管线定向钻穿越河道的防洪影响分析

2016-03-18周佩佩陈莉莎

环球市场 2016年36期

关键词：河槽设计规范堤防

周佩佩陈莉莎朱晶

南京市水利规划设计院股份有限公司

管线定向钻穿越河道的防洪影响分析

周佩佩陈莉莎朱晶

南京市水利规划设计院股份有限公司

根据《防洪法》第二十七条，穿河工程应当符合防洪标准、岸线规划、航运要求和其他技术要求，不得危害堤防安全，影响河势稳定、妨碍行洪畅通。以电力管线定向钻穿越河道工程为例，简单介绍此类穿河工程在做防洪影响分析时需要注意的几点事项，方便大家在实际工作当中借鉴和参考。

防洪；定向钻；穿越

一、防洪总体要求

防洪要求包括工程自身的防洪要求和对河道堤防等水利工程设施的防洪影响两个方面。

(一)防洪基本要求

管线穿堤出、入土点位于堤防管理范围之外；

管道埋深满足最大冲刷、河道规划底高程、管道抗浮稳定等要求；

管道穿越符合水利工程防洪管理等相关要求，标识设置、运行监测、到期拆除方案等满足相关安全要求；

管道穿河施工防渗处理、压实及防沉降处理等措施满足河道堤防及其他水利工程安全性要求；

管道穿河方案符合水利规划要求，不对规划实施造成不利影响。

(二)相关规范要求

(1)《防洪标准》(GB 50201-2014)中“6.5 管道工程”

(2)《堤防工程设计规范》(GB 50286-2013)中“10 堤防与各类建筑物、构筑物的连接”

二、工程设计要点

(一)平面布置

选择的穿越位置应符合线路总体走向，并宜选在岸坡稳定地段。若需在岸坡不稳定地段穿越，则应对岸坡做护岸、护坡整治加固工程。穿越宜与水域轴线正交通过。若需斜交时，交角不宜小于60°，采用定向钻穿越时，不宜小于30°。

管线穿越长度宜涵盖设计洪水淹没范围，主河道的穿越长度应包括两岸防洪堤，并满足堤防保护的距离要求。当两岸设有防洪堤坝及规划防洪堤坝时，穿越的起始位置及堤下埋深应满足水利主管部门规定。

管线采用水平定向钻穿越时，若与公路桥梁、铁路桥梁、水下隧道并行敷设，穿越管段距离桥梁墩台冲刷坑外边缘不宜小于10m，且不应影响桥梁墩台安全；距离水下隧道的净距不应小于30m。

为了不危及堤坝安全，水平定向钻入土点、出土点及隧道竖井边缘距大堤坡脚的距离不宜小于50m。

例，某通湖路管线共有1组6根电缆管下穿中心河，中心河河道管理范围为河口线外10m。线路与河道中心线斜交约27°，入土点距离距离临水侧坡脚线约20m，管线出土点距离临水侧坡脚线约24m。管线直线距离长约160m，曲线距离长约195m。(注：此处线路与河道交角以及出入土点与大堤坡脚距离，应根据实际地形优化设计方案，尽量符合规范要求。)

(二)纵断面布置

水平定向钻敷设穿越管段的入土角宜为6°～20°，出土角宜为4°～12°，应根据地质条件、穿越管径、穿越长度、管段埋深和弹性敷设条件确定。

以上述通湖路管线为例，管线纵剖面设计为曲线形式，设计管线敷设1组6孔×Φ200，绑扎宽度为650mm。管线从河道左岸钻入，入土角为12°，穿过表层填土至③层土，管顶距离现状河底线最近3.0m，出土点在河道右岸，出土角为8°。

三、定向钻穿越施工方案简介

穿越断面应选择在水域形态稳定的地段，两侧场地应满足布设钻机、泥浆池、材料堆放和管道组焊的要求。

定向钻穿越施工应采用环保型泥浆，并应循环使用。(该条为强制性条文)

管线定向钻穿越工程通常采用一次导向、扩孔、拖管的措施施工。拖管主要程序是：挖工作坑——打导向孔——一次导向扩孔——导向孔整形及高程、高差校正——穿设管道(管道焊接及拖管)。

