大型输水管道交叉穿越防护工程技术要点

2017-06-21王毅苏兴大

东北水利水电 2017年6期

关键词：冠梁输水管燃气管

王毅，苏兴大

（1.建平县江河流域保护管理局，辽宁建平122400；2.鞍山市天水水务咨询有限公司，辽宁鞍山114000）

大型输水管道交叉穿越防护工程技术要点

王毅1，苏兴大2

（1.建平县江河流域保护管理局，辽宁建平122400；2.鞍山市天水水务咨询有限公司，辽宁鞍山114000）

大型输水管道交叉穿越工程是工程建设过程中的较大难题。以某输水工程大口径多管道输水管线与既有PCCP水源管线和钢管燃气管线同时交叉穿越工程为典型案例，对既有承插口PCCP水源管道采用下撑式防护技术，对既有钢管燃气管道采用上悬式防护技术。工程实施取得的成功经验，对类似工程有重要的参考价值和借鉴意义。

大型输水管道；交叉穿越；防护设计；施工技术

1 工程概况

某输水工程大型输水管道与既有PCCP水源管线和钢管燃气管线交叉穿越，交叉角度为52°，水源管线为1×DN1 200 mm的PCCP管道，管顶埋深2.2 m，燃气管线为1×DN300 mm的钢管，管顶埋深1.1 m。水源管线与燃气管道平行间距为7.8 m。穿越工程输水管线在交叉穿越处设计为4管同槽DN 3200 PCCP管道，从燃气管线下方倒虹式穿越。输水管线管顶埋深6.3 m，管道设计压力0.6 MPa。交叉穿越平面布置见图1。

图1 管线交叉穿越平面布置示意图（单位：mm）

大型输水管线与既有燃气管线和水源管线交叉穿越处上部为耕植土，杂色，埋深0.3～0.9 m，中部为粉质粘土，黄褐色，潮湿，可塑状态，层底埋深8.0～9.6 m；下部为全风化安山岩，灰绿色，呈砂状，中密状态。

2 穿越设计及施工技术

2.1 穿越水源管线设计及施工技术

2.1.1 穿越设计

水源管线管材为PCCP，标准管长5 m，接口采用承插口连接，设计拟采用下撑式防护方案。在水源管道两侧各2 m的位置按照图2布设灌注桩。开挖基坑至冠梁底标高，然后浇筑平行于既有管线的钢筋混凝土冠梁。待混凝土达到强度后，搭设工字钢横梁，浇筑既有水源管道混凝土基座形成支撑体系。穿越水源管道下撑式防护结构见图3。

图2 穿越水源管道灌注桩平面位置图（单位：mm）

2.1.2 施工技术

1）支撑措施

灌注桩施工完毕后，水源管道两侧5 m范围内的土方用长臂挖机配合人工进行开挖，管道外0.5 m范围采用人工开挖。开挖时，管道横向两侧均匀对称进行，纵向开挖成台阶状依次后退。开挖从水源管道下游向上游方向顺序进行。

图3 穿越水源管道下撑式防护结构图（单位：mm）

支撑步骤：①开挖到水源管道120°包角高程。②对水源管道两侧采取钢板桩连续支护措施，防止水源管道基础失稳滑塌，支护范围为冠梁全长53 m。钢板桩长3.0 m，板桩底部插入到冠梁底部以下1.5 m。因为灌注桩冠梁与水源管道水平净距只有0.8 m，冠梁底部与水源管道底部垂直距离1.1 m，如果不支护，自然边坡根本无法稳定。③采用钢板桩支护后，钢板桩外侧用长臂反铲开挖至冠梁底部高程。冠梁开挖严格控制底部高程，底部用人工平整后，用小型振动碾碾压密实，然后铺设胶木模板做为冠梁底模。冠梁外侧开挖2 m作为施工空间，在管沟坡角处设0.5 m深排水沟，以备集中少量渗水和雨水。在管道纵向上间隔开挖，即开挖一跨，预留一跨。④浇筑冠梁。

