西氣東輸長(zhǎng)沙支線湘江穿越防洪補(bǔ)救措施淺析

黃曉峰

(1.荊州市長(zhǎng)江河道管理局測(cè)量隊(duì)，湖北 荊州 434000；2.荊州市長(zhǎng)江勘察設(shè)計(jì)院，湖北 荊州 434000)

西氣東輸三線長(zhǎng)沙支線，是國(guó)家建設(shè)天然氣管道一張網(wǎng)“互聯(lián)互通”工程的重要組成部分。項(xiàng)目投產(chǎn)后能有效緩解湖南省能源供給壓力，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快產(chǎn)業(yè)升級(jí)，支持沿線地方經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展。湘江定向鉆穿越作為該線路的控制性工程，其施工和運(yùn)行過(guò)程中存在諸多風(fēng)險(xiǎn)因素，應(yīng)予以減小和消除。

1 基本情況

1.1 工程概況

西氣東輸三線長(zhǎng)沙支線位于湖南省長(zhǎng)沙市境內(nèi)，線路總體由西向東敷設(shè)，全長(zhǎng)45.652km。該工程屬于西氣東輸三線中段(中衛(wèi)—吉安)中的一條支線,為實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)沙支線近期用氣目標(biāo),就近從忠武線潛江—湘潭支線開孔接氣,經(jīng)0.448km連接線管道接引到現(xiàn)西三線中段干線安沙站站址處,再向長(zhǎng)沙支線下游輸氣,經(jīng)安沙鎮(zhèn)、北山鎮(zhèn)、橋驛鎮(zhèn)、銅官街道、高塘嶺街道到達(dá)望城末站。遠(yuǎn)期西三線中段干線建成后,正常接入西三線氣源,經(jīng)干線安沙站過(guò)濾調(diào)壓后去往長(zhǎng)沙支線分輸支路,輸送至望城末站。線路全線采用L360M級(jí)鋼管，設(shè)計(jì)壓力6.3MPa，管徑508mm，輸氣能力30億m3/a，主要建設(shè)內(nèi)容包括連接線管道、長(zhǎng)沙支線管道、2座工藝站場(chǎng)(望城末站與長(zhǎng)沙—益陽(yáng)望城首站合建)和2座閥室。

根據(jù)線路總體走向，西三線長(zhǎng)沙支線湘江穿越處位于湖南省長(zhǎng)沙市望城區(qū)北部高塘嶺街道與銅官街道，上距湘江長(zhǎng)沙綜合樞紐約4.65km，下距京珠高速?gòu)?fù)線公路大橋約600m，工程穿越斷面上游約2km有溈水入?yún)R，見圖1。

圖1 西氣東輸三線長(zhǎng)沙支線工程線路走向示意

1.2 堤防情況

穿越處湘江左岸分布有大眾垸防洪堤，對(duì)應(yīng)樁號(hào)T24+190，該堤段現(xiàn)狀堤頂高程36.72m，堤頂寬度8m，外坡坡比1∶3，內(nèi)坡坡比1∶2.5，堤身垂高6.5m。根據(jù)大眾垸防洪整治工程資料，大眾垸防洪堤為2級(jí)堤防，按50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防。右岸分布有太豐垸防洪堤，對(duì)應(yīng)樁號(hào)T4+210，該堤段堤線順直，設(shè)計(jì)堤頂高程36.74m，堤頂寬度12m，外坡坡比1∶2.5，內(nèi)坡坡比1∶3，堤身垂高2.7m。本堤段有邊灘，邊灘高程27.5～28.2m，灘上種有樹木。根據(jù)湘江東岸(長(zhǎng)沙綜合樞紐—銅官古鎮(zhèn)段)防洪排澇工程資料，太豐垸防洪堤為2級(jí)堤防，按50年一遇標(biāo)準(zhǔn)設(shè)防，遠(yuǎn)期采用100年一遇防洪標(biāo)準(zhǔn)。目前，大眾垸防洪堤和太豐垸防洪堤建設(shè)均已達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 地質(zhì)條件

