定向鉆穿越河道防洪評價的要點

王小丹

(廣東省水利電力勘測設計研究院，廣東 廣州 510610)

1 概況

白云管線穿越工程:輸油線路共穿越大中型河流2處，小型水渠8處，小型溝渠70處;高速公路、省道、國道穿越22處，鐵路1處。小型溝渠采用大開挖方式穿越，大中型河流采用定向鉆穿越方式;現有公路采用開挖或頂管方式穿越，在建公路采用預埋套管方式;鐵路采用箱涵進行穿越。白云管線工程穿越LX河、ZJ江、XF為大中型河流，工程結合穿越LX河、ZJ江、XF河段地質情況擇定向鉆穿越方式穿越。定向鉆穿越方式適合地層容易成孔、擴孔的地質，不適用于砂層、砂卵石等不易成孔的地質，其優勢在于快捷、對地貌影響小、破壞少，對河床、堤岸、防護堤造成破壞及擾動很小，缺點是對于地質有一定要求，需要在施工前做好勘探。

白云管線在廣州市穿越LX河、ZJ江、XF河，設計管線穿越段設計防洪標準為100年一遇，穿越段管線水平穿越長度733m，實際長度為763m，定向鉆穿越入土點均位于堤后130m外，采用直縫電阻焊鋼管。由于白云管線在LX河、ZJ江、XF河等河道管理范圍內布置管道等建筑物，必須依據防洪評價報告編制導則進行防洪影響評價。根據管道穿越工程的情況、所在河段的防洪任務與防洪要求、防洪工程與河道整治工程布局及其它國民經濟設施的分布情況等，對建設項目的防洪影響進行綜合評價，評價的主要內容有:對河道行洪影響、對河勢穩定影響、對堤防穩定影響分析、對防汛搶險影響分析、對第三事權益影響分析。

2 評價內容

2.1 河道行洪影響分析

涉河建筑物對河道行洪影響主要是由于構筑物的修建減小了斷面過流面積，水流流線在構筑物的上游形成收縮，下游形成擴散，加上構筑物本身的阻力等因素，使河流的局部阻力增大，造成局部水頭損失，形成上下游的水位差(稱為壅水)，增大了淹沒面積，滯蓄了洪水，從而對河道行洪產生影響。

白云國際機場航煤輸送管道工程穿LX河、ZJ河、XF河等河道采用定向鉆穿越河流等障礙物時，在穿越河道時，首先用鉆孔機械在河底一側先開一個導向孔，當鉆頭在河道另一側即河道對岸出土后，在出土端連接擴孔器擴孔，在擴孔的同時，將待敷設的管線拉入導向孔，完成敷設作業。管道穿越河流時，建筑物均在地面線以下鋪設，沒有縮窄過水斷面、沒有增加行洪的阻力，沒有增大河道的綜合糙率系數，河道水位變化不明顯，對河道行洪影響很微小。

2.2 河道堤防、護岸穩定分析

建筑物跨越河道同時往往需要跨越河道兩岸堤防或兩岸岸坡，白云國際機場航煤輸送管道工程采用定向鉆穿越方式涉及LX河、ZJ河、XF河等河道兩岸堤防，定向鉆入土點、出土點一般位于堤防(岸坡)背水坡后，距離背水坡坡腳一定距離，管道在堤防下最小埋深為6m;工程管線敷設于較為穩定的地層內，管線埋深距堤防均有一定的有效安全距離。管線穿越河道堤防，與堤防具有一定的距離，不存在侵占堤身斷面，破壞堤防等影響問題，但是，管道施工期間將對堤基下面地層產生一定擾動，引起地下水滲流流場一定變化，該變化可能誘發滲透破壞。因此，在定向鉆防洪評價中需結合工程的布置方案、《堤防工程設計規范》(GB50286-2013)對工程運行期的堤防滲透穩定和抗滑穩定進行安全復核計算，該項分析也是定向鉆穿越防洪評價的重點。

