阎良供水安全提升改造工程输水管道穿越方式浅析

2019-11-22冉红涛

陕西水利 2019年10期

冉红涛

（西安市阎良区水务局，陕西西安 710089）

0 引言

阎良供水安全提升改造工程旨在解决西安市阎良区供水根本问题，提升城市供水安全性、稳定性，同时为临潼区渭北工业园及富阎产业合作园补充水源。工程实施中需穿越道路、灌溉渠道、退水干沟以及其他建筑物等，采用合适的穿越方式，对于加快工程进度、保障工程质量具有重要作用。

1 工程概况

该项目主要铺设DN500～DN1000球墨铸铁管道输水管道37.6 km，穿越河流等障碍物采用钢管铺设，同时建设闸阀井等各类附属设施；在高陵区湾子水厂管道末端及阎良区振兴街道办龙游村各建设一座加压站；最后对高陵加压站至阎良配水厂现状DN800钢筋砼管道进行改造。

2 输水管道主要穿越方式分析

项目所在地属于关中盆地，是由河流冲积和黄土堆积形成的，地势平坦，土质肥沃，机耕、灌溉条件都很好，因此在输水管道施工中主要采用开挖方式铺设管道。在穿越道路、渠道等特殊段时，需根据施工区域实际情况，结合各类穿越方式的不同特点制定穿越方案，各方案比较见表1。

表1 各种方式穿越268 m土塬方案比较

2.1 土方开挖方式穿越

土方开挖方式是利用挖掘机开挖沟槽，然后将管道埋地铺设，管道埋深为路基以下2 m。开挖的主要方式有全面开挖、分部位开挖、分层开挖和分段开挖等。全面开挖适用于开挖深度浅、范围小的工程项目。开挖范围较大时，需采用分部位开挖。如开挖深度较大，则采用分层开挖。分段开挖则适用于长度较大的渠道、溢洪道等工程。土方开挖方式优点是施工简单、成本较低，施工周期短；缺点是在施工过程中妨碍交通、产生扬尘等，安全性差，对生态和周围环境影响较大。

在阎良供水安全提升改造工程中，管位主要位于农田内，地势平坦，地质条件好，土质均匀，因此主要采取土方开挖方式铺设管道，开挖前应先设置围挡，开挖过程中按照设计要求放坡或支护，同时需做好防尘减霾工作。

2.2 水平定向钻拖管方式穿越

水平定向钻拖管穿越方式是利用定向钻机设备先进行钻孔、打孔、清孔，然后将所需铺设管道回拖来完成管道铺设工作。随着城市化进程不断加快，该方式应用越来越广泛，而且技术日渐完善。它的优点是不易受恶劣天气和季节气候变化的影响，无需进行大面积开挖施工就能实现地下管道的铺设，无渣土和扬尘，对周围生态环境影响较小。同时该方式对管道周围土层的扰动较小，特别是上层土层，能最大程度的保留地面原状。由于该方式在地面以下施工，可以减少拆迁和对原地面的破坏，节约征地拆迁费用。但由于我国目前尚未制定统一的技术标准，也无施工验收规范，因此施工质量难以控制；同时由于施工后管道与回扩孔之间存在空隙，无法回填密实，因此部分横穿道路的管线施工，在孔内泥浆固结后，道路可能会出现道路下沉现象。相比于开挖施工，单纯施工费用有所增加；受地层影响较大，当遇到卵石层、硬质岩层以及其他复杂地质条件的地层时，施工难度较大。

根据该穿越方式上述特点，在该工程输水管道穿越一处土塬及穿越住户门前时采用水平定向钻拖管穿越方式。穿越土塬处若选用开挖方式将产生大量土方开挖量及弃置土方，而住户门前与道路之间空间不足，在保护道路及房屋前提下无法采用开挖方式穿越；采用球墨铸铁直顶管则施工工期大大延长，且将增加大量工程费用。本次施工中，经对导向孔钻进、回扩、回拉量测、闭水检验等指标控制，顺利地完成穿越，达到了预期的建设目标。

2.3 顶管方式穿越

顶管方式穿越即在管道两侧开挖顶管坑及接受坑，在顶管坑内利用千斤顶等顶进设备，将管道逐根顶入土中，并将土方运走。一根管道顶入土层之后，再顶第二根管道，直至管道穿过土层到达接收坑内。有时顶进的是工具管、混凝土套管或掘进机，管道紧跟其后，或从套管中穿越，敷设在顶管坑和接收坑之间。其优点为施工周期较短，机械化程度较高，不受季节影响，安全性较好等；缺点为施工投资较高，穿越长度较长时方向难以控制。

2.3.1 前期准备工作

在顶管施工前，首先要做好充分的准备工作。①仔细研究顶管区域勘查报告等有关资料，详细了解地下状况；②与当地管理机构做好各方面的联系，以防止在施工中产生其它问题；③施工方案和设计要求开挖顶管工作坑，并用混凝土加固；④在工作坑内还设置集水坑。

