西氣東輸二線渭河定向鉆雙向對穿中間連頭基坑支護施工方法

梁國儉

（中國石油天然氣管道局第一工程分公司，河北廊坊 065000）

西氣東輸二線渭河定向鉆雙向對穿中間連頭基坑支護施工方法

梁國儉

（中國石油天然氣管道局第一工程分公司，河北廊坊 065000）

中國石油天然氣管道局第一工程分公司在西氣東輸二線17標段渭河定向鉆連續雙向對穿連頭作業坑開挖施工中，采用了基坑支護方法施工，基坑-12.0m以上采用退臺放坡結合土釘墻方案；-12.0m以下采用鋼板樁加鋼管內支撐方案，坑底采用水泥土旋噴樁封底，并在坑內坑外均設置降水井。文章介紹了施工作業流程和關鍵環節的施工措施。渭河穿越連頭基坑采用井點降水、基坑分層開挖、基坑支護、旋噴樁止水等措施，解決了在河道內開挖19m深坑連頭存在的諸多施工和社會問題，這種工藝具有明顯的安全、節約、環保優勢，攻克了大型河流定向鉆多次對穿中間連頭的施工難題，為以后類似工程積累了施工經驗。

管道工程；河流；定向鉆穿越；中間連頭；基坑支護

0 引言

2011年中國石油天然氣管道局第一工程分公司在西氣東輸二線17標段渭河定向鉆連續雙向對穿連頭作業坑開挖施工中，采用了基坑支護施工方法，該方法具有較強的實用性和優越性，并取得了良好的社會和經濟效益。

長輸管道定向鉆穿越大型河流時，由于定向鉆穿越長度有限，定向鉆施工采用連續兩次對穿或多次對穿的方法，為保證管道安全運行，連頭點管道埋深在河道沖刷線以下，但這樣會造成連頭作業坑開挖困難。根據現場實際勘察，結合我們以往的施工經驗，經過反復研究論證，制訂了連頭作業坑開挖基坑支護施工方案，采用降坡明溝開挖、降水井、土釘墻、鋼板樁、管道出入口旋噴樁加固和封底等措施，解決了大口徑長輸管道連續兩次或多次定向鉆穿越大型河流中間連頭基坑開挖的施工難題，為以后類似條件的施工積累了經驗。

1 基坑位置及地質條件

兩次定向鉆連頭基坑位于灘地內，距主河槽約480 m，基坑長35 m，寬12 m，深19 m，見圖1。基坑開挖灘地段地下水埋藏深4.1～8.1 m。

圖1 定向鉆對穿連頭和基坑平面示意

根據地質勘察報告，基坑開挖灘地地層主要由粉土和中粗砂組成。

①層粉土：黃褐色，稍濕～濕，稍密，局部中密，搖震反應中等，無光澤反應，干強度及韌性低，手捻有砂感，表層富含植物根系。河漫灘普遍揭露，分布較為均勻，層厚1.5～10.2 m。

②層中粗砂：黃褐～灰白色，局部灰褐、灰黑色，飽和，稍密～密實，顆粒次圓狀，中砂級配差，粗砂級配良好，礦物成分以石英、長石為主。局部含粉粒量較高，巖芯短柱狀，手觸不易碎。局部夾粉質黏土及粉土、礫砂及圓礫薄層，粉質黏土薄層內含鐵錳質結核，土質不均，常見腐殖質及貝類碎片。卵礫石顆粒呈零星分布，一般粒徑2～15 mm，卵石顆粒最大粒徑約40 mm，局部圓礫顆粒含量較高，達5%～10%。局部夾黏土團塊，混卵礫石顆粒，偶見朽木等腐殖質及貝類碎片；層厚33.1～59.7 m。該層場地均有分布。

