赵卫刚，张宝辉青海油田建设项目管理中心，甘肃敦煌736202



天然气管道围堰大开挖穿越河流施工

赵卫刚，张宝辉
青海油田建设项目管理中心，甘肃敦煌736202

摘要：冬季和春季入汛以前，河流的水位一般比较低，此时天然气管道穿越河流若采用围堰大开挖方式施工，成本将较其他施工方式低。结合西气东输二线樟树-湘潭联络线澄潭江穿越，介绍了穿越方案的总体思路及施工流程；论述了测量放线、入场运输道路修筑的施工前准备；较详细说明了导流渠的过水断面面积计算、开挖导流渠、主河道先后分东西两部分进行上下游围堰、水泵降排水、井点降水、管沟开挖、管沟降水、稳管措施等东西岸段穿越施工的关键步骤；介绍了施工中采取的其他措施等。整个河流穿越施工历时45 d完成，完工后一次投产成功，取得了较好的经济效益，节约了施工成本约30万元。

关键词：天然气管道；河流穿越；围堰；大开挖施工

河流穿越往往是长输管道敷设的关键点和难点，一般采用定向钻穿越、盾构穿越或大开挖穿越方式。河流的水量季节性一般比较强，冬季和春季入汛以前，北方的河流局部易形成断流，此时是比较好的时间段，水量较少，施工的难度和风险可大大降低；南方的河流此时一般不断流，但其水位也比较低，对施工来说，围堰施工的工作量也相对降低，成本也较其他施工方式低。

穿越河流时，一般先要进行地形地貌的详细现场踏勘，而后再详细了解当地当前以及往年的气象资料，以确保正确选择合适的时间段进行施工。现结合西气东输二线樟树-湘潭联络线澄潭江穿越，较详细地讨论采用围堰大开挖穿越方案的优点。

1　穿越方案的总体思路

该输气管道从东向西横穿澄潭江，按照上述思路，穿越方案采用围堰导流大开挖穿越［1］，并分成两段进行。首先进行东段的上下游围堰施工，把主河道改到河床西段进行导流；其次进行东段的施工平台及管沟开挖，开挖完成后，进行布管、沟下组焊、检测、补口、检漏、试压、扫水、稳管、回填、水工保护、恢复河道等施工；东段施工完成后，将河道改到东段主河道进行导流，然后进行西岸段管道穿越施工。

2　施工流程

管道穿越施工流程见图1。

3　施工前准备

3.1测量放线

依据线路平面、断面图，线路控制桩，水准标志桩进行测量放线。采用GPS- RTK定位，全站仪测量、放线。对澄潭江的穿越位置进行测量，确定管道中心线的位置，并放出管道穿越位置，每30 m设置一个加密桩，同时放出导流开挖位置。在地势起伏较大的地段或穿越位置，在线路中心线上应根据设计施工图纸的要求设置纵向变坡桩、曲线加密桩、标志桩。放出管道中心线和作业带边界线，放线采用白灰或其他鲜明、耐久的材料。管道穿越位置如图2所示。

3.2入场运输道路的修筑

图1　东岸段管道穿越施工流程

由于澄潭江穿越两岸距公路较远，穿越段出入口附近均无道路，乡村路离东岸300 m、西岸380 m，给施工设备和工程材料入场带了极大困难，因此必须在东岸修一条长300m、宽5m，西岸修一条长380m、宽5 m、厚50 cm，局部铺碎石200 m、厚15 mm的施工入场运输便道（新修的两条入场道路位置如图2所示），修便道运土距离5 km，确保各种工程材料和施工设备能及时入场。工程结束后，清除碎石及土块，恢复原地貌。

图2　穿越位置及新修入场道路示意

4　施工方案

4.1东岸段穿越

（1）计算导流渠的过水断面面积［1］：

式中：ω为渠道过水断面面积，m2；Q为设计的水流流量，m3/s；v为导流明渠允许的平均流速，m/s。

（2）开挖导流渠。在西岸河滩部位开挖的具体方法：河槽内地形较平缓，在穿越断面处，勘察期水面高程在51.7～53.9 m之间，西岸河滩河道水位较浅，暂时平均水深1.5 m。为确保导流畅通，导流渠开挖宽度20 m，深4 m（导流渠深度低于河床最低点1 m），边坡比1∶1，长度169 m，这可以保证123 m3/s的河水流量。开挖西岸导流渠与东岸围堰工作同步进行。

