输水管道穿越重要输水燃气管道施工方法

李占东

（辽宁省参窝水库管理局有限责任公司，辽宁辽阳 111000）

1 概况

辽宁省某重点供水工程（三段）管道建安工程（以下简称供水工程），主要是以内径3 200 mm的PCCP和钢管安装为主的大型输配水工程。工程在GC120+550处与中国国电集团有限公司国电康平发电有限公司水源管道52度斜交。穿越处供水工程供水管道设计为DN3200 mmPCCP管和钢管，为四管同槽布置，从康平发电有限公司水源管道下方倒虹式穿越。供水工程供水管道管顶埋深为6.3 m。经核实，康平发电有限公司水源管道为1条DN1200 mmPCCP管，管顶埋深2.2 m，管道设计压力为0.6 MPa，为火力发电厂循环冷却水系统供水。在PCCP管道以西约15 m，有1条DN300燃气管道，管顶埋深2 m，设计压力4 MPa，为沈阳燃气公司主要燃气输送管道。

穿越电厂水源管道设计采用下部支撑方案，即在电厂水源管道两侧各2 m的位置布设灌注桩，灌注桩顶部为平行于既有管线的钢筋混凝土冠梁。冠梁上搭设工字梁横梁，横梁上分段浇筑电厂水源管道混凝土基座形成支撑体系。基坑回填中粗砂。

2 施工方案

穿越电厂水源管道总体施工方案为：先中间后两边。

施工程序为：开挖探坑→灌注桩施工→降水井施工→支撑体系施工→管槽开挖→钢管安装→PCCP管道安装→支墩混凝土施工→管道回填。

2.1 开挖探坑

根据管道的走向，每10 m人工挖一个探坑。探坑上开口尺寸为3 m方形，要开挖至水源管道腰部，以确定管道的准确平面位置和管道外径，从而复核灌注桩的设计位置和顶部高程。同时揭露管道的接口位置，确定横梁的位置。

2.2 灌注桩施工

电厂水源管道下部支撑设计了17根灌注桩，灌注桩直径80 cm，桩长12 m。

灌注桩采用反循环回转钻机进行造孔，25 t汽车吊垂直起吊钢筋笼，分节焊接成整体入孔（钢筋笼在钢筋加工厂按起吊高度分节制作运至现场），混凝土在拌和站集中拌制，8 m3混凝土罐车水平运输，混凝土直升导管法浇筑灌注桩混凝土的施工方案。

2.3 降水井施工

2.3.1 基槽管井降水计算

1）基槽降水深度要求。该工程沟槽最深10.5 m，底宽22.1 m，坡比1∶1.25～1∶1.5。要求地下水位降到槽底0.5 m以下，综合考虑最小降水深度为11 m。

2）基槽涌水量计算和井点设计。根据工程地质勘察报告所提供的工程水文地质条件，该工程降水按无压非完整井计算。渗透系数K=4～8 m/d，取6 m/d，滤水管选择长l～2 m。

经计算，井点管埋深取20 m，影响半径284 m，有效深度36.8 m，基槽涌水量约9 073 m3/d，单井最大出水量343 m3/d，确定井点数为28，最大井间距7 m，选用150QJ 32－30型水泵。

2.3.2 降水方案确定

1）井点平面布置。管槽降水区以水源管道为中心，长度计划100 m，根据计算结果，每7 m布设1眼钻井，每侧布设14眼降水井。

2）井深20 m，管槽底部距离管井井底9.5 m，排水井中心距离管槽开挖中心的水平距离为：右侧28.8 m，左侧26.2 m。

3）排水沟设置。两侧开挖边线外1 m处设置排水沟，将地下水明排至自然沟渠。排水沟底宽0.5 m，沟底铺设塑料布防止水回渗。

沟槽底部两侧设置排水沟，收集基槽中和坑壁局部渗出的地下水和其他施工时的地下水，将收集的水通过3寸泵排到地面排水沟内。

4）井点降水结构。降水井钻孔直径为ϕ600，全孔下入外径ϕ400，内径ϕ300的无砂滤水管，管底封死，管外填滤料。滤料的规格2～7 mm。滤料填至孔口以下1.0 m，上部回填粘土封至孔口。

2.4 支撑体系施工

2.4.1 土方开挖

水源管道两侧5 m范围内的土方，用长臂挖机配合人工进行开挖，管道外0.5 m范围采用人工开挖。开挖时，管道横向两侧均匀对称进行，纵向开挖成台阶状依次后退。开挖从水源管道下游向上游方向顺序进行。机械开挖4 124 m3,人工开挖150 m3。

