強(qiáng)滲水大型河流連續(xù)深基坑大開挖穿越技術(shù)

楊春生，王 慶，許麗建，楊瀅琪

（中國(guó)石油天然氣管道局第二工程公司，江蘇徐州 221008）

強(qiáng)滲水大型河流連續(xù)深基坑大開挖穿越技術(shù)

楊春生，王 慶，許麗建，楊瀅琪

（中國(guó)石油天然氣管道局第二工程公司，江蘇徐州 221008）

西氣東輸二線沙河穿越工程是國(guó)內(nèi)首次在汛期以大開挖形式穿越國(guó)家一級(jí)飲用水源保護(hù)地的大口徑高鋼級(jí) （D1219mm、X80鋼）雙線管道。通過因地制宜，創(chuàng)新采用連續(xù)深基坑、止水帷幕等一系列大開挖穿越施工工藝，有效解決了汛期強(qiáng)滲水大型河流開挖穿越的施工難題，從整體上提高了國(guó)內(nèi)管道施工企業(yè)應(yīng)對(duì)大型河流開挖穿越施工的能力，為今后類似工程施工提供了范例。

強(qiáng)滲水；大型河流；深基坑；帷幕止水；開挖穿越

中國(guó)石油天然氣管道局第二工程公司 （以下簡(jiǎn)稱管道二公司）承建的西氣東輸二線東段水源地沙河大開挖雙線管道穿越工程為西氣東輸二線東段三大控制性工程之一，位于河南白龜山水庫蓄水區(qū)邊緣，單線穿越長(zhǎng)度1 805 m，其中有水域穿越1 470 m，平均水深達(dá)6 m。河床水域開闊、且主要由采砂棄渣 （純卵石）構(gòu)成，滲水性極強(qiáng)。傳統(tǒng)的定向鉆穿越技術(shù)無法實(shí)施，盾構(gòu)技術(shù)和船載挖掘機(jī)帶水開挖技術(shù)工期長(zhǎng)，成本高。施工中管道二公司創(chuàng)新采用 “分級(jí)圍堰、連續(xù)深基坑降水法”、 “岸基式明水強(qiáng)排、水利壓差降水法”、“柔性帷幕止水法”、 “網(wǎng)箱臥泵式降水法”等新工藝，配合袋裝砂堆護(hù)圍堰堤腳、分層開挖管溝、管溝內(nèi)拉森板樁止水防塌、多接一管道預(yù)制下溝等措施，有效地解決了純卵石地層強(qiáng)滲水地質(zhì)條件下大口徑管道穿越施工難題，在汛期有效保證了沙河工程安全、順利進(jìn)行的同時(shí)，保護(hù)了當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境，為西氣東輸二線黃陂以北按時(shí)供氣提供了至關(guān)重要的技術(shù)保障。

1 施工工藝流程及創(chuàng)新技術(shù)措施

1.1 施工工藝流程

測(cè)量放線→主河道圍堰→連續(xù)深基坑作業(yè)→止水帷幕施工→明水強(qiáng)排、水力壓差降水→修筑副圍堰、加鋪柔性止水帷幕→分級(jí)降水→管溝開挖→預(yù)制管道下溝、連頭→穩(wěn)管、回填。

1.2 創(chuàng)新技術(shù)措施

1.2.1 測(cè)量放線

根據(jù)設(shè)計(jì)控制樁，用GPS放出管溝中心線、作業(yè)帶邊線、基坑邊線，三條線插紅旗作為標(biāo)記；同時(shí)在作業(yè)帶邊界上立木樁，每隔50 m一個(gè)，木樁上涂紅色油漆或綁紅布條醒目標(biāo)志。

1.2.2 主河道圍堰

（1）在管道穿越位置上、下游分別進(jìn)行圍堰施工。兩堰體距離管道中心線65 m，堰體長(zhǎng)960 m、頂寬16 m、高6.5 m，坡比1∶3。為保護(hù)水源地環(huán)境，采用推土機(jī)、挖掘機(jī)、自卸卡車，利用河道原有的卵石，從河堤部位向主河道進(jìn)行圍堰施工。

（2）圍堰通過主河道時(shí)，為保證水流正常通過，在主河道上、下游圍堰中心位置加鋪過水涵管。過水涵管采用直徑1 016 mm、壁厚14.6 mm、長(zhǎng)11.5 m的鋼管，以三接一形式平鋪兩層，每層4根，涵管上面鋪袋裝砂，頂面鋪設(shè)12 mm厚鋼板，供設(shè)備通行作業(yè)。