2 定向鉆穿越施工方案

2.1 總體布置

西氣東輸長(zhǎng)沙支線工程湘江穿越采用定向鉆穿越方案，定向鉆主鉆機(jī)入土點(diǎn)位于右岸(東岸)太豐村，距大堤背水面堤腳約204m，地面高程為29.62m，大堤背水面堤腳以下管頂埋深為39.25m；輔助鉆機(jī)入土點(diǎn)位于左岸(西岸)湘江村，距大堤背水面堤腳約170m，地面高程為28.47m，大堤背水面堤腳以下管頂埋深為29.14m。定向鉆穿越水平長(zhǎng)度2163m，曲率半徑1500D,主鉆機(jī)入土角為12°，輔助鉆機(jī)入土角為9°。

2.2 穿越用管、通信硅管敷設(shè)

輸氣管道采用D508×14.3mm的X52直縫埋弧焊鋼管，3PE加強(qiáng)級(jí)防腐。硅管套管單獨(dú)進(jìn)行定向鉆穿越，硅管套管采用D114×6.0mm的20號(hào)無(wú)縫鋼管，穿越軸線平行于輸氣管道軸線，位于氣管道北側(cè)10m處，穿越曲線與輸氣管道定向鉆穿越曲線設(shè)計(jì)要求相同。

2.3 場(chǎng)地布置

根據(jù)定向鉆鉆機(jī)、泥漿處理設(shè)備和鉆桿等附屬設(shè)備安裝場(chǎng)地要求，主鉆機(jī)入土端場(chǎng)地為80m×80m(長(zhǎng)×寬)。 輔助鉆機(jī)入土側(cè)施工場(chǎng)地約為80m×60m；穿越管道組焊、回拖所需場(chǎng)地約為(2163m+20m)×18m。

2.4 入、出土端礫砂層處理

定向鉆穿越入、出土點(diǎn)兩側(cè)均需穿越圓礫、礫砂層，主鉆機(jī)入土點(diǎn)側(cè)圓礫、礫砂層深度為地下約26m，圓礫、礫砂層平均厚度約為18m。輔助鉆機(jī)入土點(diǎn)側(cè)圓礫、礫砂層深度為地下約21m，圓礫、礫砂層平均厚度約為9m。為了確保成孔穩(wěn)定性和整體穿越方案的成功實(shí)施，需對(duì)入、出土點(diǎn)兩端圓礫、礫砂層進(jìn)行處理，鑒于入、出土端卵石層在地面下埋深較深，故不宜直接采用開挖置換法處理圓礫、礫砂層，入、出土端采用夯鋼套管法隔離圓礫、礫砂層。

2.5 施工步驟

湘江定向鉆施工步驟可分為4個(gè)階段：?套管安裝；?鉆導(dǎo)向孔；?擴(kuò)孔、修孔、洗孔；?管道試回拖、正式回拖。施工流程見圖2。

圖2 湘江定向鉆穿越施工流程

3 防洪影響補(bǔ)救措施

考慮堤防的重要性，并結(jié)合相關(guān)工程地質(zhì)資料，防滲處理范圍為穿越處湘江左右堤段，防滲方案采用管道出入點(diǎn)施工場(chǎng)地局部換填、錐探灌漿及設(shè)置截水環(huán)等措施，以恢復(fù)堤基土的抗?jié)B穩(wěn)定性以及對(duì)管道穿越造成的孔隙進(jìn)行密實(shí)為原則，并結(jié)合堤防管理運(yùn)用進(jìn)行工程布置。

