西气东输二线输气管道汉江穿越带水开挖设计方案 陈 磊 （中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦１２４０１０） 摘要：西气东输二线汉江带水开挖穿越工程是目前国内最大的长输管道管道带水开挖工程，由于河流带水开 挖穿越方案的难度大和适用范围的特定性，导致目前这种穿越方式尚未在行业内普遍认知。文章分析了西二 线输气管道汉江穿越带水开挖工程水文地质情况及方案的确定过程，又介绍了汉江带水开挖的设计及施工要 求，为管道工程带水开挖穿越大型河流的设计提供了宝贵的经验。 关键词：西气东输；输气管道；带水开挖；管沟开挖 中图分类号：ＴＥ９７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９－２３７４（２０１２）１４－０１１１—０３ １ 工程水文地质概述 散沉积物，抗冲性能较差，河道横向变化甚大，尚 汉江发源于秦岭南麓，陕西省留坝县。汉江支 存在游荡性质。 流延展于甘肃、四川、河南三省，干流流经陕西、 丹江口至襄阳段为丹江断凹及襄一广断裂带所 湖北两省，于武汉市汇入长江，全长１５７７ｋｍ，是长 控制。右岸阶地较窄，大部分为丘陵及山地；左岸 江最长的支流 流域面积为１５９０００ｋｍ 。西：ＩＬ－东南 为南襄断陷，阶地宽阔，第四纪沉积层较厚，但卵 长约８２０ｋｍ，南北最宽约３２０ｋｍ，最窄约１８０ｋｍ。 石层较厚，且卵石层埋藏甚浅，不少地段露出地 汉江中游河道走向虽受地质构造的控制，但因 表。河道基本上为砂质河床，局部如浅滩处有卵石 河谷较宽阔，水流边界大部份为河流冲积形成的松 出露，出露的面积自上而下减小，卵石的中值粒径 各片 年际变化 偏小；因此，地下水的变化与同年的降水量变化是 ５４０ ００ 一致的，属于正常现象。 奁 ｎ５３５ ｏＯ０ｏ ■ １ －…… 薯…… 。 一￥２５Ｏ０ Ｐ 圈 ｔｎ ｌ．ｌｌ４结论 第一，经过地震后对地下水高程系统复测及测 ！ｉ ｛＿华率片区｛ ５．７０ ４３ ｛ ５２０ ５２ ｛ ５２仉５４ ｌ ５ｌ９ ９１ 拍 茵ｒ… 蟊 ～… … ｊ 爵…～ｒ………一…下……一… ～… 区各井点埋深、水位分析，测区地层及其地质构造 ｌ羔台片区ｌ￥３３ ６９ ｝ ５３６１０ ５３３ ｇ２ ｌ ５３ ７４ ｝ 苎曼…ｊ…５…３０…３…５… ｉ …５３０…，００… 一一 曼一一｝… … 并没有遭到地震较为严重的破坏。 年份 第二，通过震前震后水位月、年变化对比分析， 注：２ ０１０～２ ０１１年大场口观测井Ｊ７ 被毁 测区水位动态变化震前震后特征一致，由水位的变化 从图分析２００８、２００９年城区地下各片区内年际 分析出水量亦无甚变化，也间接证明了测区地下水相 上分布上变化也不明显。由于大场口片区灾后重建 互补给系统没有受到“５．１２”地震的影响。ｏ Ｊ７＃被毁，该片区２０１０、２０１１年平均值未作统计， 而从其他三个片区年值变化来看，２０１０、２０１ １年城 参考文献 区地下水呈下降趋势，但结合降雨资料分析，发现 【１】 江油水文站２００５—２０１１年水文资料整编成果． ２０１０、２０１１年的年降水量与２００８、２００９年比较明显 ［２ 江油市城区地下水位监测资料及其整编成果．２］ （责任编辑：叶小坚） ２０１２ ０５ ｏ中阖高新蠛＝｝淦止ｌ１１ 约３６ｍｍ。 穿越工程场区两侧地貌单元属于河漫滩及阶 地，两岸均为农田，地势略有起伏，海拔绝对标高 介于５７．０４￣６８．６５ｍ之间。河床整体较为平缓、开 阔。穿越处河流水面宽度约８５０．ＯＯｍ，水流平缓， 常年流水河流。管道穿越断面百年一遇最高水位 ６８．３５ｍ，主槽冲刷深度４．５２ｍ，两岸冲刷深度分别 为３．４６ｍ和３．１７ｍ。 管道穿越场区地处北亚热带温润季风型大陆 性气候过度区，四季分明，气候温和，日照充 足，降水适中，雨热同季的特征。极端最低气温 为一１ ７．７℃，极端最高气温４２．５℃，多年平均气 温１０．０℃，夏季平均气温２７．７℃，冬季平均气温 ４℃。该区雨量充沛，年均最低降水量８７８．３ｍｍ，年 均最高降水量１２５ｌｍｍ，由北至南呈递增趋势。降雨 多集中在每年的４～９月，以７月份为最多。最大季 节性冻土深度为０．６ｍ。 汉江穿越段的大部地区均由中粗砂层及卵石 层构成。中粗砂层分布于河床上部，局部缺失， 揭露厚度２．００～９．ＯＯｍ；卵石层分布普遍，粒径 一般介于２０～６０ｍｍ，最大粒径１ＯＯｍｍ，揭露厚度 ４．３０￣２６．ＯＯｍ。其工程地质剖面图如图ｌ所示： … ｒ— ！ 一一一一＿＿ｌｌ＿． 斯 ．ｒ Ｉ１ 三 、 ～可ｒ’。‘。～～～～～～ 皿～一．