1.2.3 連續(xù)深基坑作業(yè)

（1）在上、下游堰體內(nèi)，利用河道內(nèi)原有的卵石修筑隔斷，將穿越段水體分割成12個(gè)矩形連續(xù)深基坑，每個(gè)基坑尺寸為130 m×80 m。

（2）圍堰圍體寬度確定。根據(jù)壓力公式P=ρwg h計(jì)算河水對(duì)圍堰堰體的最大水壓 （ρw為河水密度，g為重力加速度，h為河水深度）；理論計(jì)算最小圍堰寬度B=安全系數(shù) ×P/ρc（ρc為卵石密度），堰體高于實(shí)際水位1.0 m以上。

1.2.4 帷幕止水工藝

（1）由于沙河河床和圍堰用料均由透水性強(qiáng)的卵石構(gòu)成，為阻止基坑外的水透過堰體滲入基坑內(nèi)，采用柔性帷幕止水法阻止沙河明水和地下水涌向基坑。止水帷幕由兩層15 m×8 m彩條布夾裹一層15 m×8 m兩膜一布的土工布，再用麻線縫制而成。以小口徑鋼管為芯軸，將止水帷幕反卷，兩邊各留0.5 m的余量。

（2）采用長(zhǎng)臂挖掘機(jī)修整基坑迎水面，潛水員下水檢查基坑迎水面平整度合格后，鋪設(shè)柔性止水帷幕，利用鋼管自身重力將止水帷幕沿基坑迎水面帶入水中，在圍堰頂部留適當(dāng)長(zhǎng)度的搭邊，用砂袋壓實(shí)。

（3）潛水員負(fù)責(zé)止水帷幕的水下鋪設(shè)就位和檢查，并指揮挖掘機(jī)沿止水帷幕拋灑中粗砂，壓實(shí)止水帷幕，使其與基坑迎水面緊密結(jié)合，阻擋層間水平滲水。鋪設(shè)時(shí)柔性止水帷幕之間至少留300 mm的壓邊。

1.2.5 明水強(qiáng)排、水力壓差降水

（1）基坑內(nèi)存水分為明水和涌水，基坑內(nèi)涌水又分為層間水和承壓水。止水帷幕鋪設(shè)完畢后，立即進(jìn)行明水強(qiáng)排和水力壓差降水作業(yè)。即：對(duì)于施工基坑內(nèi)的可見明水采用混流泵或離心泵排出坑外；同時(shí)在施工基坑附近開挖深基坑排水，降低臨近基坑水位高度，進(jìn)而降低水位壓力，減少施工基坑承壓水的滲涌。

（2）排水均采用低揚(yáng)程、大排量的岸基式降水設(shè)施，在降水設(shè)施的排水口下方放置自制的10 m×6 m×0.5 m浮箱，用以分散水流沖刷力，防止排出水回沖堰體。

1.2.6 修筑副圍堰、加鋪柔性止水帷幕

（1）水位下降到一定程度后，考慮到主圍堰止水帷幕不能鋪設(shè)到原土層，無法完全阻擋層間水平滲水，需在主圍堰內(nèi)側(cè)，也就是矩形深基坑內(nèi)修筑一條高3.5 m、頂寬6 m的副圍堰 （見圖1）。

（2）止水帷幕鋪設(shè)在副圍堰的迎水面，與主圍堰止水帷幕鋪設(shè)方法相同。

（3）副圍堰止水帷幕鋪設(shè)完畢后，加高副圍堰到主圍堰高度，并將整體圍堰加寬到30m （見圖2）。

1.2.7 分級(jí)降水

（1）根據(jù)近水基坑涌水量公式計(jì)算出基坑水每下降1 m的涌水量，再設(shè)置降水設(shè)施。近水基坑涌水量Q （m3/h）計(jì)算公式：

