砂卵石地質河流大開挖雙管穿越施工技術

陳 豪，黃 坤

1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都 610500

2.川慶鉆探公司四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川成都 610041

砂卵石地質河流大開挖雙管穿越施工技術

陳 豪1，2，黃 坤1

1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都 610500

2.川慶鉆探公司四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川成都 610041

中緬油氣管道工程國內段瑞麗江穿越工程，由于河流沖刷線深，河床為砂卵石地質，土質松軟易塌方，河床滲透系數高，滲水量大等原因，給河流大開挖穿越施工帶來了極大的困難。采用鋼板樁半幅圍堰方式，在國內首次成功實現了大開挖雙管穿越瑞麗江砂卵石地質大型河流。在介紹了工程概況的基礎上，詳細論述了穿越現場情況，開挖試驗，施工方案的制訂，施工流程，半幅圍堰結構，鋼板樁施工，抽排水，管溝開挖，管道安裝、檢測、防腐，管道試壓，管道穩管、回填、連頭等內容，最后給出了鋼板樁圍堰施工的實際效果和優缺點。

油氣管道；穿越施工；大開挖；鋼板樁；圍堰；砂卵石河床

長輸管道穿越河流技術按照穿越方式可分為開挖穿越和非開挖穿越[1]，其中大開挖穿越為常用的施工方法。對于砂卵石地質的大型河流而言，由于河流沖刷線深，管溝開挖深度大，土質松軟易塌方，管溝不易成型，河床滲透系數高，滲水量大等原因，給河流大開挖穿越施工帶來了極大的困難。隨著國民經濟的迅速發展，鋼板樁這一高效、快捷、環保的工法在許多重大工程建設項目中得到廣泛的應用，而鋼板樁圍堰是其中的重要應用領域。中緬油氣管道工程國內段瑞麗江穿越工程項目，在國內油氣管道建設中首次采用大開挖雙管穿越砂卵石地質大型河流。川慶油建公司采用半幅圍堰方式施工，采用鋼板樁等多種技術措施，經過精心組織，合理安排，圓滿完成了瑞麗江穿越工程。現結合瑞麗江穿越施工過程，對砂卵石地質河流大開挖雙管穿越施工技術進行總結、探討。

1 工程概況

瑞麗江穿越工程位于云南省瑞麗市，為雙管并行敷設，雙管凈間距6 m，穿越長度870 m，河床寬370 m。天然氣管道規格為X80鋼D1 016 mm× 18.4 mm，設計壓力10 MPa；原油管道規格為X70鋼D813 mm×21.0 mm，設計壓力10 MPa，設計采用馬鞍式壓重塊連續覆蓋穩管。穿越河床斷面見圖1。

2 施工方案

2.1 穿越現場情況

圖1 瑞麗江穿越縱斷面示意

穿越點場地地形平坦，地勢較開闊，施工條件較好。河床大致呈U型，江心島發育。地質自上而下為：粉砂、中粗砂、圓礫、卵石。河床最低處最大沖刷深度為4.69 m，河床段管道設計埋深為8.9～12.68 m。

2.2 土壤滲透率勘測及開挖試驗

因瑞麗江為砂卵石地質，滲透系數極大，設計提供滲透系數僅為經驗數據，不能完全反映實際穿越位置的滲水情況，因此施工前需對土壤滲透率進行測量。滲透率試驗采用穩定流多孔潛水完整井抽水方案，在穿越位置兩側鉆試驗井，測量穿越土壤滲透率，并計算出穿越施工時的管溝理論滲水量。同時，采用試驗坑的方式模擬管溝開挖，可確定管溝開挖的合理邊坡系數，并可通過對試驗坑抽水，計算確定施工期間排水所需水泵的規格、數量，為施工做好充分的準備。

抽水試驗鉆孔平面布置見圖2。

圖2 瑞麗江抽水試驗鉆孔平面布置

試驗坑開挖后地表下0.6～0.8 m出現地下水，試驗坑開挖過程中，柴油泵、電動泵組合抽水。在試驗坑第3層和第4層開挖時，由于地下水豐富，開挖過程中砂夾卵石層在飽和水的狀態下，流動性極強，穩定性很差，成型后穩定困難，因此開挖斷面呈弧形，近似鍋底。

