西气东输长沙支线湘江穿越防洪补救措施浅析

黄晓峰

(1.荆州市长江河道管理局测量队，湖北 荆州 434000；2.荆州市长江勘察设计院，湖北 荆州 434000)

西气东输三线长沙支线，是国家建设天然气管道一张网“互联互通”工程的重要组成部分。项目投产后能有效缓解湖南省能源供给压力，推动能源结构调整，加快产业升级，支持沿线地方经济社会发展。湘江定向钻穿越作为该线路的控制性工程，其施工和运行过程中存在诸多风险因素，应予以减小和消除。

1 基本情况

1.1 工程概况

西气东输三线长沙支线位于湖南省长沙市境内，线路总体由西向东敷设，全长45.652km。该工程属于西气东输三线中段(中卫—吉安)中的一条支线,为实现长沙支线近期用气目标,就近从忠武线潜江—湘潭支线开孔接气,经0.448km连接线管道接引到现西三线中段干线安沙站站址处,再向长沙支线下游输气,经安沙镇、北山镇、桥驿镇、铜官街道、高塘岭街道到达望城末站。远期西三线中段干线建成后,正常接入西三线气源,经干线安沙站过滤调压后去往长沙支线分输支路,输送至望城末站。线路全线采用L360M级钢管，设计压力6.3MPa，管径508mm，输气能力30亿m3/a，主要建设内容包括连接线管道、长沙支线管道、2座工艺站场(望城末站与长沙—益阳望城首站合建)和2座阀室。

根据线路总体走向，西三线长沙支线湘江穿越处位于湖南省长沙市望城区北部高塘岭街道与铜官街道，上距湘江长沙综合枢纽约4.65km，下距京珠高速复线公路大桥约600m，工程穿越断面上游约2km有沩水入汇，见图1。

图1 西气东输三线长沙支线工程线路走向示意

1.2 堤防情况

穿越处湘江左岸分布有大众垸防洪堤，对应桩号T24+190，该堤段现状堤顶高程36.72m，堤顶宽度8m，外坡坡比1∶3，内坡坡比1∶2.5，堤身垂高6.5m。根据大众垸防洪整治工程资料，大众垸防洪堤为2级堤防，按50年一遇标准设防。右岸分布有太丰垸防洪堤，对应桩号T4+210，该堤段堤线顺直，设计堤顶高程36.74m，堤顶宽度12m，外坡坡比1∶2.5，内坡坡比1∶3，堤身垂高2.7m。本堤段有边滩，边滩高程27.5～28.2m，滩上种有树木。根据湘江东岸(长沙综合枢纽—铜官古镇段)防洪排涝工程资料，太丰垸防洪堤为2级堤防，按50年一遇标准设防，远期采用100年一遇防洪标准。目前，大众垸防洪堤和太丰垸防洪堤建设均已达到设计标准。

1.3 地质条件

2 定向钻穿越施工方案

2.1 总体布置

西气东输长沙支线工程湘江穿越采用定向钻穿越方案，定向钻主钻机入土点位于右岸(东岸)太丰村，距大堤背水面堤脚约204m，地面高程为29.62m，大堤背水面堤脚以下管顶埋深为39.25m；辅助钻机入土点位于左岸(西岸)湘江村，距大堤背水面堤脚约170m，地面高程为28.47m，大堤背水面堤脚以下管顶埋深为29.14m。定向钻穿越水平长度2163m，曲率半径1500D,主钻机入土角为12°，辅助钻机入土角为9°。

2.2 穿越用管、通信硅管敷设

输气管道采用D508×14.3mm的X52直缝埋弧焊钢管，3PE加强级防腐。硅管套管单独进行定向钻穿越，硅管套管采用D114×6.0mm的20号无缝钢管，穿越轴线平行于输气管道轴线，位于气管道北侧10m处，穿越曲线与输气管道定向钻穿越曲线设计要求相同。

2.3 场地布置

根据定向钻钻机、泥浆处理设备和钻杆等附属设备安装场地要求，主钻机入土端场地为80m×80m(长×宽)。 辅助钻机入土侧施工场地约为80m×60m；穿越管道组焊、回拖所需场地约为(2163m+20m)×18m。

2.4 入、出土端砾砂层处理

定向钻穿越入、出土点两侧均需穿越圆砾、砾砂层，主钻机入土点侧圆砾、砾砂层深度为地下约26m，圆砾、砾砂层平均厚度约为18m。辅助钻机入土点侧圆砾、砾砂层深度为地下约21m，圆砾、砾砂层平均厚度约为9m。为了确保成孔稳定性和整体穿越方案的成功实施，需对入、出土点两端圆砾、砾砂层进行处理，鉴于入、出土端卵石层在地面下埋深较深，故不宜直接采用开挖置换法处理圆砾、砾砂层，入、出土端采用夯钢套管法隔离圆砾、砾砂层。

2.5 施工步骤

湘江定向钻施工步骤可分为4个阶段：ⓐ套管安装；ⓑ钻导向孔；ⓒ扩孔、修孔、洗孔；ⓓ管道试回拖、正式回拖。施工流程见图2。

图2 湘江定向钻穿越施工流程

3 防洪影响补救措施

考虑堤防的重要性，并结合相关工程地质资料，防渗处理范围为穿越处湘江左右堤段，防渗方案采用管道出入点施工场地局部换填、锥探灌浆及设置截水环等措施，以恢复堤基土的抗渗稳定性以及对管道穿越造成的孔隙进行密实为原则，并结合堤防管理运用进行工程布置。