2 施工總體方案和作業流程

2.1 施工總體方案

首先沿作業坑邊緣設置一圈降水井，進行井點降水，然后利用16臺挖掘機分層開挖，-3 m層基坑開挖完成后，保留8 m臺階，進行-6 m層基坑開挖，開挖完成后，進行-6 m坑外降水施工，降水井施工完成后立即開始降水，待水位降至-12 m以下后，進行-6～-12 m之間分層土方施工和土釘墻施工；土釘墻完成后在-12 m平臺上進行鋼板樁施工；鋼板樁施工完成后，進行管道出入口旋噴樁、特殊旋噴樁加固和旋噴樁封底施工；之后進行坑內降水井及支撐立柱施工，以上隔水墻施工完成后達設計強度的70%以上，便可進行-12 m以下基坑開挖，開挖的同時按要求進行鋼支撐施工。清理基底鋪設墊層，進行管道連接施工，施工完成后，按要求進行分層回填，依次拆除鋼支撐，分層碾壓回填至-12.0 m，拔除沖刷線以下鋼板樁圍護結構，對沖刷線以上的土釘墻面層進行分層拆除與回填，最后恢復場地。

2.2 施工作業流程

施工準備→圍堰和表土清理→作業坑邊緣設置一圈降水井→-3 m層基坑開挖→-6 m坑外降水施工→-12 m層基坑開挖→-12 m層土釘墻施工→鋼板樁施工→管道出入口旋噴樁、特殊旋噴樁加固和旋噴樁封底施工→坑內降水井施工→支撐立柱施工→隔水墻施工完成后達到設計強度的70%以上→-12 m以下基坑開挖→鋼支撐施工→清理基底鋪設墊層→管道連接施工→檢測及防腐→分層回填→依次拆除鋼支撐→分層碾壓回填至-12.0m→拔除沖刷線以下鋼板樁圍護結構→對沖刷線以上的土釘墻面層進行分層拆除與回填→地貌恢復→驗收。

3 關鍵環節的施工措施

3.1 基坑降水施工

（1）基坑采用管井井點降水方案，降水井如圖2所示。

圖2 降水井示意

（2）坑外-6 m平臺降水井 （一、二井）的鑿井深度29.0 m，井頂標高 -6.0 m，井底標高-35.00 m，井徑均為800 mm，采用無砂混凝土管，直徑為500 mm，其孔隙率不小于15%；降水井下端設1.0 m長的沉淀管。為防止涌砂產生，在濾水管外包扎兩層60～80目濾網，井管外采用天然圓礫填料，圓礫的粒徑為3～5 mm。

（3）坑內降水井井頂標高-12.0 m，鑿井深度為11.0 m，井底標高為-23.00 m，其余參數同坑外井。

（4）坑外布置降水井12個，坑內布降水井8個，井間距約10 m。

（5）水泵選用出水量40 m3/min，揚程40 m的潛水泵。

3.2 基坑開挖施工

（1）基坑開挖前，基坑周邊應做好圍堰和截水溝，防止地表水涌入基坑。

（2）基坑開挖應分層分段均勻施工，從上到下依次進行，開挖深度應嚴格控制，嚴禁超挖。基坑開挖斷面如圖3所示。

（3）基坑周邊25 m以內不允許大面積堆載。

（4）基坑開挖至基底墊層以上0.5 m時，應進行基坑驗收，挖至設計標高后應及時平整基坑，疏干坑內積水。雨季時更應加強基坑內積水抽排，確保基坑安全。

（5）做好基坑降排水工作，降水井涌砂是施工安全的主要問題，降水時應嚴格禁止細顆粒土的流失。

（6）當圍護結構出現滲漏水的情況時，應及時采取有效堵漏防水措施。基坑開挖引起流砂、涌砂、坑底隆起失穩、圍護結構變形過大或有失穩前時，應立即停止施工，并采取確實有效的措施，確保施工安全。出現險情可采取以下措施：增設支撐、在基坑內地腳被動區采用草袋土或填土壓重，基坑周邊環境允許時，可采用墻后卸土。

