天然氣管道圍堰大開挖穿越河流施工

趙衛(wèi)剛，張寶輝青海油田建設(shè)項(xiàng)目管理中心，甘肅敦煌736202

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天然氣管道圍堰大開挖穿越河流施工

趙衛(wèi)剛，張寶輝
青海油田建設(shè)項(xiàng)目管理中心，甘肅敦煌736202

摘要：冬季和春季入汛以前，河流的水位一般比較低，此時天然氣管道穿越河流若采用圍堰大開挖方式施工，成本將較其他施工方式低。結(jié)合西氣東輸二線樟樹-湘潭聯(lián)絡(luò)線澄潭江穿越，介紹了穿越方案的總體思路及施工流程；論述了測量放線、入場運(yùn)輸?shù)缆沸拗氖┕で皽?zhǔn)備；較詳細(xì)說明了導(dǎo)流渠的過水?dāng)嗝婷娣e計(jì)算、開挖導(dǎo)流渠、主河道先后分東西兩部分進(jìn)行上下游圍堰、水泵降排水、井點(diǎn)降水、管溝開挖、管溝降水、穩(wěn)管措施等東西岸段穿越施工的關(guān)鍵步驟；介紹了施工中采取的其他措施等。整個河流穿越施工歷時45 d完成，完工后一次投產(chǎn)成功，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約了施工成本約30萬元。

關(guān)鍵詞：天然氣管道；河流穿越；圍堰；大開挖施工

河流穿越往往是長輸管道敷設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)，一般采用定向鉆穿越、盾構(gòu)穿越或大開挖穿越方式。河流的水量季節(jié)性一般比較強(qiáng)，冬季和春季入汛以前，北方的河流局部易形成斷流，此時是比較好的時間段，水量較少，施工的難度和風(fēng)險可大大降低；南方的河流此時一般不斷流，但其水位也比較低，對施工來說，圍堰施工的工作量也相對降低，成本也較其他施工方式低。

穿越河流時，一般先要進(jìn)行地形地貌的詳細(xì)現(xiàn)場踏勘，而后再詳細(xì)了解當(dāng)?shù)禺?dāng)前以及往年的氣象資料，以確保正確選擇合適的時間段進(jìn)行施工?，F(xiàn)結(jié)合西氣東輸二線樟樹-湘潭聯(lián)絡(luò)線澄潭江穿越，較詳細(xì)地討論采用圍堰大開挖穿越方案的優(yōu)點(diǎn)。

1　穿越方案的總體思路

該輸氣管道從東向西橫穿澄潭江，按照上述思路，穿越方案采用圍堰導(dǎo)流大開挖穿越［1］，并分成兩段進(jìn)行。首先進(jìn)行東段的上下游圍堰施工，把主河道改到河床西段進(jìn)行導(dǎo)流；其次進(jìn)行東段的施工平臺及管溝開挖，開挖完成后，進(jìn)行布管、溝下組焊、檢測、補(bǔ)口、檢漏、試壓、掃水、穩(wěn)管、回填、水工保護(hù)、恢復(fù)河道等施工；東段施工完成后，將河道改到東段主河道進(jìn)行導(dǎo)流，然后進(jìn)行西岸段管道穿越施工。

2　施工流程

管道穿越施工流程見圖1。

3　施工前準(zhǔn)備

3.1測量放線

依據(jù)線路平面、斷面圖，線路控制樁，水準(zhǔn)標(biāo)志樁進(jìn)行測量放線。采用GPS- RTK定位，全站儀測量、放線。對澄潭江的穿越位置進(jìn)行測量，確定管道中心線的位置，并放出管道穿越位置，每30 m設(shè)置一個加密樁，同時放出導(dǎo)流開挖位置。在地勢起伏較大的地段或穿越位置，在線路中心線上應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙的要求設(shè)置縱向變坡樁、曲線加密樁、標(biāo)志樁。放出管道中心線和作業(yè)帶邊界線，放線采用白灰或其他鮮明、耐久的材料。管道穿越位置如圖2所示。

3.2入場運(yùn)輸?shù)缆返男拗?/p>

圖1　東岸段管道穿越施工流程

由于澄潭江穿越兩岸距公路較遠(yuǎn)，穿越段出入口附近均無道路，鄉(xiāng)村路離東岸300 m、西岸380 m，給施工設(shè)備和工程材料入場帶了極大困難，因此必須在東岸修一條長300m、寬5m，西岸修一條長380m、寬5 m、厚50 cm，局部鋪碎石200 m、厚15 mm的施工入場運(yùn)輸便道（新修的兩條入場道路位置如圖2所示），修便道運(yùn)土距離5 km，確保各種工程材料和施工設(shè)備能及時入場。工程結(jié)束后，清除碎石及土塊，恢復(fù)原地貌。