2.3.2 施工工艺

先是将制作好的球墨铸铁直顶管、混凝土套管或者其他工具管吊装至顶管坑内，在顶管坑靠背处安装钢板或者枕木等作为支承板，然后安装千斤顶、顶梁、横梁等。先根据顶管位置进行掏土，然后开始顶进。掏土进尺深度由土质及管顶上部覆土厚度决定，土质密而且覆土较厚时，有利于形成卸力拱，进尺深度可适当加大，土质松散或覆土厚度较小，则要少挖，勤挖勤顶，挖土直径不可超过管道外径。本项目中管顶距地面距离超过2 m，土质条件较好，一般在管端超挖30 cm～50 cm,严禁长距离超挖以避免安全事故的发生。顶进过程中应及时测量，每一顶程过后，要对管道高程及左右偏差测量一次，发现问题及时纠偏。可以在管的前端设一斜撑支于管前的土壁上，结合一侧超挖土方，在顶进中纠正正左右偏及抬头扎头。前两节管道的衔接处，用钢板焊制的钢胀圈加固，作为防止偏差的一项措施。

2.3.3 顶管施工安全措施

①顶管施工方案需由监理单位及建设单位审核通过；②在主要交通道路及铁路等路基下施工时，要严格按照铁路部门规定的时限施工，当有列车经过时，严禁挖土和顶进；③顶进时停止挖土，传力柱上和两侧严禁站人，所有传力柱必须摆放顺直；④吊装时坑内人员要做好防护措施，并由专人指挥；⑤设置必要的通风设施，防止缺氧，洞内不准使用明火。

该项目在穿越310国道、西咸二级路、西咸北环线、石油和天然气管道以及泾惠渠等障碍物时，按照其产权管辖单位对施工质量的要求，以及设计单位对钢管及球墨铸铁管的分析对比，在上述穿越段采用顶管方式穿越，其中310国道、泾惠渠采用混凝土套管穿越，西咸二级路、石油和天然气管道采用球墨铸铁直顶管穿越。

3 上述穿越方式在阎良供水安全提升改造工程中的实践和应用

3.1 阎良供水安全提升改造项目穿越障碍物方式比选

该项目属线性工程，涉及西安市临潼区、临潼渭北工业园、高陵区、阎良区、西安航空基地管委会和渭南市富平县共6个区域，管道沿线涉及的临时占地赔偿包括民房拆迁、青苗、苗圃、树木等，需穿越的设施主要包括310国道、西咸二级路、西咸北环线、清河、泾惠渠、天然气、石油管道等。

根据310国道、西咸北环线、泾惠渠产权单位要求，在穿越时需采用外套钢筋混凝土管防护，管内安装输水管道，混凝土管净空要求满足管道安装和运行维护、检修要求。混凝土管两端设钢筋混凝土井，并设穿墙钢套管，顶部两端设人孔，便于观察和维护。

开挖直埋方案为常规施工方法，工程可靠度较高。顶管施工与开挖施工法相比，具有以下优点：开挖部分仅仅只有工作坑和接收坑，而且安全、对交通影响小；在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量少；建设公害少、文明施工程度高；在覆土深度大的情况下，施工成本低。但是，它与开挖施工法相比较，顶管施工也存在以下不足之处：在软土层中容易发生偏差，而且纠正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉；推进过程中如果遇到障碍物时处理这些障碍物则非常困难；在覆土浅的条件下显得很不经济。

水平定向钻拖管施工相较于球墨铸铁直顶管施工造价低，工期短，但是钢管容易在顶进过程中破坏外防腐涂层且不易修复，在土壤等作用下易发生电化学腐蚀；PE等有机材料管材存在材料力学性能差的弱点，因此水平定向钻拖管在管材寿命和质量控制上不如球墨铸铁直顶管。

3.2 土方开挖方式穿越

在穿越村级道路、县级道路、U形渠以及清河等处时采用土方开挖方式铺设管道。

在施工组织设计中，要有单项土方工程施工方案，对施工准备、开挖方法、放坡、排水、边坡支护应根据有关规范要求进行设计；沟槽四周应设防护栏杆，人员上下要有专用爬梯。治污减霾设施到位。开挖中保护测量基准桩，以保证土方开挖标高位置与尺寸准确无误。

3.3 水平定向钻拖管方式穿越

在该项目施工时，由于村民房屋与道路之间空间较窄，无法进行开挖施工，而在另一处需要管道穿越长距离土塬，如果开挖施工将增加较大工程量，因此采用水平定向钻拖管施工。

在拖管前需进行工程勘察，调查分析施工区域内各方面情况，充分掌握现场资料。应查明现状地下管线分布情况。管材一般采用钢管，施工时和施工完成后，铺设管线的上覆土层及相邻建筑物不得沉陷、坍塌或隆起，相邻或相交管线及地下构筑物不受损坏。

3.4 顶管方式穿越

项目在穿越301国道、西咸北环线、泾惠渠时采用直径1.8 m混凝土套管顶管方式穿越，顶管完成后在管内安装φ1020钢管。在穿越西咸二级路、天然气、石油管道等障碍物时采用球墨铸铁直顶管。

顶管前，根据地下顶管法施工技术要求，按实际情况，制定出符合规范、标准、规程的专项安全技术方案和措施；在顶进中应有防毒、防燃、防暴、防水淹的措施，顶进长度超50 m时，应有预防缺氧、窒息的措施；氧气瓶与乙炔瓶(罐)不得进入坑内。管道接口必须密实、平顺、不脱落；橡胶圈放置正确，管内不得有泥块、砖块等杂物；顶管完毕，目测直顺、无反坡、清洁、不积水、管节无裂缝，段间无渗漏。顶管中如遇塌方或超挖空隙，应进行处理。