南水北調(diào)配套工程非開挖水平定向鉆穿越技術(shù)

王 偉

（滄州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河北 滄州061000）

南水北調(diào)配套工程非開挖水平定向鉆穿越技術(shù)

王 偉

（滄州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院，河北 滄州061000）

南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元由于線路較長(zhǎng)，管線多處穿越了公路、河流等。在穿越公路及河流的工程設(shè)計(jì)中，通過方案比選大量采用了不污染環(huán)境、不影響（或少影響）交通、施工周期短、綜合成本低的非開挖水平定向鉆穿越技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用有效地解決了傳統(tǒng)的“開膛破肚”式管線施工導(dǎo)致的社會(huì)問題、交通問題和環(huán)境污染等問題。

非開挖技術(shù)；水平定向鉆孔；穿越；南水北調(diào)

1 工程概況

非開挖水平定向鉆管線鋪設(shè)工程技術(shù)是指利用少開挖或不開挖的方法對(duì)地下管道進(jìn)行鋪設(shè)、維修、更換或探測(cè)的一門施工技術(shù)。在施工過程中應(yīng)用了定向鉆進(jìn)技術(shù)的原理，極大地降低了地下管線施工對(duì)河流、交通、環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施、居民生活工作等造成的影響。目前在水利、石油、天然氣、電力、通訊、供熱等管道鋪設(shè)與維護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，是當(dāng)今非開挖鋪設(shè)各類地下管道的主要施工方法之一。

滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元是通過石津干渠與南水北調(diào)中線總干渠相連，通過石津干渠設(shè)置的分水口門分別向泊頭市交河鎮(zhèn)、東光縣、吳橋縣、泊頭市和青縣地表水廠供水，為各供水目標(biāo)城區(qū)提供生活、工業(yè)用水。本工程包括泊頭市交河鎮(zhèn)輸水管道工程、東光—吳橋輸水管道工程、泊頭市輸水管道工程及青縣輸水管道工程，線路總長(zhǎng)133.71km。

由于線路較長(zhǎng)，管線多處穿越了公路、河流、鐵路等。除穿越鐵路按照鐵路部門的要求采用鋼筋混凝土箱涵穿越方式外，在穿越公路及河流設(shè)計(jì)中采用了非開挖水平定向鉆穿越技術(shù)。

2 穿越公路設(shè)計(jì)

本工程穿越公路設(shè)計(jì)主要為穿越Ⅲ級(jí)以下公路和穿越國(guó)道、省道、高速、城區(qū)公路等高等級(jí)公路兩大類。

Ⅲ級(jí)以下公路車流量、車荷載均較小，設(shè)計(jì)中采用開挖穿越方式。施工中需修建臨時(shí)輔道（泥結(jié)石路面）以解決交通問題。

高等級(jí)公路車流量較大，采用開挖穿越方式勢(shì)必會(huì)造成交通中斷或擁堵，因此本次設(shè)計(jì)只對(duì)采用非開挖頂管穿越和非開挖水平定向鉆穿越進(jìn)行比選。以第一設(shè)計(jì)單元中青縣輸水管道工程穿越的一條路面寬40m高等級(jí)公路為例，對(duì)兩種穿越方案進(jìn)行比選。

2.1 非開挖頂管穿越方案

青縣輸水管道工程管道設(shè)計(jì)直徑為DN1000mm，頂管選用DN1800鋼承口式頂進(jìn)施工法鋼筋混凝土排水管 （DRC）Ⅲ級(jí)管，頂進(jìn)長(zhǎng)度60m，頂管內(nèi)穿DN1000鋼管，壁厚12cm。施工中首先在公路兩側(cè)設(shè)置工作井和接收井實(shí)施頂進(jìn)作業(yè)，工作坑及接收坑底尺寸均為6.0m×6.5m，深6.0m，采用插打I45a工字鋼結(jié)構(gòu)，［20槽鋼橫向支撐，每根工字鋼長(zhǎng)14m，以確保坑的穩(wěn)定及公路行車安全。工作坑基底鋪設(shè)50cm厚C20混凝土墊層，導(dǎo)軌連接件預(yù)埋其中，導(dǎo)軌置于混凝土上。后背墻采用C25鋼筋混凝土，導(dǎo)軌采用60kg鋼軌；然后實(shí)施頂進(jìn)作業(yè)和輸水管道安裝；最后進(jìn)行土方回填等后續(xù)工作。

非開挖頂管穿越方案工程投資如表1。

表1 頂管方案工程投資

2.2 非開挖水平定向鉆穿越方案

非開挖水平定向鉆穿越管材選用DN1000PE（PE100級(jí)、SDR17）管材,穿越長(zhǎng)度120m。施工步驟主要由鉆進(jìn)液配制、管線焊接及檢驗(yàn)、鉆進(jìn)導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔清孔、管線鋪設(shè)施工等幾部分組成。施工中應(yīng)保障采用高質(zhì)量泥漿，機(jī)械運(yùn)行無故障，在擴(kuò)孔完成后，可通過牽引將PE管拉入孔內(nèi)，牽引力不得大于設(shè)計(jì)要求，以防止管體拉傷破壞。

水平定向鉆方案工程投資如表2。

表2 水平定向鉆方案工程投資

通過以上比較可知，非開挖水平定向鉆穿越方案較非開挖頂管穿越方案投資較少,加之非開挖水平定向鉆施工較非開挖頂管施工工序簡(jiǎn)單，工期較短，經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)綜合比較，設(shè)計(jì)中穿越高等級(jí)公路時(shí)采用非開挖水平定向鉆穿越方案。