圖3 連頭處基坑開挖斷面示意

3.3 土釘墻施工

（1）土釘墻施工應分層進行開挖與支護，分層厚度不大于2.0 m；上層土釘注漿體及噴射混凝土面層達到設計強度的70%后方可開挖下層土方及進行下層土釘施工。

（2）土釘成孔直徑120 mm，土釘主筋選用4 φ18 mm，鋼筋間距為0.4 m，釘孔內灌注M15水泥砂漿或水泥漿。

（3）土釘墻面層選用φ 6.5@200雙向鋼筋網片，網片制作宜優先使用焊接工藝，鋼筋網搭接不應小于300 mm，面層噴射C20細石混凝土，厚度不小于80 mm。

土釘墻施工如圖4所示。

圖4 土釘墻施工示意

3.4 鋼板樁施工

（1）鋼板樁的設置位置要符合設計要求。

（2）基坑護壁鋼板樁的平面布置形狀應盡量平直整齊，以便于標準鋼板樁的利用和支撐設置。各邊尺寸盡量符合板樁模數。

（3）鋼板樁吊運時，每次起吊的鋼板樁根數不宜過多，并應注意保護鎖口免受損傷。

（4）整個施工期間，在挖土、吊運、管道連頭作業中，嚴禁碰撞或任意拆除支撐，嚴禁在支撐上任意切割、電焊，也不允許在支撐上擱置重物。

鋼板樁施工見圖5。

圖5 鋼板樁施工示意

3.5 旋噴樁施工

（1）旋噴樁樁徑600 mm，樁頂標高-12.0 m，樁長14m；基坑封底樁樁頂標高-22m，樁長4.0m；樁身強度不小于1.2 MPa，也不宜大于3 MPa，水泥土的滲透系數不大于10-6cm/s。管道附近 （管道上下及兩側）特殊水泥土旋噴樁加固部分，要求旋噴半徑不應小于1.5 m，其余參數與普通隔水墻相同。

（2）旋噴樁行距450 mm，列距450 mm，孔位偏差一般不宜大于50 mm，孔斜≤1.5°。

（3）施噴壓力和轉速的提升應均勻、平穩，旋噴搭接長度≥15 cm，具體參數由試驗確定。

（4）水泥選用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

（5）旋噴樁施工時應與鋼板樁接觸緊密，防止接觸不嚴造成漏水。

（6）施工單位進行旋噴樁施工前應根據本場地地層特點設計現場試驗工作，并結合本項目的技術要求，以確定適宜的施工設備和旋噴施工工藝參數，建議采用二重管或三重管旋噴設備。

旋噴樁施工布置見圖6。

圖6 旋噴樁施工布置示意

3.6 支撐立柱施工

在封底旋噴樁施工完成后進行支撐立柱的施工。立柱采用300 mm×300 mm型鋼制作，引孔直徑500 mm，底部-19～-22 m段灌注M20水泥砂漿。支撐立柱施工見圖7。

3.7 鋼牛腿施工

鋼牛腿作為鋼圍檁及支撐桿件重要的豎向力承受構件，應在支撐及鋼圍檁安裝前完成施工及安裝工作，鋼牛腿用3道角鋼焊接而成，為便于鋼圍檁、支撐安裝及支撐活動端預應力施加，在3道角鋼頂焊接了一塊800 mm×900 mm的鋼板作為施工平臺，鋼牛腿及圍檁施工前應將相應位置的鋼樁保護層鑿除，露出鋼管壁，用焊接方式進行鋼牛腿與鋼樁的連接，有關焊接方法及工藝由施工單位通過現場試驗后提出具體的焊接施工圖，并由設計單位認可后實施。鋼牛腿施工見圖8。

圖7 支撐立柱施工示意

3.8 鋼支撐的施工

鋼支撐的穩定性是整個基坑穩定的重要因素之一，鋼支撐的架設必須準確到位，并嚴格按設計圖要求施加預應力。尤其要注意斜支撐的穩定性，在其制作、安裝等每一環節均要做到精心作業。支撐鋼管采用法蘭盤連接。開挖至支撐底標高時，安裝支撐鋼管。另外，在鋼支撐從架設到拆除的整個施工過程中，都要嚴格監測，確保支撐的穩定。施工中防止碰撞，鋼支撐上不得堆放材料或任何其他重物。鋼支撐施工見圖9。

3.9 管道連頭

管道組對采用2臺50 t吊車吊裝連頭管道。確定管道位置及接頭位置后，應及時確定彎頭的尺寸和數量，及時加工彎頭，確保連頭施工的順利進行。基坑內的管道采用切割機進行切割。焊接組對使用外對口器，坡口尺寸要符合焊接工藝規程要求。