2.3 施工方案的制訂

通過開挖試驗發現，由于河床段寬達370 m，因此圍堰長度大，開挖深度達8.3～12.6 m。由于河床土質為細砂、中粗砂，圍堰后土壤滲透率高，因此堰體基本屬于強透水層。在此情況下若進一步開挖管溝，就會引起堤內與堤外的水位差增大，從而導致堰體局部易發生管涌，造成圍堰垮塌。另外，由于工期長，當遭遇突發強降雨或上游電站泄水時，江水的突漲也易造成江水沖擊力、壓力超過圍堰的承受能力而導致圍堰垮塌。

基于以上原因，考慮采用鋼板樁半幅圍堰+浮筒泵強排的方式進行施工。由于鋼板樁墻的鋼板樁采用自密封設計，因此在工作狀態下，鋼板樁相互嚙合，互為支護。當兩排鋼板樁中間部分的水被抽出后，由于一側受橫向水壓力的影響，會出現一定的彈力變形，此時水壓力將在縱向方向上出現分力。由于分力的作用，鋼板樁會相互拉伸，擠壓嚙合表面，達到密封的效果。實際使用中，在適用的范圍內，水壓力越大，密封效果越好。管溝開挖后，鋼板樁可產生很好的阻水效果，溝內滲水量較小，采用浮筒泵等強有力的抽排水措施，可有效地防止堰體垮塌，保證管道組焊的安全性。

根據該段河流穿越的施工安排，首先進行南岸段河流的圍堰施工，待焊接、檢測、防腐、試壓及回填完成后，再進行北岸段河流的圍堰施工，最后進行連頭。北岸段河流的圍堰施工工藝與南岸段一致。本文僅對南岸段河流圍堰施工的全過程進行詳細介紹。

2.4 穿越施工流程

半幅圍堰大開挖河流穿越施工流程示意見圖3。

圖3 半幅圍堰大開挖河流穿越施工流程示意

2.5 施工準備及測量

（1）施工準備。施工前應根據施工方案準備充足的施工資源，避免施工時因資源不足造成工期延誤甚至造成穿越施工失敗。施工資源包括：施工人員、施工機具設備、施工材料、工程材料及臨時用地等。尤其是特殊材料、特殊設備、臨時用地應準備充足，避免臨時需要無法及時提供。外協方面應在相關河道管理部門辦理好穿越施工手續，并與上游水電站建立密切聯系，進行施工告知。

（2）施工測量。根據設計交樁位置，使用測量儀器定位，放出管溝開挖中心線，開挖邊界線，根據施工方案及現場情況放出臨時占地邊界線，并劃分出堆土區、臨時設施占地區、堆管場等。

2.6 半幅圍堰

（1）圍堰內面積。經計算，瑞麗江穿越管溝開口寬度為80～90 m，第一次圍堰施工范圍為三分之二的河床寬度，為確保圍堰穩定，圍堰橫向寬度實際為200 m，即以管溝中心線為圍堰中心，上下游各100 m。管溝邊緣距圍堰邊緣距離大于50 m。

（2）圍堰結構。堰體由三層結構組成，堰體主體為黏土，在外側圍堰表面鋪墊防水布，并以袋裝土壓實，最后底部用卵石覆蓋，以增加抗沖刷和防滲能力。為便于圍堰施工設備行走及保證穩定性，圍堰堰體頂寬大于6 m，堰體外側坡比為1∶1.3，堰體內側坡比為1∶1。圍堰結構見圖4。

圖4 圍堰結構示意

2.7 鋼板樁施工

（1）南岸段圍堰鋼板樁施工。因管溝開挖已觸及河床卵石層，為減少滲水，在圍堰內側采用鋼板樁墻進行加固及阻水。采用的鋼板樁為U型冷彎鋼板樁（鋼板樁截面參數如圖5所示，分別為6 m/根和9 m/根）。

圖5 U型冷彎鋼板樁截面示意

當分段圍堰區域劃定好后，在該開挖區域周圍用振動打樁機械將長鎖扣U型鋼板樁打入砂層中，直到打入基巖。鋼板樁正反相扣，所有鋼板樁連成一體起到隔阻地下水及防止壩底砂層流動的作用，穩固壩體，從而減少堰體外側地下水的滲入，并防止河床砂層在圍堰體的壓力作用下受地下水沖刷而流失，從而引起圍堰體垮塌。鋼板樁間應銜接良好，如鋼板樁有變形而不能緊密銜接則應廢棄，以保證鋼板樁墻起到良好的阻水作用。見圖6。

