沧州市南水北调配套工程穿越设计原则分析

2015-10-21王伟

建筑工程技术与设计 2015年6期

王伟

【摘要】：沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元在穿越工程设计中采用了套管内吹砂，水平定向钻穿越等很多新工艺，新技术，在经济合理、技术可行，施工便捷的原则下，确保了优质的工程设计质量。

【关键词】：穿越；套管内吹砂；非开挖技术；水平定向钻；南水北调。

1.1工程概况

南水北调工程是一项宏伟的跨流域调水工程，工程实施将极大的缓解北方地区水资源紧缺状况。沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元是河北省南水北调配套工程的重要组成部分，该工程通过石津干渠与南水北调中线总干渠相连，通过石津干渠设置的分水口门分别向泊头市交河镇、东光县、吴桥县、泊头市和青县地表水厂供水，为各供水目标城区提供生活、工业用水。本工程包括泊头市交河镇输水管道工程，东光-吴桥输水管道工程，泊头市输水管道工程及青县输水管道工程，线路总长133.707km。

由于线路较长，管线多处穿越了公路、河流、铁路等工程，下面简要介绍一下工程设计中穿越上述工程的设计原则。

1.2穿越公路

穿越公路设计分为三种：第一种为穿越乡间土路，第二种为穿越公路Ⅲ级以下公路（包括一般混凝土路和沥青路），第三种为穿越国道、省道、高速、城区公路等高等级公路。

（1）乡间土路

乡间土路车流量、车荷载均较小，采用开挖穿越方式。穿越管材与主管材相同。

（2）公路Ⅲ级以下公路

本工程穿越公路Ⅲ级以下公路时，主管材为球墨铸铁管，拟采用开挖穿越和顶管非开挖穿越两种方案，对两种方案进行比选后确定穿越方式。下面以工程中穿越的一条6m宽的水泥路作为典型设计，对两种穿越方案进行比选。由于两种方案输水管材均采用TF自锚连接方式的球墨铸铁管，工程投资测算中不再计入主管材。

①開挖方案

公路Ⅲ级以下公路路面宽度较小，采用开挖穿越方案设计势必会影响车辆的正常通行，工程施工前应铺设临时辅道对车辆进行导流。开挖穿越采用TF自锚连接方式的球墨铸铁管外加公路套管，套管内采用吹沙工艺填充中砂。施工完毕后，路面按原设计标准进行恢复。

施工工序：首先，修建一条长60m，宽7m的临时辅道（泥结石路面）以解决临时交通问题；其次挖除路面进行管沟开挖，敷设公路套管和输水管道，然后进行土方回填、路面恢复及辅道拆除。经测算，开挖方案工程总投资约为8.97万元。

②顶管方案

首先在公路两侧设置工作井和接收井实施顶进作业，工作坑及接收坑底尺寸均为6.0×6.5米，深度为6.0m，采用插打I45a工字钢结构，[20槽钢横向支撑，每根工字钢长14m，以确保坑的稳定及公路行车安全。工作坑基底铺设50cm厚C20混凝土垫层，导轨连接件预埋其中，导轨置于混凝土上。后背墙采用C25钢筋混凝土，导轨采用60kg钢轨；然后实施顶进作业和输水管道安装；最后进行土方回填等后续工作。经测算，顶管方案工程总投资约为44.6万元。

通过方案一和方案二的比较可知，顶管方案交通影响较小，开挖方案对交通有影响，需修建辅道以解决临时交通问题；对比工程投资可知开挖方案只为顶管方案的1/5左右，经经济技术综合比较，穿越公路Ⅲ级以下公路时采用开挖穿越方案。

（3）高等级公路

穿越高等级公路如国道、省道及城区高等级公路等时，由于本工程管径较小，均小于等于DN1200，故采用水平定向钻非开挖的方式穿越，非开挖穿越管材选用PE100级，SDR17的PE管，管顶覆土不小于3.5m，扩孔孔径比穿越管材大0.2m。穿越高速公路采用顶管内套钢管方式穿越，顶管管顶覆土深度9.5m左右。顶管执行JC/T640-1996标准，采用钢承口式顶进施工法钢筋混凝土排水管（DRC）Ⅲ级管。穿越高速公路桥的采用开挖穿越方式，穿越处采用钢管外加公路套管，套管内采用吹沙工艺填充中砂。东光支线穿越京沪高速桥处由于地形条件较复杂，拐点较多，且紧邻红旗渠，因此采用钢管外包混凝土的穿越方式。

1.3穿越河流设计

（1）穿越子牙新河、捷地减河、北排河、南排河等大型行洪、排沥河道

考虑到这些大型行洪、排沥河道常年有水且水较深，管道开挖铺设需采用施工围堰和导流工程，为运行管理安全需要对管线上、下游河槽边坡进行浆砌石护砌，穿堤处还必须采取必要工程措施，以满足防洪需要，这部分投资所占比例非常大。考虑到本工程穿越大型行洪排沥河道管道管径均≤DN1200，管道非开挖技术（定向钻穿越技术）已经非常成熟，采用非开挖穿越技术，能够有效解决以上问题，经经济技术综合分析，穿越采用水平定向钻非开挖穿越方式。

目前定向钻穿越管材有两种：一种是PE管，一种是钢管。钢管的优点是强度高，抗外力破坏能力强，穿越距离长，缺点是抗腐蚀差，需对钢管进行内外防腐以延长钢管使用寿命，钢管外防腐采用3PE防腐，内防腐采用IPN8710饮用水无毒防腐涂料；PE与钢管相比的的优点是不需要防腐，本身就具有优良的耐腐蚀性，且具有良好的柔韧性，弯曲半径≤210D，能有效减少穿越长度。缺点是强度低较低，穿越长度较短。本工程穿越大型行洪排沥河道均超过400米，因此穿越管材设计采用钢管。

非开挖水平定向钻穿越大型行洪、排沥河道处为满足防洪规划的要求，入钻点距离大堤外坡脚不小于120m，渠底覆土不小于8m，扩孔孔径比穿越管材大0.2m。非开挖水平定向钻进技术的施工步骤主要由钻进液配制、管线焊接及检验、钻进导向孔、扩孔清孔、管线铺设施工等几部分组成。施工中应保障采用高质量泥浆，机械运行无故障，在扩孔完成后，可通过牵引将PE管或钢管拉入孔内，牵引力不得大于设计要求，以防止管体拉伤破坏。

（2）其它中小型河道

工程穿越其它中小型河道采用开挖方式，分为两种情况：倒虹吸穿越和小角度借转穿越方式。管道穿越河底覆土深度按河道冲刷深度以下不小于1.0m考虑。

①河道深度≥3.5m

主管材为球墨铸铁管，采用TF自锚式球墨铸铁管倒虹吸穿越以增加管道的整体性，并对管线上、下游河槽采用浆砌石护砌。按照防洪设计要求，当管道穿越一般渠道时，穿越长度应加大至两岸或两堤脚外侧各5m以外。

②河道深度<3.5m

采用主管材小角度借转开挖穿越方式施工。

1.4穿越铁路设计

本工程输水管道穿越铁路有京沪、朔黄及地方铁路等多条铁路，穿越方式分为两种情况：

（1）从铁路桥下穿过的采用开挖穿越；

采用混凝土箱涵内穿钢管。

（2）从路基下穿越采用混凝土箱涵内穿钢管，混凝土箱涵采用顶进施工。

1.5结语