滲流穩定分析常采用有限原法進行分析計算，管道穿越滲流分析重點是分析穿越工程對原河道堤防地基土體的影響。定向鉆穿越工程管道埋深較大，但施工中難免會對堤防工程基礎土層產生擾動，影響原土體的密實度，甚至可能會沿管道周邊形成1條滲流通道，影響堤防穩定。因此，對定向鉆穿越工程防洪評價的滲流穩定分析應重點分析工程前后地基土體的滲透系數及滲透坡降，從而分析對堤防的滲透穩定產生影響。

定向鉆穿越工程施工中難免會對堤防基礎產生擾動，降低基礎土體的抗剪強度，造成堤基失滑穩定，因此，需進行抗滑穩定分析。定向鉆穿越工程對堤防的抗滑穩定分析常采用堤防工程設計規范推薦的瑞典圓弧法。瑞典圓弧滑動屬于條分法的一種，適用于計算各種地貌形態的均質、非均質和人工斜坡的抗滑穩定性及建筑物地基的穩定性。

在計算過程中假定(1)自然邊坡穩定計算假定滑動破壞面為圓形;(2)不考慮土條間推力;(3)考慮穩定滲流時對土坡的影響時采用替代容重法;(4)地震對土坡的穩定影響采用擬靜力法;(5)考慮水位降落時影響。計算結果參照GB50286-2013中關于土堤抗滑穩定安全系數的規定進行復核，若未能滿足抗滑穩定要求，應提出相應的補救措施。

2.3 河勢穩定影響

涉河建筑物對河勢穩定影響主要由于建筑物的阻水作用，水流在建筑物前向兩側繞過，在建筑物后收縮回流，建筑物所在斷面及其上下游局部河段流速會有所變化。建筑物上游由于建筑物阻水壅水影響，過水斷面面積有所增加，河段總體流速將有所減小;建筑物所在斷面由于建筑物的設置縮小河道過水斷面，導致河段流速增大，局部產生繞流，從而對河勢穩定產生影響。

白云國際機場航煤輸送管道工程采用定向鉆穿LX河、ZJ河、XF河等河道，按設計的鉆孔方向在河道底下進行鋪設，整個鋪設過程在河床以下一定深度進行，具有不開挖地面、不破壞地層結構、不損壞河堤、不擾動河床、施工周期短、施工占地少等特點，采用定向鉆技術穿越河道不占用河道行洪面積，不改變河道水流邊界條件，河道流速及流態變化不明顯，引起河床沖淤變化很微小，對河道的河勢穩定影響較小。

2.4 防汛搶險影響

根據GB50286-2013規定:堤頂是防汛搶險和工程管理的通道，與堤交叉建筑物與堤頂之間的凈空高度應滿足堤防的日常管理、修復維護、防汛搶險的要求。且為了不影響堤防后期加固，應預留足夠高度以備堤防的遠期建設。為了保證防洪通道的暢通，路堤結合河段，防洪堤頂的凈空應能滿足防汛搶險的需求，同時，建筑物的布置不能影響防汛搶險及維修管理通道。

橋梁等跨河建筑物與堤防相交時，受條件限制，與堤頂的防汛通道凈空常很小，無法滿足防汛搶險交通的要求，對防汛搶險造成一定影響。而白云管道工程采用定向鉆技術穿越河道，從河床底部深處穿越，不占用現有防汛搶險通道，不影響通道凈空，對兩岸的防汛搶險不會造成不利影響。

2.5 河道沖刷影響分析

管道采用定向鉆穿越河道時應考慮河床沖刷引起河道高程變化的影響，洪水期，河道水流對河床面掏挖沖蝕易引起河床下切，從而造成管道懸空失穩。因此，管道埋深應大于其設計洪水標準情況下引起河床沖刷深度，且穿越管道頂部的高程不低于河槽的一般沖刷線，這樣可以才能確保管道的運行安全，及避免對河道的行洪安全造成不利影響。為此，在評價過程中，需進行沖刷分析，分析管道穿越處埋置深度合理性。