式中K——滲透系數(shù)/（m/h）；

S——基坑內(nèi)水位降深，即管溝挖深/m；

L——與基坑外側(cè)水面等高處主河道圍堰寬度/m；

η——系數(shù)；

a、b——分別為基坑長(zhǎng)度、寬度/m。

（2）一級(jí)降水位置設(shè)在距主河道圍堰上口內(nèi)側(cè)3～4 m處，在基坑內(nèi)側(cè)采用挖掘機(jī)修筑環(huán)形導(dǎo)流溝，采用高揚(yáng)程、大排量的潛污泵單面排水 （排向下游），將強(qiáng)滲水引入下游導(dǎo)流溝內(nèi)實(shí)現(xiàn)分級(jí)降水，排水口放置自制的浮箱，以便分散水流沖刷力，防止排出的水流回沖圍堰。

（3）二級(jí)降水位置設(shè)在圍堰內(nèi)距圍堰5～6 m處，由于此時(shí)滲水在水壓作用下沖刷力量較大，可能帶出部分細(xì)小卵石，形成管涌，造成潰堤。為保證圍堰穩(wěn)定性，在集水溝內(nèi)人工碼砌砂袋穩(wěn)固圍堰。

（4）根據(jù)河床地質(zhì)條件，決定是否增加三級(jí)或四級(jí)降水。降水方式與二級(jí)降水相同 （見圖3）。

1.2.8 管溝開挖

（1）多臺(tái)挖掘機(jī)相互配合進(jìn)行管溝開挖，卵石地質(zhì)管溝坡比為1∶3。挖掘棄土由挖掘機(jī)接力倒運(yùn)至上游圍堰外側(cè)，用以加固堰體?；娱_挖的同時(shí)持續(xù)用混流泵排水。

（3）管溝底的卵石層中含有大量粗砂，管溝成型后，邊坡打入厚12 mm鋼板樁進(jìn)行支護(hù)。

（4）管溝底細(xì)土墊層采用袋裝砂堆碼。編織袋（內(nèi)襯塑料膜）尺寸0.5 m ×0.3 m×0.2 m，容積率按70﹪計(jì)算。

1.2.9 預(yù)制管道下溝、連頭

（1）采用 “四接一”方式預(yù)制穿越管段合格后，利用3臺(tái)90 t吊管機(jī)進(jìn)行預(yù)制管段下溝，下溝前做好管端封堵，防止泥水進(jìn)入管段。

（2）管段連頭作業(yè)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)和施工規(guī)范要求進(jìn)行。

1.2.10 穩(wěn)管、回填

（1）根據(jù)施工圖紙要求，采用連續(xù)混凝土壓重塊進(jìn)行穩(wěn)管。

（2）回填時(shí)管頭位置采用袋裝砂碼砌堆實(shí)，防止水沿鋼管外壁滲入下一施工基坑；同時(shí)在管溝位置修筑圍堰，加鋪止水帷幕。

1.2.11 深基坑管段安裝循環(huán)施工

但銀隆內(nèi)部人士說，孫國(guó)華根本坐不穩(wěn)這個(gè)位置。由于孫國(guó)華與魏銀倉關(guān)系私密，離任的魏銀倉經(jīng)常對(duì)公司運(yùn)作發(fā)出指令。而董明珠則要求加強(qiáng)公司制度建設(shè)，通過股東會(huì)和董事會(huì)來加強(qiáng)對(duì)公司的控制，雙方矛盾再度加深。

1#基坑內(nèi)主管道安裝完成后，修筑新堰體，并拆除1#基坑和2#基坑之間的橫向圍堰，繼續(xù)主管段安裝施工。然后是3#基坑、4#基坑…直至整個(gè)河流穿越管段施工全部完成。

2 安全措施

（1）建立多級(jí)聯(lián)動(dòng)應(yīng)急體系，與地方水利、氣象、醫(yī)療等機(jī)構(gòu)建立防汛應(yīng)急聯(lián)動(dòng)關(guān)系。

（2）建立信息平臺(tái)，辦公室設(shè)專人每日收集水情、氣象等信息并及時(shí)傳遞至各施工機(jī)組。

（3）圍堰水域外各類安全警示標(biāo)識(shí)齊全，并設(shè)圍欄。施工現(xiàn)場(chǎng)配備輕型救生衣、救生圈、橡皮艇等安全防護(hù)用品。

（4）施工現(xiàn)場(chǎng)夜間配備專職打更人員。

（5）突發(fā)暴雨時(shí)，河道內(nèi)停止一切施工，人員、設(shè)備全部撤離至安全區(qū)域。若有雷電，停止一切帶電設(shè)備、設(shè)施的運(yùn)行，并切斷照明。

