天燃氣管道定向鉆穿越工程地質評價及工程影響

趙凱軍，曾桐蕊，羅凌云

(甘肅省地礦局第二地質礦產勘查院，甘肅 蘭州 730020)

0 引 言

為了連接漢中市漢臺區(qū)和南鄭區(qū)天然氣管道建設，擬實施管道定向鉆穿越漢江工程。通過查明穿越場地的工程地質、水文地質條件、不良地質作用、河床和岸坡穩(wěn)定性、巖土物理力學特性等巖土工程條件，分析工程地質特征，進行可行性評價，為設計提供管道穿越漢江的基本條件，為管道的合理埋深提供地質依據和巖土工程參數。

1 工程地質條件

1.1 地質水文條件

研究區(qū)屬于揚子板塊與秦嶺板塊結合帶之秦嶺板塊之上，康縣-略陽-勉縣華里西褶皺帶，褶皺、斷裂及次級節(jié)理裂隙構造發(fā)育，漢臺區(qū)一般無明顯線形構造，其形態(tài)單一，幾乎全為寬緩褶皺，方位多為北西與南東。出露地層主要有震旦系、寒武系、石炭系和第四系。

管道穿越漢江之上，穿越段河床寬約610.0 m，穿越段水面寬約437.0 m，河床縱坡降為3‰，河床斷面呈“U”型，河流深弘線擺動幅度較小，河流主線相對靠近右岸一側，洪水側向侵蝕不明顯。漢江流域屬亞熱帶季風氣候區(qū)，每年5—10月為汛期，12月至來年2月為枯水期。多年平均流量約127 m3/s，平均流速為0.5 m/s。洪水最高水位為508.32 m(1990年)，最大水深5.52 m，水面寬度約565.50 m。

1.2 巖土體滲透性

河道內地下水埋深0.3～2.1 m，與河流水面高程一致；岸上階地地下水埋深5.4～8.0 m，水位高程502.07～505.81 m，賦存于第四系卵石層中，該水位屬平水季節(jié)水位。卵石層滲透系數K=60～80 m/d(經驗值)，含水層呈條帶狀分布與階地及河漫灘。

2 工程地質評價

2.1 穿越層位選擇

穿越場地屬第四系全新統(tǒng)河谷地貌，巖性為卵石、礫砂、砂、黏土、粉質黏土、粉土、淤泥質粉質黏土。卵石層成孔難度大，泥漿漏失嚴重，穿越難度大；砂、礫砂等層位易縮孔、塌孔，成孔難度大，回拖等各階段泥漿的配比、鉆進工藝及各類應急措施和設備組合的要求較高。建議采用黏土、粉質黏土、粉土層作為穿越層位。

河床最大沖刷深度1.68 m，最低沖止高程500.48 m；采用定向鉆方式穿越，管道埋深≥最大沖刷深度以下6.0 m。近年極端天氣較多，建議穿越段埋深適當加大以保障管道運營安全。

2.2 場地水、土的腐蝕性評價

(1)地下水腐蝕性評價

通過3組水樣(地下水)水質簡分析，見表1，場地水對混凝土結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性。

表1 地下水腐蝕性評價成果表Tab.1 Evaluation of groundwater corrosion

(2)土的腐蝕性評價

根據土樣易溶鹽含量分析，見表2，判定場地土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。

表2 場地土腐蝕性評價成果表Tab.2 Evaluation of site soil corrosion

2.3 河床與岸坡穩(wěn)定性分析評價

(1)河床穩(wěn)定性評價

漢江屬于常年性河流，穿越段河床縱坡降較小，為平原地帶河流。通過對周邊居民的調查訪問，穿越段河流在前3～5年時間段，當地村民在河道開采砂、卵石，開采深度約2.0～5.0 m不等，開采后使河道水面寬度變窄，水深變深，勘察期間，穿越段河水水流較緩，河水流速約0.5 m/s，河道較為筆直，水流呈不恒定流流態(tài)。河床斷面呈“U”型，河流深弘線擺動幅度范圍1.0～3.0 m，河床縱坡降為3 ‰，河床主要為卵石、砂及部分漂石組成，在勘察范圍內未發(fā)現不良地質體，現階段河勢較穩(wěn)定。