2）开挖措施

在冠梁和管道横梁混凝土龄期达到要求后，开始管道底部的管槽开挖。因管道与冠梁及各横梁间的间距很小，为了避免拔除钢板桩时，对横梁和管道造成意外碰撞，将钢板桩从冠梁底部位置割断，先将上部取走。然后人工掏挖管道底部，使下部土体与管道脱离。开挖冠梁外侧2 m深度后人工掏挖冠梁底部，使下部土体与冠梁脱离。顺序从冠梁跨中间向两端对称进行。然后，用挖机分层开挖，以水源管道为中心向上下游两个方向开挖。临近灌注桩0.5 m采用人工开挖。

2.2 穿越燃气管线

2.2.1 穿越设计

燃气管道管材为钢管，标准管长20 m，接口采用坡口焊连接。拟在燃气管道顶架设一道60 m长的桁架钢梁对管道进行悬吊防护设计。为了节省投资，经研究和计算分析，最终利用施工现场塔吊的吊臂作为桁架钢梁进行悬吊支撑，如图4所示。

图4 穿越燃气管道上悬式防护结构剖面图（单位：mm）

2.2.2 施工技术

1）防护措施

桁架钢梁为三角形断面，上弦杆为φ76 cm×5 cm钢管，下弦为2根8号槽钢。燃气管道四周采用角钢制作的保护架与角钢小横梁采用螺栓联接，保护架间距2 m。沿桁架钢梁每2 m设一道U型吊杆，将燃气管道悬吊在钢梁上，U型吊杆与管道之间垫10 mm橡胶板保护管道防腐层。燃气管道桁架梁两端设0.3 m厚支墩，预埋地脚螺栓，将桁架梁牢牢固定在支墩上。

2）安全措施

①燃气管道完全暴露在空气中非常危险，开挖燃气管道顶部土方露出燃气管道后，用5 mm石棉布将燃气管道完全包裹。最后在其顶部铺设20 cm宽的闭孔板。②燃气管道悬吊固定后，在安全距离外用大型机械开挖管槽。管槽为分层开挖，在高8 m处设置一层马道，马道宽1.5 m。管槽边坡坡比：左侧静载为1∶1.25，右侧动载为1∶1.5。管槽开挖土方采取挖掘机接力的方式，从管槽底部倒运到管槽上方再装车外运。管道两侧的开挖要对称均匀进行，避免两侧土体产生高差，将管道挤偏。燃气管道5 m范围内用人工开挖，先从燃气管道底部掏挖，使燃气管道底部土体与管道完全脱离。在此期间，对管道进行连续监测，高程如有变化，用U型螺栓进行调整。③在穿越期间，安全员每天要对边坡进行监测，因为穿越处，管槽开挖深度增加至10.5 m，上开口比一般情况要宽12 m。同时，燃气管线和水源管线均为高危管道，为确保边坡安全，开挖土方全部外运至1 km外的临时堆土区，在管道回填时再倒运回来。

2.3 输水管道安装及回填技术

2.3.1 安装技术

为彻底解决后期水源管道及燃气管道与大型输水管道的运行和检修相互影响，穿越处输水管道设计为钢筋外包混凝土。为加快施工进度，尽量缩短燃气管道的暴露时间，分别从上下游向燃气管道处安装，最后安装钢管，用3 m长的钢管进行最终的管道闭合。

燃气管道悬吊系统和水源管道支撑系统之间净距为4.8 m，对于两支撑系统之间的大型输水管道，先平行于燃气管道方向从两管道间的空隙放下去，在距离地面高度0.3 m时转向到设计位置。在吊装过程中，管道四角拴棕绳用人工控制，防止碰撞燃气管道或电厂管道。

2.3.2 回填技术

穿越处大型输水管道安装完成后及时回填，避免回填后水源管道及燃气管道基础沉降，从外包混凝土顶直到水源管道及燃气管道顶部全部采用水撼砂分层回填。沟槽回填时，应先回填管底局部悬空部位，再回填管道两侧。回填土应分层压实，每层铺土厚度宜为0.2～0.3 m，管道两侧及管顶以上0.5 m内的回填土必须采用人工压实，管顶0.5 m以上的回填土采用小型机械压实，每层铺土厚度宜为0.25～0.4 m。