（6）線路接頭部分采用熱縮套管 +防水膠帶進(jìn)行防水處理。

（7）潛水作業(yè)時(shí)，距作業(yè)點(diǎn)200 m范圍內(nèi)停止一切帶電設(shè)備運(yùn)行。

3 環(huán)保措施

3.1 水土流失控制

施工中采取倒退法，從河堤開始進(jìn)行土方作業(yè)，將河堤開挖土方分多次倒運(yùn)至遠(yuǎn)離河道的農(nóng)田段，并在距穿越中心各70m的上、下游堤岸位置修筑長(zhǎng)30m×寬10 m×高4 m的擋土墻，以防止水土流失。為避免排水時(shí)產(chǎn)生的水流對(duì)堤岸的沖刷，排水位置距離堤岸均在20m以上。在每個(gè)排水口處均放置自制的長(zhǎng)10m×寬6m×高0.5m浮箱，以分散水流沖刷力，使排水相對(duì)平緩地流入沙河水域。

3.2 水體污染控制

實(shí)時(shí)監(jiān)控沙河穿越施工對(duì)水體水的污染情況。在施工前取河水水樣作為標(biāo)準(zhǔn)，施工時(shí)對(duì)水樣進(jìn)行抽檢，實(shí)時(shí)密切關(guān)注施工對(duì)水體的影響。穿越過程中嚴(yán)格控制施工范圍，尤其是控制河流穿越段的施工作業(yè)面，避免對(duì)河流造成破壞，污染河流水質(zhì)?，F(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)場(chǎng)前全部在專業(yè)維修單位進(jìn)行修保，保證進(jìn)場(chǎng)設(shè)備無滴、漏、滲現(xiàn)象；在施工期間杜絕在水源保護(hù)區(qū)內(nèi)的一切維修、保養(yǎng)活動(dòng)。在每段施工區(qū)域上下游均鋪設(shè)兩端大于施工面長(zhǎng)度50 m的油污隔離欄，施工現(xiàn)場(chǎng)配有吸油氈、接油盆、吸油砂等物資，預(yù)防可能出現(xiàn)的污染。

4 結(jié)束語

沙河大開挖穿越工程自2010年4月26日開工至2010年11月18日交工完畢 （含汛期停工2個(gè)月），雙線共成功完成主管道穿越就位3 610 m，其中水域雙線穿越為2 940 m，壓重塊安裝1 620塊。施工中創(chuàng)新采用連續(xù)深基坑大開挖穿越新工藝，有效解決了水源地強(qiáng)滲水大型河流大開挖穿越的施工難題，在為國(guó)家節(jié)省數(shù)千萬元投資的同時(shí)，也為保證西二線東段按期投產(chǎn)提供了關(guān)鍵性技術(shù)保障，成為造福沿線人民的控制性工程之一。

[1]馮夢(mèng)朦，劉居正，江波，等.帶水大開挖施工技術(shù)在儀征—長(zhǎng)嶺管道陸水河穿越中的應(yīng)用[J].石油工程建設(shè)，2011，（4）：40-43.

Large Excavation with Continuous Deep Pits for Pipeline Crossing at Intensive Seepage Large River

YANG Chun-sheng（SPCC Pipeline Construction Company of China National Petroleum Corporation，Xuzhou 221008， China），WANG Qing，XU Li-jian，et al.

The Shahe River crossing construction in the Second West-East Gas Pipeline Project is the first pipeline crossing project carried out in flood period to cross the national first class drink water sources protection area using large excavation method,and the crossing project has a large pipe diameter （D1 219 mm）,the high grade pipe steel X80 and dual pipelines.China Petroleum Pipeline No.2 Construction Company adopts the methods of continuous deep pits,waterproof curtains,etc.during local flood period,which are proved to be a good and effective solution to the construction.Generally speaking,it improves the domestic pipeline companies’ability of excavation crossing technology for large river crossing construction and sets a good example for such kind of projects.

intensive seepage;large river;deep pit;waterproof curtain;excavation crossing

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.011

楊春生 （1961-），男，河北保定人，高級(jí)工程師，1987年畢業(yè)于石油管道學(xué)院管道工程專業(yè)，2005年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)管理工程專業(yè)，從事工程項(xiàng)目管理工作。

2011-09-19）