漢江特大橋位于穿越斷面上游約500 m處，橋長4.9 km，橋位處漢江水面寬約100 m，近平行于穿越斷面。漢江特大橋(西成鐵路)橋樁直徑為1.0 m、1.25 m、1.5 m，河道較平緩，河水流速變化小，橋墩的縮水作用對穿越斷面的沖刷影響較小。

(2)岸坡穩(wěn)定性評價

漢江屬常年性河流，水流較緩，洪枯量相差懸殊，水流受季節(jié)性降水影響較大。穿越場地兩岸地形有一定起伏，場地基本處于穩(wěn)定狀態(tài)。穿越點兩岸均為土質岸坡，兩岸均有高陡的河堤。兩岸修筑高6.0～8.0 m的土質河堤，河堤寬約3.0 m。漢江漢中段右岸漢中市中心城區(qū)堤防，按50年一遇洪水設計，工程等級為2級；農防段按20年一遇洪水設計，工程級別為4級。左岸中心城區(qū)堤防按100年一遇洪水設計，工程等級為1級；農防段按20年一遇洪水設計，工程級別為4級。漢江漢臺段河道整治工程造床流量為3 600 m3/s。綜上所述，應采取相應的水工保護、護坡、護岸及穩(wěn)管措施，加強施工管理，保持河道水流通暢，建議施工時應與原岸坡銜接好，護岸基礎需置于穩(wěn)定的地基上。

3 定向鉆穿越工程評價

3.1 定向鉆適宜性評價

漢江為平原順直微彎河段，河床及岸坡穩(wěn)定性較好。擬穿越斷面P=1 %時，最大水深5.52 m，勘察期間水深2.5～3.0 m，為未通航河流。卵石層不能穿越層位，成孔難度大，泥漿漏失嚴重，回拖等各階段泥漿的配比、鉆進工藝及各類應急措施和設備組合的要求較高，建議采用粉質黏土、粉土、黏土層作為穿越層位。

3.2 定向鉆穿越地質工程評價

漢江穿越水平長度約1 111.6 m，為河漫灘及河床，地形較平坦，設計出、入土段管溝開挖深度為2.00～2.50 m，地層巖性為耕植土、細砂。河道內地下水埋深0.3～2.1 m，與河流水面高程一致；岸上階地地下水埋深5.4～8.0 m，勘察階段地下水位高程為505.52 m；設計出、入土段高出地下水位4.0 m以上，管溝開挖不需采取抽排水措施。場地土對混凝土結構及鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。最大沖刷深度為1.68 m，設計沖止高程500.48 m，建議管道埋深≥最大沖刷深度以下6.0 m，并采取穩(wěn)管抗浮措施，建議岸坡段應采取相應的水工保護、護坡、護岸及穩(wěn)管措施，加強施工管理，其應滿足水流通暢，建議施工時應與原岸坡銜接好，護岸基礎需置于穩(wěn)定的地基上。

河道兩岸存在一定厚度卵石層，定向鉆穿越施工難度大，建議對卵石采取開挖取出的方法處理卵石層。同時，河道中存在砂土層，定向鉆長距離穿越砂土層施工風險大，需采用相應措施降低施工風險。

4 結 語

(1)擬建場地位于河谷及階地上，巖土結構相對穩(wěn)定；場地及周邊地帶未發(fā)現崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降、巖溶塌陷等對工程可能造成危害的不良地質現象，場地穩(wěn)定性較好，適宜管道建設。

(2)場地水對混凝土結構具弱腐蝕性，對鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性；場地土對混凝土結構、鋼筋混凝土結構中的鋼筋具微腐蝕性，對鋼結構具微腐蝕性。

(3)定向鉆穿越時，管道埋深≥最大沖刷深度以下6.0 m，河床最大沖刷深度為1.68 m，沖止高程500.48 m，在河床位置應對管道采取抗浮措施。近年極端天氣較多，建議穿越段埋深適當加大以保障管道運營安全。