，．： ｌ ～■ ～～～ 图１汉江穿越工程地质剖面图 ２汉江穿越方案的确定 个方案对比分析如下： ２．１定向钻方案 定向钻穿越方案，穿越长度在２０００ｍ左右，大 部分在卵石层内通过，施工风险巨大。 ２．２顶管隧道方案 顶管隧道穿越方案，隧道长度应在２００Ｏｍ左 右，大部分在卵石层内通过，穿越长度过长，施工 技术难以满足要求。 ２．３钻爆隧道方案 钻爆隧道穿越方案，穿越长度在２０００ｍ左右， 大部分在卵石层内通过，施工风险较大。 ２．４盾构隧道穿越 盾构隧道穿越方案，穿越长度在２０００ｍ左右， ｌ】２ ｏ中固高新技：｝ ｂ ２０１２ ０５ 大部分在卵石层内通过， 施工工期过长。 ２．５围堰大开挖方案 围堰开挖穿越方案， 穿越长度在２０００ｍ左右， 大部分在卵石层内通过，围堰范围过大，卵石透水 性强，不能保证河道正常通航。 ２．６带水大开挖方案 带水开挖穿越方案，穿越长度在２０００ｍ左右， 大部分在卵石层内通过，施工风险较小，需要工期 较短，可以保证河道正常通航。 综上所述，在经过对大开挖、定向钻、顶管隧 道、钻爆隧道、盾构隧道等多方案的安全、工期、 维护、经济等综合因素的比选后，选择了综合指标 最好的带水开挖方式进行穿越。 ３带水开挖穿越设计 管道采用大开挖方式穿越汉江，主河道采用水 下开挖，连续混凝土压重块稳管。穿越段实长为 １９８８．３５ｍ。 ３．１ 管道埋深及管沟开挖 管道穿越段河床底起伏较小，水流缓慢，穿 越段河床底主要由中粗砂和卵石组成，穿越段河 床稳定性较差。主河槽下管顶最小覆土厚度约为 ５．５２ｍ。 主河槽穿越处采用水下开挖穿越。由于穿越处 地层多为卵石，施工时水流速度、回淤量较大，故 管底宽度取１Ｏｍ，水流上游方向坡比为１：１０，下游 方向坡比为１：３．５。 陆上管沟开挖建议采用以机械开挖为主、人工 为辅的管道开挖方式。 水下管沟开挖建议根据地质情况沿管沟轴线均 匀布置挖泥船，采用“滩项挖泥法”施工，即挖泥 船垂直于水流，平行管沟轴线进行同一方向施工。 考虑到水下管沟开挖后回淤等因素，在不影响船舶 航行的条件下，堆料区选择在管沟轴线下游区域堆 放，高度不超过３ｍ。对于开挖好的管沟，分别在上下 游方向设置不同的边坡，并在管沟上游方向超挖土 方，以给回淤坍塌留有空间，确保最终的管沟成型。 ３．２管道组焊及回拖 由于采用水下开挖且挖深较大，故采用沟上组 装焊接。 发送端汉江南岸长度有限，为了降低牵引力， 采用小平车发送管道。发送管道时注意保护防腐 层。小平车轨道选用轻轨。发送管道后为了回收小 平车，采用小平车串联法，即在管道入水前端设置 一接收坑，管道牵引前，将小平车用钢丝绳连接， 以便小平车成串回收。在牵引头两侧各安置同形 式的浮筒，以保证管道牵引头入水后不扎入泥层。 浮筒需安装充气装置，以防止浮筒在水下可能被压 瘪。将浮筒用钢丝绳连接，以防止拆除后的浮筒顺 水漂移。 回拖前位应测管沟平面图和纵、横断面图，并 排除沟内孤石等障碍，管沟成型质量经验收符合要 求后才允许下管就位。 图２现场待发送管道照片 ３．３光缆套管穿越 输气管道大开挖穿越汉江时，光缆线路穿越采 用一根 １６８厚壁无缝钢管保护， １６８钢套管附带 在混凝土配重块上和输气管道一起回拖过江。 中１６８钢套管内部预留铁丝便于穿放硅芯管 （光缆）。 ３．４管沟回填 陆上管沟回填时，采用原状挖土回填，管沟分 层碾压、夯实。水下管沟采用原状土回填。 ３．５岸堤穿越 采取爬越的方式通过北岸岸堤，不对岸堤造成 破坏。岸堤两侧管线覆土保护层厚均为１．７ｍ，长 ４０ｍ。岸堤顶上用①６３０ Ｘ ９钢套管保护管线，钢套 管顶覆土保护层厚１．５ｍ。岸堤顶上覆土保护层土质 结构与原岸堤相同，延岸堤方向，以管线中心线为 基准向两侧分别进行放坡处理。覆土保护层采用分 层夯实，夯实系数０．９３。 ４结论 带水开挖穿越工程适用于河务部门不允许进行 开挖穿越，但由于地质等原因又不适宜选择定向钻 穿越，工期要求较紧，且河流流速较小，是一种对 河道正常航运影响较小，施工难度较小，由于带水 开挖穿越方案的难度大和适用范围的特定性，导致 目前这种穿越方式尚未在行业内普遍认知，本文分 析了西二线输气管道汉江穿越带水开挖工程水文地 质情况，及方案确定过程。又从管道埋深及管沟开 挖、管道组焊及回拖、光缆套管穿越、管沟回填和 岸堤穿越等方面介绍了汉江带水开挖的设计及施工 要求，为管道工程带水开挖穿越大型河流的设计提 供了宝贵的经验。ｏ 作者简介：陈磊（１９８３－），男，中油辽河工程有限公司油气 储运所助理工程师，研究方向：油气储运地面设计。 （责任编辑：叶小坚） ２０１２ ０５ ｏ中阉高ｊＩＩ｝蛙术硷 ！１３