钦江～大风江调水工程引水明渠与天然气管道交叉穿越设计

周铨

摘要：钦江～大风江调水工程引水明渠与中缅天然气管道交叉，通过分析引水明渠与天然气管道交叉处的地形、地质情况，提出顶管方案、明挖箱涵方案和土洞方案三个方案，经过方案比较和分析计算，最终选定明挖箱涵方案为最优方案，解决了引水明渠与天然气管道交叉穿越的问题。

关键词：引水明渠；天然气管道；交叉

1工程概况

钦江～大风江调水工程现场勘察时发现在引水线路桩号3+889.663附近范围出现了于2013年新建完成的天然气管道横穿本工程设计引水线路的情况。具体情况是引水线路在桩号3+889.663处有中石油西南管道南宁输油气分公司管辖的中缅天然气管道工程（国内段）的天然气输气管道（2013年建设完工）与本工程设计引水线路相交。该天然气输气管道管径为0.813m，埋深2～2.5m。

根据《中华人民共和国石油天然气管道保护法》第三十五条，“在管道线路中心线两侧各二百米……，进行爆破、地震法勘探或者工程挖掘、工程钻探、采矿，……施工单位应当向管道所在地县级人民政府主管管道保护工作的部门提出申请。”由于引水线路在穿越管道处前后各200m共400m范围内的岩土分界线较高，为避免因箱涵普通爆破开挖影响输气管道安全，在该范围内采用静力爆破开挖。

2工程地质

（一）地质条件

该段沿线为阶地地貌区，地势平坦开阔，为水田和旱地，两侧各约200m范围内无起伏较大的山丘，地面高程13～16m。渠道全线以该段地势最高，为渠道所连通的钦江和大风江的分水岭。渠道多沿原有灌溉小渠道布置，小渠道深约1.0m。沿线阶地覆盖层上部为粘土夹粉土、粉砂，厚3.8～10m，稍湿，硬塑；下部为砂夹砾石层，密实。该段下伏基岩为侏罗系上统（J3）薄～中厚层状泥岩、泥质粉砂岩，无出露。

（二）地质评价

场区为平坦的阶地地形，地面高程15.6～16.1m。覆盖层上部为粘土夹粉土、粉砂，厚3.8～10m，稍湿，硬塑；下部为砂层，部分夹砾石，密实，厚2.4～5.4m。下伏基岩为侏罗系上统（J3）薄～中厚层状泥岩、泥质粉砂岩，基岩面高程5～6.8m。地下水位高程约13.5 m。

隧洞底板、顶板高程分别约为5.2m、9.2m，洞顶及洞壁大部分围岩为粘土及砂层，仅洞室底板及洞壁底部为强风化泥岩、泥质粉砂岩，总体可视为土洞，属V类围岩。

加上隧洞低于地下水位线，地下水对粘土质、砂质的洞壁稳定不利，全洞段成洞条件差，围岩极不稳定，须采取有效的工程措施，加强支护，保证洞室稳定。

3方案设计

为保障工程建成后运行管理的安全，该段引水线路不能采用明渠的型式。本次设计共研究了3种方案，分别是：顶管方案、明挖箱涵方案、土洞方案。

（1）方案一：顶管方案（比较方案）

由于基岩为软岩，具备顶管条件。根据水力学计算，顶管方案考虑布置2孔直径2.7m的圆管，穿越处设计渠底高程为5.42m。该方案存在以下缺点：

①管下部位于強风化岩石内，上部位于饱和砂层中。施工过程中一旦发生涌砂，将导致上浮土体松动，进而影响天然气管道的安全。

②顶管施工过程中，由于正面顶推对周围土体产生剪切作用，周围土体会产生局部挤压及挠曲变形，有可能会影响到天然气管道的安全。

因此，从安全因素考虑，本次设计不考虑采用顶管方案。

（2）方案二：明挖箱涵方案（推荐方案）

为保证输气管道安全，对于输气管道前后各25m共50m范围的桩号3+864.663-3+914.663段采用明挖箱涵的方案：即先采用贝雷悬吊钢梁将天然气管线悬吊固定，再进行土石方开挖和箱涵混凝土浇筑的方式从输气管道底部穿越。