圖6 南岸圍堰鋼板樁施工

（2）北岸段圍堰鋼板樁施工。北岸段圍堰鋼板樁施工為二期施工。一期南岸段圍堰鋼板樁施工的河床和河堤復原完畢后，拆除一期圍堰并修筑二期上、下游橫向（南北向）圍堰和江心島縱向（東西向）圍堰，通過南岸段狹窄的河床導流。為保證管道連接，二期縱向圍堰軸線布置在一期縱向圍堰向南80 m的位置，軸線也平行于北岸河堤，江心島縱向圍堰軸線與管道軸線夾角取68°。在管道的中線處，二期縱向圍堰與北岸河岸相距210 m。上游橫向圍堰軸線與縱向圍堰軸線夾角90°，下游橫向圍堰軸線與縱向圍堰軸線夾角為112°。橫向圍堰與縱向圍堰的連接處也采用圓弧段連接，圓弧轉彎半徑取30 m。在二期圍堰圍成的基坑內進行管溝開挖，其余部分管道鋪設，一、二期管道連接，之后進行北側河床和河堤的復原。

2.8 抽排水

圍堰內及管溝內抽排水通過在溝底兩側開挖引水溝，引水至管溝末端的集水坑進行集中抽排。抽水主要采用WQ250-15型污水污物潛水電泵（排量250 m3/h，揚程15 m），排水量大，不會被污物堵塞，適合穿越施工。同時，考慮瑞麗江穿越排水量大的特點，在水泵上加裝浮筒，使泵浮在水體中間最深部位的水面上工作，抽水過程中泵體移動便捷，從而可以連續排水，不受水位變化的影響，且避免吸入泥沙，可提高施工抽水效率20%以上。

2.9 管溝開挖

管溝開挖斷面示意見圖7。

圖7 管溝開挖斷面示意

（1）開挖前對河床分段清掃，分段找平，盡量以同一高程進行管溝開挖，避免影響設備的通行。

（2）施工圖要求管溝挖深為2.92～11.95 m，管溝開挖需分為2～4層進行，管溝開挖時，實際挖深比設計挖深增加0.5 m，穿越段管溝開挖采用絕對高程進行控制。

（3）第一層開挖結束后，留出3～5 m寬的安全臺階，進行第二層開挖，直至開挖至距設計溝底高程2.5 m處。管溝邊坡系數取1∶2～1∶2.5，在排水效果良好的情況下，可不再設置其他加固措施，對邊坡系數達不到要求的部位采取鋼板樁固坡。

（4）開挖出的河砂先堆放在圍堰內，可同時起到加固堰體的作用。堆放高度不超過圍堰高度1 m，堆放位置距管溝邊不小于10 m。管溝開挖產生的其余河砂、卵石，使用裝載機轉運至岸上堆放。

（5）由于油、氣雙管間距為6 m，管溝深度太大，無法采用單管單獨成溝，只能采用雙管同時成溝的方式，且溝底全部挖通后雙管間的空間可作為管道安裝的施工便道。

2.10 管道安裝、檢測及防腐

（1）管道安裝。由于鋼板樁墻起到了很好的阻水效果，管溝開挖后溝內滲水量較小，且抽排水措施得力，溝內具備組焊施工條件。根據此情況，修改原計劃在管溝內第二層平臺上組焊管道后吊管就位的方式為直接在管道中心線上進行管道組焊。由于溝底寬度為15 m，雙管凈間距為6 m，保證了足夠的施工作業空間，組焊施工條件接近于溝上組焊，大幅度提高了管道安裝施工效率。南岸段油、氣管道各490 m組焊施工用時4 d。管道安裝就位后，必須對管頂高程進行復測，使之滿足設計要求，如管道埋深不足，可采取對管道下部進行清淘的方法降低管道高程。

（2）管道無損檢測。本穿越段全部焊縫均進行100%射線照相和100%超聲波探傷檢驗，其檢測結果符合SY/T 4109-2013《石油天然氣鋼質管道無損檢測》的相關規定，達到Ⅱ級合格。

（3）管道防腐。根據防腐施工工藝，本穿越段管道采用3PE防腐層外防腐，熱煨彎管采用雙層熔結環氧粉末防腐層+聚丙烯增強纖維膠粘帶（雙層）的防腐層結構。

2.11 管道試壓

本穿越屬大型穿越工程，穿越段管道應單獨進行試壓，試壓包括強度試驗和嚴密性試驗，試壓介質采用無腐蝕的潔凈水，試壓執行GB 50424-2015《油氣輸送管道穿越工程施工規范》[2]。強度試驗壓力為1.5倍的設計壓力即15 MPa，穩壓4 h，以在穩壓時間內壓降不大于1%的試驗壓力和無泄漏為合格；強度試壓結束后將試壓壓力降至設計壓力進行嚴密性試壓，嚴密性試驗壓力為1.0倍設計壓力即10 MPa，穩壓24 h，以在穩壓時間內壓降不大于試驗壓力的1%，且不大于0.1 MPa為合格。