3 穿越河流設(shè)計(jì)

滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元在穿越較大型河道時(shí)擬采用開挖穿越、非開挖水平定向鉆進(jìn)穿越及管橋穿越3種方式。因較大型的河道施工期內(nèi)河道積水較多，開挖穿越和管橋穿越在施工中需要做導(dǎo)、截流工程，且在施工完成后需要對(duì)管線上、下游迎水面堤坡采取防護(hù)措施，施工工程量較大，工期較長(zhǎng)。而采取非開挖水平定向鉆進(jìn)穿越方式從河道底部穿過，對(duì)河道正常過水沒有影響，不需要做導(dǎo)、截流工程；施工后對(duì)河道擾動(dòng)較小，也不需要對(duì)管線上、下游迎水面堤坡采取防護(hù)措施；另外，非開挖水平定向鉆進(jìn)穿越工期較短，一般只需1～2d即可完成主體工程穿越。因此，本工程穿越設(shè)計(jì)采用非開挖水平定向鉆進(jìn)穿越方式。

目前，國(guó)內(nèi)采用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)穿越時(shí)管材主要有兩種：聚乙烯管（PE）和鋼管（SP）。

3.1 管材性能比較

鋼管（SP）的抗拉強(qiáng)度、屈服極限高，抗外力破壞、抗扭曲能力強(qiáng)，但鋼管（SP）抗腐蝕差，工程中需對(duì)鋼管進(jìn)行內(nèi)外防腐以延長(zhǎng)鋼管使用壽命。

聚乙烯（PE）管道斷裂延長(zhǎng)率非常高，具有非常優(yōu)異的柔韌性，具備優(yōu)良的抗劃痕能力、抗不均勻沉降及抗震性。另外聚乙烯（PE）材料具有優(yōu)良的耐腐蝕性，且允許彈性敷設(shè)段曲率半徑較鋼管小很多。

3.2 穿越長(zhǎng)度比較

以青縣輸水管道工程管線穿越捷地減河為例，輸水管道工程管道設(shè)計(jì)直徑為DN1000mm，根據(jù)CJJ63—2008《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程》及GB50423—2013《油氣輸送氣管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》，計(jì)算出的聚乙烯管（PE）（PE100級(jí)、SDR17）最大穿越長(zhǎng)度307m，鋼管（SP）（t=16mm）最大穿越長(zhǎng)度1800m。鋼管（SP）的穿越長(zhǎng)度較聚乙烯管（PE）長(zhǎng)很多。

綜上可知，鋼管（SP）的優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高，抗外力破壞能力強(qiáng)，穿越距離長(zhǎng)；缺點(diǎn)是彎曲半徑較大，且抗腐蝕性能較差，需對(duì)鋼管進(jìn)行內(nèi)外防腐以延長(zhǎng)鋼管使用壽命。聚乙烯管（PE）的優(yōu)點(diǎn)是不需要防腐，本身具有優(yōu)良的耐腐蝕性，且具有良好的柔韌性，彎曲半徑較小，能有效減少穿越長(zhǎng)度；缺點(diǎn)是管材抗拉強(qiáng)度較低，穿越長(zhǎng)度較短。

本工程在采用水平定向鉆進(jìn)技術(shù)穿越子牙新河、捷地減河、北排河、南排河等大型行洪、排瀝河道時(shí)，由于穿越長(zhǎng)度較長(zhǎng)（均大于500m），因此穿越管材選用鋼管（SP）。其他中小型河道穿越長(zhǎng)度均在300m以下，穿越管材選用聚乙烯管（PE）。

4 結(jié)語(yǔ)

滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元穿越設(shè)計(jì)中大量應(yīng)用了非開挖水平定向鉆穿越技術(shù)。隨著社會(huì)現(xiàn)代文明意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，這種非開挖的新技術(shù)因其不污染環(huán)境、不影響（或少影響）交通、施工周期短、綜合成本低等優(yōu)點(diǎn)必將受到大力推廣及應(yīng)用。

［1］GB50423—2013，油氣輸送氣管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］CJJ63—2008，聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程［S］.

［3］水平定向鉆進(jìn)管線鋪設(shè)工程技術(shù)規(guī)范［K］.北京：中國(guó)非開挖技術(shù)協(xié)會(huì)，2001.

［4］滄州水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院.滄州市南水北調(diào)配套工程水廠以上輸水管道工程第一設(shè)計(jì)單元初步設(shè)計(jì)報(bào)告［R］.2013.

Application of trenchless horizontal directional drilling crossing technology in the supporting project of South-to-North water diversion project

WANG Wei
（Cangzhou Institute of Hydrology Survey and Design,Cangzhou 061000,China）

The No.1 engineering design unit of water pipeline project in the supporting project of South-to-North water transfer project has a long line,and most pipelines crossed the roads and rivers.In the engineering design of crossing highways and rivers,through the scheme comparison,we adopt the trenchless horizontal directional drilling crossing technology,it has the advantages of less environment pollution,do not（or less） affect traffic,short construction period and low comprehensive cost and so on.The application of technology effectively solves the social problems,traffic problems and environmental pollution problems caused by the traditional type pipeline construction.

trenchless technology;horizontal directional drilling;crossing;South-to-North water diversion

TV5

B

1672-9900（2015）02-0075-03

2015-03-17

王 偉（1980-），男（滿族），河北隆化人，工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）13933989031。