为防止支承贝雷梁的承台在悬吊管道期间发生过大沉降变形，拟采用4排共8根混凝土灌注桩支承在承台下部。为尽量不对天然气管道产生过大扰动，灌注桩采用旋挖式钻孔施工。另外根据《中华人民共和国石油天然气管道保护法》，该段箱涵石方开挖时需采用静力爆破的方式。为防止施工期饱和砂层失稳，临时边坡在砂层范围内拟采用砂袋进行临时护坡。

根据水力学计算成果，穿越段箱涵断面采用单孔5m×3m（宽×高）的C30钢筋混凝土箱涵，箱涵底板起点高程为5.48m，终点高程为5.36m，箱涵混凝土壁厚0.6m。为防止填土沉降引起管道破坏，箱涵混凝土浇筑完成后，在箱涵顶部的天然气管道下设置2m厚、3.51m高的C20混凝土基座，混凝土基座和天然气管道之问采用砂袋填充。

（3）方案三：土洞方案（比较方案）

土洞方案是在输气管道前后各12.5m共计25m范围的桩号3+877.163～3+902.163段采用高压旋喷灌浆使混凝土箱涵进出口周边的土体预固结，形成前后重力式锁口墙，之后，采用2排间距0.4m的φ 89管棚从已预固结好的箱涵上部土体中钻孔穿过并灌浆固结周边土体。为加强防渗效果，拟距上排管棚上部1m处再布置一排孔距1m的充填灌浆。待上部初期支护措施完成后进行暗挖土石方和混凝土浇筑的方式从输气管道底部穿越。该段箱涵石方开挖时需采用静力爆破的方式。

穿越段箱涵断面采用单孔5m×3m（宽×高）的C30钢筋混凝土箱涵，箱涵底板起点高程为5.51m，终点高程为5.33m，箱涵混凝土壁厚0.6m。暗挖箱涵前后各22.5m共45m仍采用箱涵，明挖施工，岩石开挖同样采用静力爆破的方式。

（4）方案比选

①投资比较

经计算，方案二明挖方案的投资为538万元，方案三土洞方案的投资为864万元，明挖箱涵方案比土洞方案的投资少326万元，从投资角度考虑明挖箱涵方案较优。

②施工组织及施工安全性比较

明挖箱涵方案是先采用贝雷悬吊钢梁将天然气管线悬吊固定，再进行土石方开挖和箱涵混凝土浇筑，最后将土方回填至原地面的方式从输气管道底部穿越。该方案在箱涵施工前已将天然气管线悬吊固定，箱涵施工过程中的土石方开挖、混凝土浇筑等施工作业对天然气管道周边土体扰动较小，施工组织简单，施工安全性较大。

土洞方案是先对天然气管道前后25m段土体采用高压旋喷灌浆预固结并形成重力式锁口墙，再采用超前管棚锚杆从已预固结好的箱涵上部土体中钻孔穿过并灌浆固结周边土体。为加强固结效果和防止管棚上部土体局部塌落造成管道周边土体松动，再对管棚上部土体进行充填灌浆。

待土洞上部土体初期支护措施完成后再进行土石方洞挖和混凝土浇筑的方式从输气管道底部穿越。该方案在对洞顶土体进行超前管棚锚杆支护及固结灌浆、土石方洞挖及箱涵混凝土二次衬砌作业时，都可能对天然气管道周边土体造成扰动，安全隐患较多，且整个施工组织复杂，隐蔽工程措施较多，且施工质量难以检查，一旦某一施工步骤质量不满足要求，发生安全事故后果不堪设想，施工安全性较小。

③综合比较

综合以上两方面比较可以看出：明挖箱涵方案比土洞方案的投资少326万元，从投资角度考虑明挖箱涵方案较优。另外，由于土洞方案隐蔽工程措施较多，施工不可预见因素也较多，具有较大风险性。因此，经综合考虑选择明挖箱涵方案做为推荐方案。明挖箱涵断面如图3-1。

4结语

通过本次方案比选和设计计算分析，最终选定明挖箱涵方案为最优方案，提出了具体的施工方案，解决了引水明渠与天然气管道交叉穿越的问题。