导流渠总长度约169 m，导流渠入口与穿越段河岸的内夹角不小于45°，以避免水流不畅而冲击堰体。导流渠入口点在穿越中心点上游100 m处，导流渠出口点在穿越中心点下游100 m处，导流渠底标高低于河床最低点。

（3）主河道上下游围堰。围堰所需泥土在穿越两岸以外购买，河床段两边植被水利局不允许破坏，取土从河床外取土场购买，运距5 km。施工结束后，围堰拆除时，将地面恢复至原购置土地貌，弃渣运至6 km外的弃土场。

先将主河道改到西段，为防止河水渗透至围堰主河道，挡水墙侧全断面上铺设双层防水布。防水布采用上下游接搭方式，搭接长度不小于1.0 m，并用编织袋装土压实防水布。导流平面布置见图3。围堰设置在管道里程K0 + 048 m～K0 + 148 m处，导流渠设置在K0 + 150 m～K0 + 170 m之间。

图3　东西岸围堰导流平面布置示意

（4）分两部分进行围堰。主河道围堰采用重力堰，迎水面坡度和背水面坡度1∶1。围堰宽度169 m，长度100 m，总长度369 m。利用外运土修筑堰体，在围堰底侧和迎水面一侧使用防水布做防水层。堰体顶部宽度5 m，以保证围堰时设备行走。正常情况下水位丰水期3 m，枯水期1 m。为保证安全，堰体必须高于水位1.5 m。由于堰体中间部分的河道局部水位较浅，因此堰体采用顶部5 m、高度3 m、底宽11 m的形式。河道上下游及中间堰体形式示意如图4所示。

图4　河道上下游及中间堰体形式示意

（5）水泵降排水。上下游堰体完成之后，立即使用水泵抽水，通过污水泵和离心泵的连续工作，将上下游堰体内的积水排到堰外。为控制堰体渗水，在上游堰与管沟之间设置截水堰，截水堰与上游堰间的存水槽用土工布铺垫控制渗水，每个存水槽用潜水泵排槽内的积水。

（6）井点降水。在管沟两侧分别打井进行降水作业，上游井点设置在截水堰内6 m的位置，由于下游不设置截水堰，所以下游井点设置在围堰内6 m的位置，每侧各设置1排井点降水，每排共设置井点18处，降水井点间距平均8 m，打井深度3 m，采用内径600 mm的井壁管，根据每处井点涌水量的大小安排相应功率的排水泵，水泵应配合进行明排，以此控制施工作业面的水位高低，保证正常施工。

（7）管沟开挖。根据管道中心线位置放出管沟边线，根据土质结构确定管沟边坡坡度，管沟开挖采用分层开挖方式，在管沟开挖时先用挖掘机开挖砂层和砂卵石层，管沟的一端坡度不大于15％，而后修筑施工通道，以便下一步管道布管、组焊、防腐等施工作业的开展和作业车辆的进入。

因河床段细砂和卵石在水的作用下流动性很大，极易坍塌，管沟开挖分三层进行，第一层、第二层开挖边坡比1∶3；第三层为强风化泥质砂岩地质，管沟边坡比取1∶0.5。

强风化泥质砂岩和中等风化泥质砂岩采用液压镐开凿，挖掘机清理；河道的砂岩层具体深度和位置无法确定，具体石方开挖工程量，根据现场开挖完成后的实际进行测量。

管沟开挖采用挖掘机开挖，由于管沟上开口宽度在30 m左右，所以必须用挖掘机倒土，管沟北侧倒土分三次倒到堆放地点。

开挖至4 m深时管沟北侧留一条宽8 m的台阶，用来做施工便道，以保证车辆和设备的通行，另一侧则留一条宽4 m的台阶，以方便管沟第二层、第三层开挖倒土。

管沟开挖过程中，要经常检查管沟开挖尺寸，通过设置在两岸的水准点控制管沟的深度，保证管沟成型质量，避免三次回挖。施工时应实测管沟平面和纵、横断面尺寸，排除沟内石块等障碍物，管沟成型质量符合要求后方可进行下道工序施工。管沟开挖时，若管沟出现塌方情况，还需进行打桩码袋。管沟开挖作业现场见图5。

