一期工程总干渠自河北省邯郸市磁县县城西部通过。和谐大道是磁县县城北部一条自西向东交通主干道，与南水北调总干渠相交，交角93°。

和谐大道西延污水管网工程布置于和谐大道西延路段两侧非机动车道下方，污水管道中距33m，分居和谐大道中心线两侧16.5m处，采用承插口钢筋混凝土排水管，污水自西向东流入天河大街污水主干管道，有效地解决了和谐大道两侧区域污水排放问题。在和谐大道与南水北调总干渠交叉位置，污水管道管径为D500mm，双管污水流量为200～260L/s。

在和谐大道跨南水北调总干渠桥梁的桥墩、边墩混凝土挡墙桩基施工过程中将原有污水管道截断，致使桥西污水不能通过该管网流入主城区管网中。本文就污水管道穿越总干渠问题进行了定向钻方案设计的探讨。

2 穿越工程方案选取

本工程外套管直径DN700，其直径小，距离长，若采用顶管法不仅设备要求高、施工难度大，而且施工工期较长、工程投资较高；而定向钻方案相对而言施工工艺简单，施工速度较快，施工工期较短，工程投资较低，可以将对穿越处具有弱膨胀性的黏土岩的影响降至最低。因此，综合考虑各方因素，推荐污水管道采用定向钻方案穿越总干渠。穿越位置定于和谐大道北侧，距总干渠上游和谐大道交通桥近端桥墩62m，与总干渠中心线交角90°，穿越处总干渠桩号18+810.374。

3 穿越位置工程地质条件

该工程区地层岩性主要为：上第三系中新统湖积（N1）黏土岩、砂岩、砾岩、细砂，第四系中更新统下段冰碛（glQ12）泥砾、细砂。上第三系中新统与上覆地层呈不整合接触。勘察期间测得地下水赋存于上第三系中新统砾岩层中，属基岩裂隙水，地下水位高程81.8～82.7m，埋深7m。

4 定向钻进设计参数确定

根据南水北调工程相关技术要求规定，采用定向钻方式穿越总干渠时，对于半挖半填渠段，管顶埋深不应小于渠底以下10m。穿越处总干渠渠底高程84.89m，本次设计穿越管道顶高程为74.89m，距总干渠渠底整10m，满足要求。

定向钻进主要设计参数：①入、出土角均为7°；②入、出土侧曲线段曲率半径均为1050m；③管线入、出土点均在总干渠一级水源保护区边界即工程管理范围边线外延50m以外，满足中线干线工程水源保护区的相关要求。

此外，穿越位置入土端为砂卵石层，厚4m，出土端则处于平均厚11m的泥砾层，且入、出土端地面高差7m，为保证穿越顺利实施，设计中拟采取开挖换填法对两端进行处理，对入土端自地面沿定向钻轨迹线挖至黏土岩层，开挖部分全部换填为黏土；对出土端开挖方式同出土端，换填黏土至入土端同高程并在此高程完成定向钻穿越后再用开挖土回填至原地面。

5 穿越用管设计

5.1 管材选取

5.1.1 PE管

即聚乙烯塑料管，优点是施工工艺简单，有一定的柔韧性，且具有极好的抗腐蚀性，无需作防腐处理，可以节省大量工序；使用寿命长，在标准状况下至少可以安全使用50年。其缺点是耐压性、耐温度变化性能较差，现场安装时需要专业焊机，施工速度较慢，而且产品不能裸露于阳光下，否则易老化。

5.1.2 钢塑复合管

钢塑复合管是以无缝钢管、焊接钢管为基管，内外壁分别涂装聚乙烯和环氧粉末等涂料，采用前处理、预热、内涂装、流平、后处理工艺制成的涂塑复合钢管。该管材克服了钢管的易锈蚀、有污染、笨重、使用寿命短和PE管强度低、膨胀量大、易变形的缺点，具有承压高、抗冲击力强、内壁光滑、无污染、流体阻力小、不结垢、不滋生微生物、流体不受二次污染、埋地管容易探测等优点。但目前钢塑复合管多用于给水工程，在排污工程中因其内防腐涂层效果的不确定性，增加了钢管内侧腐蚀的风险，并未得到广泛应用。

综合考虑，钢塑复合管强度高，PE管抗腐蚀性能佳，本工程管材推荐选用PE管为排水管，外套钢塑复合管作为定向钻用管，充分发挥两种管材的优势，保证穿越工程的安全可靠。

5.2 管径及壁厚设计

根据污水管道流量Qmax=260L/s、Qmin=200L/s，确定穿越内管选用dn560mmPE管，此时计算得管内水流流速分别为1.324，1.02m/s，均大于0.9m/s(倒虹管最小流速)且大于0.97m/s(上游管道流速)，满足规范要求；又据GB50423—2007《油气输送管道穿越工程设计规范》，套管外径应比输水管道直径大100～300mm，故钢塑复合管选用DN700mm，壁厚14mm，内承压1MPa。

5.3 管道防腐

排水管为PE管，已具有良好的防腐性能，管道间采用可靠的电熔连接，保证了污水水体与外界的完全隔绝，套管选用3PE外防腐，环氧涂层内防腐的钢塑复合管，其中环氧涂层内防腐加强级厚度0.5mm，3PE外防腐层加强级厚度4mm，为了保证总干渠安全，穿越管道设计等级高于非穿越段一个等级，最终内外防腐层厚度分别选用1mm和6mm。钢塑复合管采用内衬不锈钢免修补技术，接口处内表面无需再进行补口补伤，外表面采用聚乙烯热收缩带进行补口或补伤。

5.4 渗控及孔道回灌设计

由于定向钻拉管施工预扩孔直径为管径的1.3倍，拉管施工后预扩孔与管道之间会留有间隙形成渗流通道，为防止管道与土壤接触面造成的渗透破坏，在上游斜管段进口及下游斜管段出口处分别加设截渗环。截渗环为3.0 m×3.0 m×0.5m（长×宽×厚）混凝土结构。施工完成后，为确保总干渠不会因管壁与孔壁间泥浆收缩而产生较大的沉降，需向管壁与孔壁间隙内进行二次注浆作业，适当增加泥浆黏度，使得泥浆充满整个间隙，以减少泥浆收缩带来的影响。

6 管道穿越对总干渠的影响分析

穿越采用定向钻方式，入、出土角均为7°，总干渠渠底管道埋置深度为10m，满足南水北调相关技术要求规定；穿越管道采用dn560mmPE排水管外套DN700钢塑复合管，所选用管道的强度等级、壁厚、防腐均比设计所需规格有所提高，保证了穿越管道的安全性，不会对总干渠安全运行产生不利影响。

穿越工程进、出口均设置闸门井，运行过程如有突发情况，可关闭上下游闸门井闸门。因此，可以确保总干渠水质的安全。

7 结语

随着南水北调中线总干渠工程的建成通水，各种石油、天然气、给水和排水管道穿越南水北调总干渠的情况会日益增多，采用定向钻方式穿越总干渠既可保证总干渠运行和水质的安全，又可实现管道的顺利连通，将会得到越来越广泛的应用。

［1］DG/T J08-2075—2010，管线定向钻进技术规范［S］.

［2］GB50268—2008，给水排水管道工程施工及验收规范［S］.

［3］GB50423—2007，油气输送管道穿越工程设计规范［S］.

［4］GB50424—2007，油气输送管道穿越工程施工规范［S］.

［5］赵卫东，秦微.定向钻穿越孤东辛输气管线黄河段的应用［J］.北京石油化工学院学报，2012，20（4）.