3.1 施工場(chǎng)地局部換填

由于施工場(chǎng)地離堤腳較近，考慮到施工機(jī)械對(duì)管道出入點(diǎn)施工場(chǎng)地的表層土體擾動(dòng)，定向鉆穿越施工完成后對(duì)施工場(chǎng)地內(nèi)管道周邊局部表層土實(shí)施黏土換填。其中，定向鉆穿越湘江左堤換填范圍為輔助鉆機(jī)入土點(diǎn)管道周邊局部施工場(chǎng)地(56m×25m范圍內(nèi)，面積為1400m2)。定向鉆穿越湘江右堤換填范圍為主鉆機(jī)入土點(diǎn)管道周邊局部施工場(chǎng)地(55m×25m范圍內(nèi)，面積為1375m2)。參照類似工程經(jīng)驗(yàn)，換填土體深度取2.5m。

3.2 錐探灌漿

管道穿越出入點(diǎn)施工會(huì)對(duì)周邊土體產(chǎn)生擾動(dòng)，造成地面附近、管道周圍土體的抗?jié)B性下降，易形成滲流通道，嚴(yán)重影響防洪安全。因此決定對(duì)定向鉆穿越的輸氣管道、硅管套管出入土段在施工完成后沿管線軌跡進(jìn)行錐探灌漿，并在出、入土點(diǎn)處附近設(shè)置截水環(huán)，以解決擾動(dòng)土體地表附近滲透穩(wěn)定問(wèn)題。

a.灌漿范圍。根據(jù)高密度電法物探資料，泥漿滲入土體范圍從下至上逐漸變小，形成了上窄下寬的喇叭狀，沿管道軸線左右兩側(cè)最大寬度一般小于15m,最大達(dá)到20m。從管道軸線上看，兩岸管道出、入土點(diǎn)附近，由于上覆土層相對(duì)較薄，其破壞程度亦相對(duì)較嚴(yán)重。堤基附近破壞程度相對(duì)較弱。確定錐探灌漿范圍如下：?施工場(chǎng)地邊線兩邊各5m范圍內(nèi)，孔深3.0～10.5m；?輸氣管道穿越素填土、粉質(zhì)黏土層軸線兩邊各10m范圍，硅管套管穿越素填土、粉質(zhì)黏土層軸線兩邊各5m范圍，并沿管線方向入土點(diǎn)、出土點(diǎn)前后各延長(zhǎng)20m，孔深3.0～10.5m。

b.灌漿孔設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)灌漿區(qū)域，按梅花形布孔，分三序灌注，間排距1m。

c.灌漿壓力與漿液、漿料的物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)。注漿管上端孔口壓力應(yīng)小于0.05MPa。對(duì)灌漿土料、漿液應(yīng)嚴(yán)格做好質(zhì)量控制，其相關(guān)技術(shù)要求見表1、表2。若遇較大孔隙，可適當(dāng)增加漿液稠度。

表1 灌漿土料要求 單位：%

表2 漿液物理力學(xué)性質(zhì)指標(biāo)要求

3.3 設(shè)置截水環(huán)

管道與土體是兩種性質(zhì)相差較大的介質(zhì)，由于施工擾動(dòng)及運(yùn)行期內(nèi)荷載影響，在兩者之間可能存在裂隙。對(duì)輸氣管道及硅管套管出、入土點(diǎn)，采取開挖回填方法進(jìn)行處理。開挖深度自地表往下5m，并在管道周圍設(shè)置截水環(huán)，截水環(huán)垂直于管道，結(jié)構(gòu)為C25鋼筋混凝土，尺寸為4m×4m×0.8m(長(zhǎng)×寬×厚)。

3.4 堤防安全監(jiān)測(cè)

監(jiān)測(cè)內(nèi)容包括巡查、垂直位移及水平位移等。在管道軸線及上下游30m處布置3個(gè)監(jiān)測(cè)斷面，堤外坡、堤內(nèi)肩、堤內(nèi)坡、堤內(nèi)距堤腳100m處各布置1個(gè)位移監(jiān)測(cè)點(diǎn)，出入土點(diǎn)施工場(chǎng)地各布置4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。一般施工期巡查、垂直位移、水平位移監(jiān)測(cè)為每日1次，運(yùn)行期為每周1次；定向鉆入土深度在10m之前、定向鉆水平距離為距堤腳15m范圍內(nèi)、定向鉆過(guò)堤身等特殊施工期適當(dāng)增加觀測(cè)次數(shù)。監(jiān)測(cè)時(shí)限為定向鉆施工完成后2個(gè)月。