圖2　穿越位置及新修入場道路示意

4　施工方案

4.1東岸段穿越

（1）計(jì)算導(dǎo)流渠的過水?dāng)嗝婷娣e［1］：

式中：ω為渠道過水?dāng)嗝婷娣e，m2；Q為設(shè)計(jì)的水流流量，m3/s；v為導(dǎo)流明渠允許的平均流速，m/s。

（2）開挖導(dǎo)流渠。在西岸河灘部位開挖的具體方法：河槽內(nèi)地形較平緩，在穿越斷面處，勘察期水面高程在51.7～53.9 m之間，西岸河灘河道水位較淺，暫時平均水深1.5 m。為確保導(dǎo)流暢通，導(dǎo)流渠開挖寬度20 m，深4 m（導(dǎo)流渠深度低于河床最低點(diǎn)1 m），邊坡比1∶1，長度169 m，這可以保證123 m3/s的河水流量。開挖西岸導(dǎo)流渠與東岸圍堰工作同步進(jìn)行。

導(dǎo)流渠總長度約169 m，導(dǎo)流渠入口與穿越段河岸的內(nèi)夾角不小于45°，以避免水流不暢而沖擊堰體。導(dǎo)流渠入口點(diǎn)在穿越中心點(diǎn)上游100 m處，導(dǎo)流渠出口點(diǎn)在穿越中心點(diǎn)下游100 m處，導(dǎo)流渠底標(biāo)高低于河床最低點(diǎn)。

（3）主河道上下游圍堰。圍堰所需泥土在穿越兩岸以外購買，河床段兩邊植被水利局不允許破壞，取土從河床外取土場購買，運(yùn)距5 km。施工結(jié)束后，圍堰拆除時，將地面恢復(fù)至原購置土地貌，棄渣運(yùn)至6 km外的棄土場。

先將主河道改到西段，為防止河水滲透至圍堰主河道，擋水墻側(cè)全斷面上鋪設(shè)雙層防水布。防水布采用上下游接搭方式，搭接長度不小于1.0 m，并用編織袋裝土壓實(shí)防水布。導(dǎo)流平面布置見圖3。圍堰設(shè)置在管道里程K0 + 048 m～K0 + 148 m處，導(dǎo)流渠設(shè)置在K0 + 150 m～K0 + 170 m之間。

圖3　東西岸圍堰導(dǎo)流平面布置示意

（4）分兩部分進(jìn)行圍堰。主河道圍堰采用重力堰，迎水面坡度和背水面坡度1∶1。圍堰寬度169 m，長度100 m，總長度369 m。利用外運(yùn)土修筑堰體，在圍堰底側(cè)和迎水面一側(cè)使用防水布做防水層。堰體頂部寬度5 m，以保證圍堰時設(shè)備行走。正常情況下水位豐水期3 m，枯水期1 m。為保證安全，堰體必須高于水位1.5 m。由于堰體中間部分的河道局部水位較淺，因此堰體采用頂部5 m、高度3 m、底寬11 m的形式。河道上下游及中間堰體形式示意如圖4所示。

圖4　河道上下游及中間堰體形式示意

（5）水泵降排水。上下游堰體完成之后，立即使用水泵抽水，通過污水泵和離心泵的連續(xù)工作，將上下游堰體內(nèi)的積水排到堰外。為控制堰體滲水，在上游堰與管溝之間設(shè)置截水堰，截水堰與上游堰間的存水槽用土工布鋪墊控制滲水，每個存水槽用潛水泵排槽內(nèi)的積水。

（6）井點(diǎn)降水。在管溝兩側(cè)分別打井進(jìn)行降水作業(yè)，上游井點(diǎn)設(shè)置在截水堰內(nèi)6 m的位置，由于下游不設(shè)置截水堰，所以下游井點(diǎn)設(shè)置在圍堰內(nèi)6 m的位置，每側(cè)各設(shè)置1排井點(diǎn)降水，每排共設(shè)置井點(diǎn)18處，降水井點(diǎn)間距平均8 m，打井深度3 m，采用內(nèi)徑600 mm的井壁管，根據(jù)每處井點(diǎn)涌水量的大小安排相應(yīng)功率的排水泵，水泵應(yīng)配合進(jìn)行明排，以此控制施工作業(yè)面的水位高低，保證正常施工。

（7）管溝開挖。根據(jù)管道中心線位置放出管溝邊線，根據(jù)土質(zhì)結(jié)構(gòu)確定管溝邊坡坡度，管溝開挖采用分層開挖方式，在管溝開挖時先用挖掘機(jī)開挖砂層和砂卵石層，管溝的一端坡度不大于15％，而后修筑施工通道，以便下一步管道布管、組焊、防腐等施工作業(yè)的開展和作業(yè)車輛的進(jìn)入。

因河床段細(xì)砂和卵石在水的作用下流動性很大，極易坍塌，管溝開挖分三層進(jìn)行，第一層、第二層開挖邊坡比1∶3；第三層為強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖地質(zhì)，管溝邊坡比取1∶0.5。

強(qiáng)風(fēng)化泥質(zhì)砂巖和中等風(fēng)化泥質(zhì)砂巖采用液壓鎬開鑿，挖掘機(jī)清理；河道的砂巖層具體深度和位置無法確定，具體石方開挖工程量，根據(jù)現(xiàn)場開挖完成后的實(shí)際進(jìn)行測量。