(一)挖工作坑、下管坑

首先，在施工管道的两端挖工作坑和下管坑，坑内上部土方采用机械开挖，下部用人工开挖。施工前先将地下管线查明，然后再进行施工。在开挖过程中，采取钢制密挡土板对土壁进行支撑(横板紧贴槽帮，支撑撑在横板上)，保证原有构筑物或底部建筑物的安全，以便于工程进行操作，保证工程及人员的安全。

(二)钻机就位和调试

按施工布置图及规范要求将钻机及附属配套设备锚固在预定位置。钻机入土角调整到设计要求角度。

泥浆是定向穿越中的关键因素，施工单位采取以下措施配制泥浆：①按照事先确定好的泥浆配比用一级膨润土加泥浆添加剂等，所加添加剂符合环保。②使用的泥浆添加剂有：降失水剂、提粘剂和防塌润剂等，所加添加剂符合环保。③为了确保泥浆的性能，使膨润土有足够的水化时间，在用量不改变的情况下，采取两套泥浆储存罐，延长循环周期的措施。

根据地质土层的不同，泥浆的配比也随之变化，并选用不同的添加剂，以达到预期的效果。基浆的配制：5～8%预水化膨润土+碱(Na2CO3)搅拌后水化而成(充分水化能明显提高泥浆的性能)，碱的用量根据水质情况具体确定。

对于废弃泥浆水的处理：在泥浆水中加入絮凝剂，由于泥浆水是一种水中含有一定量的微细泥颗粒的悬浮液体，高分子絮凝剂是一类水溶性的高聚物，将其与泥浆水混合时，由于絮凝剂具有架桥、网捕、吸附和电性中和等功能，可以破坏泥浆水的稳定性，使泥颗粒从水中迅速凝聚、沉降，从而达到泥水分离效果。

泥浆碴混合物的处理：①在沉淀池中清理出来的沉碴，运至蒸发池中，让其自然脱水固化；②脱水后的钻碴可做为路基填筑的填料，或运到储料场，或回填取土坑；③自然脱水固化后所形成的干泥可就地回填废弃的泥浆池。沉淀泥浆碴运至蒸发池中，清水循环利用。

(三)钻孔导向

a钻进时的入土角为设计角度，入射角可根据现场条件调整。

b导向孔根据设计曲线钻进，曲线半径由公式计算(根据钻杆弯曲系数调整)。

c施工过程中，谨慎处理控向数据，并适当控制钻进速度，保证导向孔光滑。

d由于每根钻杆方向改变量较小，为保证左右方向，在出入钻点之间每隔一根钻杆就设一个明显标记。每钻进一根钻杆，方向至少探测二次，对探测点要做好标记。认真记录钻进过程中持扭矩、推力、泥浆流量、泥浆压力、方向改变量。

e导向孔完成后，根据钻孔轨迹和数据记录，确定此导向孔是否可用。轴线左右偏离控制在1%L(钻进长度)内，深度偏差控制在0.5%L(钻进长度)内。出土点偏差控制在0.5m内。

四、冲刷分析计算

水平定向钻穿越深度应符合相关规范的敷设要求，水域穿越管段管顶埋深不宜小于设计洪水冲刷线或疏浚深度线以下6m。

根据《管线定向钻进技术规范》(DG/TJ08-2075-2010 J11722-2010)穿河管线敷设最小覆土深度要求，一级主河道应在百年一遇最大冲刷深度线以下3m，二级河道应在河道河底设计标高以下3m，最大冲刷深度线以下2m。

冲刷分析计算需根据地质勘察报告可知管线穿越位置处河道底部表层土及土层厚度，结合管线在河底中心的埋深，分析该处现状断面河槽是否会发生一般冲刷。

冲刷深度分析计算方法：河床冲刷主要是由于水流输沙平衡被破坏所致，一般情况下，当大流量来临时，河床中细颗粒泥沙先起动并以悬移形式随水流下泄，较粗颗粒泥沙则以推移质形式向前滚动或滑动，致使河床粗化，抗冲性增强；同时过水断面面积增大，流速降低，从而水流冲刷作用减弱。水流与河床相互作用达到平衡状态时，冲刷即会终止。

冲刷深度计算根据《公路工程水文勘测设计规范》(JTG C30-2015)中的计算方法，一般冲刷分析计算公式如下：