4 涉河建設(shè)項(xiàng)目施工與管理啟示

a.嚴(yán)格控制施工方案，盡量減小施工對(duì)周邊環(huán)境的擾動(dòng)。近年來(lái)隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，盾構(gòu)、頂管及定向鉆等非開挖方式在工期、費(fèi)用等方面具有顯著優(yōu)勢(shì)，得到廣泛應(yīng)用，但施工時(shí)可能產(chǎn)生地面隆陷、堤身裂縫等不良影響，穿越工程外輪廓應(yīng)與堤防、護(hù)岸保持一定安全距離，嚴(yán)格控制各項(xiàng)施工參數(shù)，減小對(duì)堤防和兩岸土體的擾動(dòng)，降低工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)。

b.合理選擇施工時(shí)段，制定有針對(duì)性的應(yīng)急預(yù)案。涉河建設(shè)項(xiàng)目施工可能破壞近堤不透水覆蓋層，在堤基形成滲流通道，汛期高水位狀態(tài)下極易誘發(fā)管涌險(xiǎn)情。因此，涉河項(xiàng)目施工不得在汛期進(jìn)行，對(duì)施工過(guò)程中可能出現(xiàn)的各類險(xiǎn)情應(yīng)做好預(yù)判，編制有效的應(yīng)對(duì)預(yù)案。

c.加強(qiáng)日常巡查，做好項(xiàng)目建設(shè)監(jiān)管及監(jiān)測(cè)分析。施工期和運(yùn)行期應(yīng)加強(qiáng)對(duì)堤防岸坡的變形監(jiān)測(cè)，以地表隆陷監(jiān)測(cè)反饋指導(dǎo)施工，對(duì)于涉河項(xiàng)目建設(shè)引起的地層沉降及其對(duì)堤防岸坡的影響 進(jìn)行分析，防微杜漸，一旦發(fā)現(xiàn)險(xiǎn)情應(yīng)及時(shí)報(bào)告有關(guān)部門，及時(shí)處置。

d.落實(shí)建設(shè)責(zé)任主體，確保防洪補(bǔ)救措施落到實(shí)處。由于各行業(yè)在技術(shù)要求、項(xiàng)目管理上存在差別，施工單位對(duì)防洪安全的認(rèn)識(shí)不足，為節(jié)約資金、搶抓工期，經(jīng)常存在涉河項(xiàng)目開工建設(shè)后各項(xiàng)補(bǔ)救措施未按設(shè)計(jì)落實(shí)的情況，導(dǎo)致堤防出現(xiàn)險(xiǎn)情。堤防管理部門在開工前應(yīng)要求相關(guān)單位辦理涉河建設(shè)手續(xù)，施工期更要加強(qiáng)工地巡檢，及時(shí)有效進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)，逐一落實(shí)相關(guān)補(bǔ)救措施，竣工后及時(shí)組織檢查驗(yàn)收。

5 結(jié) 語(yǔ)

為降低穿越工程施工對(duì)湘江兩岸堤防的不利影響，根據(jù)防洪評(píng)價(jià)及批復(fù)意見，并結(jié)合工程地質(zhì)條件和現(xiàn)場(chǎng)查勘結(jié)果，湘江定向鉆穿越確定了管道出入點(diǎn)施工場(chǎng)地局部換填、錐探灌漿、設(shè)置截水環(huán)等防滲處理措施和堤防安全監(jiān)測(cè)要求。項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中嚴(yán)格落實(shí)各項(xiàng)措施，制定了有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)案，施工期間未出現(xiàn)險(xiǎn)情，且經(jīng)歷2019年汛期考驗(yàn)，管道及堤防均運(yùn)行良好，達(dá)到了預(yù)期效果。