管溝開挖采用挖掘機(jī)開挖，由于管溝上開口寬度在30 m左右，所以必須用挖掘機(jī)倒土，管溝北側(cè)倒土分三次倒到堆放地點(diǎn)。

開挖至4 m深時管溝北側(cè)留一條寬8 m的臺階，用來做施工便道，以保證車輛和設(shè)備的通行，另一側(cè)則留一條寬4 m的臺階，以方便管溝第二層、第三層開挖倒土。

管溝開挖過程中，要經(jīng)常檢查管溝開挖尺寸，通過設(shè)置在兩岸的水準(zhǔn)點(diǎn)控制管溝的深度，保證管溝成型質(zhì)量，避免三次回挖。施工時應(yīng)實(shí)測管溝平面和縱、橫斷面尺寸，排除溝內(nèi)石塊等障礙物，管溝成型質(zhì)量符合要求后方可進(jìn)行下道工序施工。管溝開挖時，若管溝出現(xiàn)塌方情況，還需進(jìn)行打樁碼袋。管溝開挖作業(yè)現(xiàn)場見圖5。

圖5　管溝開挖作業(yè)現(xiàn)場

（8）管溝降水。因?yàn)槭呛恿鞫危_挖管溝時必會涌出大量水，為了解決溝底排水問題，保證挖溝機(jī)作業(yè)、管道正常焊接及管溝的溝底無水，在第二層平臺北側(cè)開挖了一條降水明溝，每隔30 m挖一個集水坑，用潛水泵或排污泵向圍堰外排水；在管溝開挖時，在管溝南側(cè)也開挖一條降水明溝，每隔30 m挖一個集水坑，用2臺潛水泵或排污泵向圍堰外排水。排水明溝的斷面尺寸為0.5 m×0.5 m，集水坑的尺寸為1.5 m×1.5 m×1 m。

管溝開挖過程中，需時刻注意圍堰穩(wěn)固情況，抽水設(shè)備應(yīng)不停抽出滲漏水，24 h連續(xù)作業(yè)，以確保管溝不被沖垮，并時刻監(jiān)視上游的水位變化。

待管溝成形后，經(jīng)過測量，若溝底深度達(dá)到了設(shè)計(jì)深度，應(yīng)立刻進(jìn)行布管、焊接作業(yè)，同時做好隨后的檢測、防腐及試壓工作，確保施工連續(xù)，防止中間環(huán)節(jié)脫節(jié)而影響整個施工進(jìn)度，減少了穿河的作業(yè)時間。

（9）穩(wěn)管措施（主河床段）?；炷翝仓诖祾咴噳和瓿珊筮M(jìn)行。主河槽管段在組焊前，先每間隔5 m墊裝土編織袋；管道下溝前在管道外包絕緣橡膠板；無縫鋼管φ114 mm敷設(shè)完成（為穿光纜）后，模筑現(xiàn)澆長123 m的C25混凝土（高于管頂約500 mm），混凝土澆筑前用8 mm厚的橡膠板包裹管道，包裹時搭接20 cm。其余的按正常的焊接、試壓、防腐工序依次進(jìn)行施工。

4.2西岸段穿越

東段河流穿越施工完成后，再按上述方案讓河水倒流并圍堰至東段，進(jìn)行后半段的施工，整個施工完成后，拆除圍堰，而后進(jìn)行水土保持恢復(fù)，整個穿越施工完成。

5　施工中采取的其他措施

（1）在施工時，隨時監(jiān)測上游的來水情況，一旦遇到水流增大，或是突發(fā)洪水，需要確保人員在第一時間能夠撤出河道。

（2）晚上加強(qiáng)巡視，確保抽水設(shè)備連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，以防止江水倒灌，進(jìn)而漂管。

（3）施工中備好救生圈及救生衣等用品，施工產(chǎn)生的垃圾、廢物不得倒入江內(nèi)。

（4）做好施工保險工作，在遇到突發(fā)大水等不可抗拒災(zāi)害時，及時進(jìn)行索賠，減少施工損失。

6　結(jié)束語

經(jīng)過周密部署、精心準(zhǔn)備和科學(xué)組織，根據(jù)現(xiàn)場情況及時安排在澄潭江冬季水位最低時間段進(jìn)行西氣東輸二線樟樹-湘潭聯(lián)絡(luò)線澄潭江穿越的施工，避開了汛期，確保了線路施工關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的完成。該工程于2010年12月5日開工，2011年1月3月完成東段的穿越施工，2011年1月19日完成了西段的穿越施工，整個穿越施工歷時45 d完成，于2011年7月一次投產(chǎn)成功，工程取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益，節(jié)約施工成本約30萬元。

參考文獻(xiàn)

［1］茹慧靈.長輸管道施工技術(shù)［M］.北京：石油工業(yè)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

作者簡介：

趙衛(wèi)剛（1977-），男，陜西寶雞人，工程師，1999年畢業(yè)于承德石油高等?？茖W(xué)校焊接工藝及設(shè)備專業(yè)，現(xiàn)從事油氣田地面建設(shè)工程項(xiàng)目管理方面的工作。Email：qhshy123@163.com。

收稿日期：2015- 10- 27