图5　管沟开挖作业现场

（8）管沟降水。因为是河流段，开挖管沟时必会涌出大量水，为了解决沟底排水问题，保证挖沟机作业、管道正常焊接及管沟的沟底无水，在第二层平台北侧开挖了一条降水明沟，每隔30 m挖一个集水坑，用潜水泵或排污泵向围堰外排水；在管沟开挖时，在管沟南侧也开挖一条降水明沟，每隔30 m挖一个集水坑，用2台潜水泵或排污泵向围堰外排水。排水明沟的断面尺寸为0.5 m×0.5 m，集水坑的尺寸为1.5 m×1.5 m×1 m。

管沟开挖过程中，需时刻注意围堰稳固情况，抽水设备应不停抽出渗漏水，24 h连续作业，以确保管沟不被冲垮，并时刻监视上游的水位变化。

待管沟成形后，经过测量，若沟底深度达到了设计深度，应立刻进行布管、焊接作业，同时做好随后的检测、防腐及试压工作，确保施工连续，防止中间环节脱节而影响整个施工进度，减少了穿河的作业时间。

（9）稳管措施（主河床段）。混凝土浇筑在吹扫试压完成后进行。主河槽管段在组焊前，先每间隔5 m垫装土编织袋；管道下沟前在管道外包绝缘橡胶板；无缝钢管φ114 mm敷设完成（为穿光缆）后，模筑现浇长123 m的C25混凝土（高于管顶约500 mm），混凝土浇筑前用8 mm厚的橡胶板包裹管道，包裹时搭接20 cm。其余的按正常的焊接、试压、防腐工序依次进行施工。

4.2西岸段穿越

东段河流穿越施工完成后，再按上述方案让河水倒流并围堰至东段，进行后半段的施工，整个施工完成后，拆除围堰，而后进行水土保持恢复，整个穿越施工完成。

5　施工中采取的其他措施

（1）在施工时，随时监测上游的来水情况，一旦遇到水流增大，或是突发洪水，需要确保人员在第一时间能够撤出河道。

（2）晚上加强巡视，确保抽水设备连续运转，以防止江水倒灌，进而漂管。

（3）施工中备好救生圈及救生衣等用品，施工产生的垃圾、废物不得倒入江内。

（4）做好施工保险工作，在遇到突发大水等不可抗拒灾害时，及时进行索赔，减少施工损失。

6　结束语

经过周密部署、精心准备和科学组织，根据现场情况及时安排在澄潭江冬季水位最低时间段进行西气东输二线樟树-湘潭联络线澄潭江穿越的施工，避开了汛期，确保了线路施工关键节点的完成。该工程于2010年12月5日开工，2011年1月3月完成东段的穿越施工，2011年1月19日完成了西段的穿越施工，整个穿越施工历时45 d完成，于2011年7月一次投产成功，工程取得了较好的经济效益，节约施工成本约30万元。

参考文献

［1］茹慧灵.长输管道施工技术［M］.北京：石油工业出版社，2007：130- 133.

River Crossing Construction of Natural Gas Transmission Pipeline by Using Large Excavation and Cofferdam

ZHAO Weigang，ZHANG Baohui
Qinghai Oilfield Construction Project Management Center，Dunhuang 736202，China

Abstract：Combined with the Chengtan River crossing project of Zhangshu- Xiangtan link pipeline of the Second West to East Gas Pipeline，this paper outlines the general crossing scheme and construction flow，discusses the construction preparation work of surveying setting- out and building service road，illustrates the key construction procedure such as discharge area calculation of diversion channel，diversion channel excavation，cofferdams built in upstream and downstream of the eastern main channel and then the western main channel，water pump used for lowering water level and drainage，well- point drainage，trenching，trench drainage and pipeline stabilized measure. The whole river crossing construction was finished in 45 days，and then the pipeline was smoothly put into commissioning. The construction cost was saved for 300 000 RMB Yuan.

Keywords：naturalgas pipeline；river crossing；cofferdam；large excavation construction

doi：10.3969/j.issn.1001- 2206.2016.03.016

作者简介：

赵卫刚（1977-），男，陕西宝鸡人，工程师，1999年毕业于承德石油高等专科学校焊接工艺及设备专业，现从事油气田地面建设工程项目管理方面的工作。Email：qhshy123@163.com。

收稿日期：2015- 10- 27