2.12 管道穩管、回填、連頭

（1）管道穩管、回填。本穿越管道采用馬鞍式配重塊連續覆蓋方式進行穩管，然后采用原狀土回填并壓實。施工期間，對于未采取馬鞍式壓重塊連續覆蓋穩管地段的管道周圍，先采用土工布袋進行包裹回填，以避免管道外防腐層受外力損傷，然后采用原狀土回填并壓實。大堤穿越段回填應采用分層夯實的方法，以滿足大堤堤防技術要求及河務部門的規定。

（2）管道連頭。在南岸段、北岸段管道回填完成后，進行連頭施工。由于剛回填的管溝比較松散，穩定性較差，在連頭預留處用編織袋裝填土砌筑擋墻進行護壁，然后將左右兩段的管道連頭，而后進行整體穿越段管道試壓，試壓要求與單幅圍堰時試壓要求一致。

3 鋼板樁圍堰施工效果

在砂卵石地質河流大開挖施工中，采用鋼板樁施工具有如下優點：

（1）承載力強。鋼板樁自身結構輕，鋼板樁構成的連續墻體具有很高的強度與剛性。

（2）水密性好。鋼板樁連接處鎖口結合緊密，可自然防滲。

（3）施工簡便。能適應不同的地質情況和土質，可減少基坑開挖土方量，作業占用場地較小。

（4）施工環保。取土量和混凝土用量大幅減少，可有效保護土地資源。

（5）適應性強。與其他單體構造物相比，墻體較輕且具有較大的適應變形能力。

（6）重復利用。鋼板樁材料可回收反復使用，在臨時性工程中，可重復使用20～30次。

（7）作業高效。非常適合于快速實施洪澇、塌陷、流沙、地震等災害的搶險與預防。

施工實際效果表明，鋼板樁圍堰與填土圍堰相比，具有施工進度快、更加安全、占地空間小等優點，這對于水深較大、急流、淤泥或粉細砂軟基上等不適宜用填土圍堰的工程來說，應用起來較為有利，但缺點是鋼板樁材料一次性投入費用高，占用流動資金多。

4 結束語

砂卵石地質大型河流大開挖穿越施工，重點在于防止大量水的滲透及管溝、圍堰的坍塌，在中緬油氣管道工程瑞麗江大開挖穿越施工中，采取的多項施工技術措施有效地解決了此類難題，為砂卵石地質大型河流大開挖穿越施工提供了可供借鑒的成功先例。

[1]劉春華，裴小非.長輸管道的河流穿越設計和施工[J].石油規劃設計，2010，21（4）：32-35.

[2]GB 50424-2015，油氣輸送管道穿越工程施工規范[S].

L arge Excavation Construction Technique for Double Pipeline Crossing River in GeologicalCondition ofSandyGravel

CHEN Hao1，2，HUANG Kun1
1.Petroleum and NaturalGas Engineering Schoolof Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China
2.CCDC Sichuan Petroleum Construction Co.，Ltd，Chengdu 610041，China

China-Burma Petroleum Pipeline crosses Ruili River where there are deep scouring，geological condition of sandy gravel，easily collapsible loose soil，high permeable coefficient of riverbed and large seepage.These factors made the excavation construction of river crossing great difficult.The method using steel sheet piles to form half width cofferdam was applied and it realized the double pipelines crossing RuiliRiver.This paper describes in detailthe project site condition，excavation test，construction plan，construction procedures，structure of half width cofferdam，construction of steel sheet piles，water drawing and drainage，trenching，pipeline installation，inspection，anticorrosion，pipeline pressure test，pipeline stability，soil refilling and pipeline joints.Then it presents the construction results and merits and demerits of the method using steelsheet piles to form half width cofferdam.

oil and gas pipelines；crossing construction；large excavation；steel sheet pile；cofferdam；riverbed with sandy gravel

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.06.010

陳 豪（1984-），男，四川遂寧人，工程師，2014級西南石油大學油氣儲運專業在職研究生，從事油氣田地面建設工作。

2016-06-06

Email：405923683@qq.com