3.1 施工场地局部换填

由于施工场地离堤脚较近，考虑到施工机械对管道出入点施工场地的表层土体扰动，定向钻穿越施工完成后对施工场地内管道周边局部表层土实施黏土换填。其中，定向钻穿越湘江左堤换填范围为辅助钻机入土点管道周边局部施工场地(56m×25m范围内，面积为1400m2)。定向钻穿越湘江右堤换填范围为主钻机入土点管道周边局部施工场地(55m×25m范围内，面积为1375m2)。参照类似工程经验，换填土体深度取2.5m。

3.2 锥探灌浆

管道穿越出入点施工会对周边土体产生扰动，造成地面附近、管道周围土体的抗渗性下降，易形成渗流通道，严重影响防洪安全。因此决定对定向钻穿越的输气管道、硅管套管出入土段在施工完成后沿管线轨迹进行锥探灌浆，并在出、入土点处附近设置截水环，以解决扰动土体地表附近渗透稳定问题。

a.灌浆范围。根据高密度电法物探资料，泥浆渗入土体范围从下至上逐渐变小，形成了上窄下宽的喇叭状，沿管道轴线左右两侧最大宽度一般小于15m,最大达到20m。从管道轴线上看，两岸管道出、入土点附近，由于上覆土层相对较薄，其破坏程度亦相对较严重。堤基附近破坏程度相对较弱。确定锥探灌浆范围如下：ⓐ施工场地边线两边各5m范围内，孔深3.0～10.5m；ⓑ输气管道穿越素填土、粉质黏土层轴线两边各10m范围，硅管套管穿越素填土、粉质黏土层轴线两边各5m范围，并沿管线方向入土点、出土点前后各延长20m，孔深3.0～10.5m。

b.灌浆孔设计。在设计灌浆区域，按梅花形布孔，分三序灌注，间排距1m。

c.灌浆压力与浆液、浆料的物理力学性质指标。注浆管上端孔口压力应小于0.05MPa。对灌浆土料、浆液应严格做好质量控制，其相关技术要求见表1、表2。若遇较大孔隙，可适当增加浆液稠度。

表1 灌浆土料要求 单位：%

表2 浆液物理力学性质指标要求

3.3 设置截水环

管道与土体是两种性质相差较大的介质，由于施工扰动及运行期内荷载影响，在两者之间可能存在裂隙。对输气管道及硅管套管出、入土点，采取开挖回填方法进行处理。开挖深度自地表往下5m，并在管道周围设置截水环，截水环垂直于管道，结构为C25钢筋混凝土，尺寸为4m×4m×0.8m(长×宽×厚)。

3.4 堤防安全监测

监测内容包括巡查、垂直位移及水平位移等。在管道轴线及上下游30m处布置3个监测断面，堤外坡、堤内肩、堤内坡、堤内距堤脚100m处各布置1个位移监测点，出入土点施工场地各布置4个监测点。一般施工期巡查、垂直位移、水平位移监测为每日1次，运行期为每周1次；定向钻入土深度在10m之前、定向钻水平距离为距堤脚15m范围内、定向钻过堤身等特殊施工期适当增加观测次数。监测时限为定向钻施工完成后2个月。

4 涉河建设项目施工与管理启示

a.严格控制施工方案，尽量减小施工对周边环境的扰动。近年来随着施工技术的不断发展，盾构、顶管及定向钻等非开挖方式在工期、费用等方面具有显著优势，得到广泛应用，但施工时可能产生地面隆陷、堤身裂缝等不良影响，穿越工程外轮廓应与堤防、护岸保持一定安全距离，严格控制各项施工参数，减小对堤防和两岸土体的扰动，降低工程建设风险。

b.合理选择施工时段，制定有针对性的应急预案。涉河建设项目施工可能破坏近堤不透水覆盖层，在堤基形成渗流通道，汛期高水位状态下极易诱发管涌险情。因此，涉河项目施工不得在汛期进行，对施工过程中可能出现的各类险情应做好预判，编制有效的应对预案。

c.加强日常巡查，做好项目建设监管及监测分析。施工期和运行期应加强对堤防岸坡的变形监测，以地表隆陷监测反馈指导施工，对于涉河项目建设引起的地层沉降及其对堤防岸坡的影响 进行分析，防微杜渐，一旦发现险情应及时报告有关部门，及时处置。

d.落实建设责任主体，确保防洪补救措施落到实处。由于各行业在技术要求、项目管理上存在差别，施工单位对防洪安全的认识不足，为节约资金、抢抓工期，经常存在涉河项目开工建设后各项补救措施未按设计落实的情况，导致堤防出现险情。堤防管理部门在开工前应要求相关单位办理涉河建设手续，施工期更要加强工地巡检，及时有效进行技术指导，逐一落实相关补救措施，竣工后及时组织检查验收。

5 结 语

为降低穿越工程施工对湘江两岸堤防的不利影响，根据防洪评价及批复意见，并结合工程地质条件和现场查勘结果，湘江定向钻穿越确定了管道出入点施工场地局部换填、锥探灌浆、设置截水环等防渗处理措施和堤防安全监测要求。项目建设过程中严格落实各项措施，制定了有针对性的风险预案，施工期间未出现险情，且经历2019年汛期考验，管道及堤防均运行良好，达到了预期效果。