圖8 鋼牛腿施工示意

圖9 鋼支撐施工示意

3.10 無損檢測及防腐補口

焊接完成后應及時進行無損檢測，無損檢測合格后應立即進行防腐補口作業，補口質量要符合設計要求。

3.11 沖刷線以上圍護結構拆除

沖刷線以上的鋼板樁通過拔除方法清除，-6～-12 m之間的土釘墻應在基坑回填過程中由下而上分層拆除。

3.12 基坑回填

管道連頭施工完成后進行基坑回填，采用人工篩細土和倒土，基坑底部每加高300 mm夯實，人工打夯，回填至管頂以上至少300 mm，防止管道防腐層受到破壞，上部回填材料可就地取砂卵石等，回填應分層壓實，夯實作業時應防止其對管道的破壞。

3.13 環境保護措施

環境保護必須遵守國家現行的有關環境保護的方針、政策、并符合渭南市環保部門的有關規定。做好土方調配，避免亂取土，不允許破壞自然環境。

3.14 恢復地貌

按照設計要求，對鋼板樁、支撐結構以及最低沖刷線以上的釘墻予以拆除，將施工中所用的導流渠、排水溝、圍堰、施工便道等施工措施也進行拆除，恢復至原地貌，多余土和施工垃圾采用挖掘機配合自卸車外運，拉到指定位置。

3.15 施工監控量測

（1）地面最大沉降量≤0.001 5 H （H為基坑開挖深度）。

（2）圍護結構最大水平位移≤0.002 0 H，且≤30 mm。

（3）量測頻率確定的原則：各項目在基坑開挖前測初值；在開挖急劇卸載階段，測量間隔不大于1天；一般情況下3天測量一次；管道連頭施工期間為1天二次。當變形超過有關標準或場地條件變化較大時，應加密監測；當大雨、暴雨或基坑邊載條件改變時應及時監測；當有危險事故征兆時，應連續監測。

（4）本設計基坑監測項目的監控報警值取控制值的80%。

4 施工效果

渭河穿越連頭基坑采用井點降水、基坑分層開挖、基坑支護、旋噴樁止水等措施，解決了在河道內開挖19 m深坑連頭存在的諸多施工和社會問題。這種工藝具有明顯的安全、節省、環保優勢，攻克了大型河流定向鉆對穿中間連頭施工的難題，為以后類似工程積累了經驗。

[1]Q/SY GJX 0114-2008,西氣東輸二線管道穿越工程施工技術規范[S].

[2]GB 50369-2006，油氣長輸管道工程施工及驗收規范[S].

[3]孫伯華，尹輝慶，楊明新.長輸管道定向鉆穿越斷點段補救施工[J].石油工程建設，2004，（3）：44-47.

Using Foundation Pit Support Construction Method for Intermediate Connection of Weihe River Crossing with Bidirectional Directional Drilling in Second West-East Gas Pipeline Project

LIANG Guo-jian（First Engineering Co.of China Petroleum Pipeline Bureau,Langfang 065000， China）

China Petroleum Pipeline Bureau First Engineering Co.adopted the way of foundation pit supporting for intermediate connection of Weihe River crossing with bidirectional directional drilling in 17th bidding section of Second West-East Gas Pipeline Project.The scheme of terrace-backwards and slope setting combined with soil nailing wall was used from ground surface to-12.0 m depth,the scheme of steel sheet piles adding steel tube interior supports was used below-12.0 m,the pit bottom used jet grouting piles to cover,and the drainage wells were set both inside and outside pits.This paper introduces the procedure of construction operation and the construction measures for key links.Well-points drainage,layered excavation,foundation supporting,jet grouting piles for water retaining and other measures were taken in foundation pit construction of Weihe crossing project,which solved many construction and social problems in excavating 19 m deep pits in river channel.This technique has many advantages such as safety,economy,environmental protection.It has been successfully applied to solve the difficulty in intermediate connection of large river crossing with bidirectional directional drilling for several times and provides construction experience for similar projects.

pipeline engineering;river;directional drilling crossing;intermediate connection;foundation pit support

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.05.024

梁國儉 （1968-），男，遼寧錦州人，工程師，畢業于中國石油大學，現從事油氣管道工程技術管理工作。

2011-10-15；

2012-06-12