管道等建筑物應鋪設在河床以下一定深度，管道穿越處的最大沖刷深度直接關系到穿越管道頂部的高程，管道埋深在大于其設計洪水標準情況下引起河床沖刷深度，且不低于河槽的一般沖刷線，這樣才能確保管道的運行安全，避免對河道的行洪安全造成不利影響。因此，需采用經驗公式進行沖刷分析，分析穿越處埋置深度合理性。

對于管道穿越河流過程中河床的一般沖刷深度計算，常用Lacey經驗公式式進行計算。

在白云管線穿越工程計算過程中，根據穿河處的水文條件和河槽實際狀況，結合主體設計方案，按照上述公式計算沖刷情況。計算過程中，根據管道穿越處河床地質情況，由土層上部往下部分層計算。若所計算沖刷深度小于計算土層厚度，則計算深度為沖刷深度，若計算深度大于計算土層厚度，則沖刷深度為計算土層厚度加下一層沖刷深度，以此方法計算，河床總沖刷深度為各計算土層疊加的深度。

白云管線穿河管道采用定向鉆穿越LX河、ZJ河、XF等河流水域時，穿越管段管頂埋深一般在河流最大沖刷線2.5m以下，且穿越管段管頂到河床底部的最小距離宜大于穿越管徑的10～15倍，且不小于6m，對防洪等級高的河流，還適當增加穿越深度，滿足沖刷深度的要求。

2.6 引水、排澇分析

工程建設對河道的引水、排澇的影響主要表現在壅高值及壅水長度上。定向鉆是利用特定的鉆機或鉆頭在地下形成鉆孔，并將建筑物鋪設于鉆孔的工藝，白云管線采用定向鉆方式穿越河道，將不占用河道過洪面積，河道水動力條件基本不變化，壅水值與壅水長度基本為零。因此，采用定向鉆方式穿河道對河道引水、排澇也很小。

2.7 施工期影響分析

定向鉆水域穿越施工時，入土點、出土點周邊的土體將進行大幅度擾動，需結合施工方法分析入土點、出土點與周邊水利工程距離關系，避免入土點、出土點施工對周邊水利工程產生破壞。

工程施工階段對河道的主要風險在于施工期定向鉆實施不理想，發生較大的塌孔，引起地面沉降及河岸滑坡，阻塞河道。因此，要求定向鉆施工須在枯水期施工。這樣，一旦發生河岸滑坡、阻塞河道，有較充足時間進行清理和恢復，且清理和恢復難度不大，對河道行洪、防洪威脅不大，風險較小。

2.8 其它影響分析

采用定向鉆穿越河道時，應分析穿越位置與臨近橋梁工程、碼頭工程、港口工程、水下建筑物、取水口工程等距離關系是否滿足規定，評價穿越工程的各項布置是否影響臨近工程的正常運行，分析施工期和運行期是否影響臨近工程的水事權益。

3 結論

在編制定向鉆防洪評價中，除了分析工程建設對河道行洪、河勢穩定、防汛搶險響、防汛搶險響、其它設施等的影響外，還需對堤防影響、沖刷影響進行詳細分析。由于定向鉆穿越河道為直接從河底或堤基穿越點，其對河道行洪、河勢穩定影響往往不明顯，而對堤防穩定影響相對明顯，因此應重點分析對堤防穩定影響。另外，河道沖刷對于管道埋深及工程安全具有很大的影響，在編制定向鉆防洪評價中，也需對沖刷影響進行重點分析。

［1］GB50201-94.防洪標準［S］.

［2］中華人民共和國河道管理條例.1988年6月10日國務院令第3號發布.

［3］趙希嶺.防洪評價報告編制中有關問題的探討［J］.水利技術監督，2011(02).

［4］張天任.山區河道防洪堤規劃建設關鍵性問題探討［J］.水利規劃與設計，2013(04).