因为灌注桩桩顶冠梁与水源管道水平净距只有0.8 m，冠梁底部与水源管道底部垂直距离1.1 m，坡比为1∶0.75，远陡于稳定坡比1∶1.25，所以在开挖到管道120°包角高程89.56 m时，对管道两侧采取钢板桩连续支护措施，防止水源管道基础失稳滑塌，支护范围为冠梁全长53 m。钢板桩长3.0 m，板桩底部插入到冠梁底部以下1.5 m。

支护后，钢板桩外侧用长臂反铲开挖至冠梁底部高程。冠梁开挖严格控制底部高程，底部用人工平整后，用小型振动碾碾压密实，然后铺设胶木模板做为冠梁底模。冠梁外侧开挖2 m作为施工空间，在管沟坡角处设0.5 m深排水沟，以备集中少量渗水和雨水。

钢板桩内侧用人工分节开挖每节管道基座的1号区域，长度1.7 m，进行1号区域基座混凝土浇筑。3 d后，再人工开挖每节管道基座的2号区域，长度1.65 m，进行2号区域基座混凝土浇筑。

2.4.2 冠梁和管道基座混凝土浇筑

冠梁长×宽×高＝52.72×1.0×0.8 m，混凝土84.4 m3。管道基座宽长×宽×高＝52.72×1.64×0.5 m，混凝土31.7 m3。

冠梁和管道基座混凝土均为C30混凝土，采用与镇墩混凝土相同的配合比，见表1。

为避免分段施工产生施工缝影响冠梁的承载能力，冠梁采取全长度一次性连续浇筑。

管道基座，采取分节浇筑，先浇筑每节管道中间的1号区域，长度1.7 m。在混凝土强度上来后，再开挖和浇筑2号区域，长度1.65 m。因1号区域纵筋两端需预留500 mm长度与2号区域纵筋搭接，两端头只能采用一次性木模板。

在冠梁和管道基座混凝土浇筑前，工字梁横梁处的钢板桩需用氧气开孔，然后将相应位置的工字钢横梁和预埋螺栓按设计位置安装固定好。混凝土由项目主拌和站生产，8 m3混凝土罐车运输，运距10.5 km。用混凝土汽车泵输送入仓，插入式振捣器振捣。

2.5 管槽开挖

因设计的管道支撑体系长度仅仅是到管槽的设计开挖边坡位置，为了防止边坡出现意外滑塌，危及水源管道安全，在管槽开挖前，对水源管道两侧各10 m范围进行钢板桩防护，钢板桩长6 m。

在冠梁和管道基座混凝土等强期间，将上下游管槽开挖至冠梁底部高程88.11 m。

在冠梁和管道基座混凝土龄期达到要求后，开始管道底部的管槽开挖。因管道与冠梁及各工字钢横梁间的间距很小，为了避免拔除钢板桩时，对工字钢横梁和管道造成意外碰撞，将钢板桩从冠梁底部位置割断，先将上部取走。人工掏挖管道基座底部，使下部土体与管道基座脱离。

表1 冠梁和管道基座C30混凝土配合比

开挖冠梁外侧2m深度，人工掏挖冠梁底部，使下部土体与冠梁脱离。顺序从冠梁跨中向两端对称进行。

用挖机分层开挖，以电厂管道为中心向上下游两个方向开挖。临近灌注桩0.5m采用人工开挖。

2.6 防洪围堰

基坑外围设一圈挡水围堰。左侧利用开挖堆土，其他三面挡水围堰用开挖土填筑碾压成，右侧设在施工道路外侧，上下游仅在施工道路处预留豁口，在发生暴雨时，紧急闭合。围堰顶宽2 m，高2 m，坡比1∶1.25。在基坑内备用足够的抽水设备。

2.7 燃气管道支撑防护

燃气管道管槽部分暴露全长54 m，在其下部采用钢管支撑方案，共设计7组支撑，每组支撑为2根DN180无缝钢管，支撑跨度6.75 m。

燃气管道两侧1m位置钻孔，深度伸至管槽基础下部2 m。钻井成型后，底部1 m回填碎石。用吊车将DN180无缝钢管放入井内。钢管底部提前用20 mm厚钢板焊接封堵。

在冠梁和水源管道基座混凝土等强期间，机械配合人工开挖到燃气管道底部高程。管道周边0.5 m采用人工开挖。燃气管道底部安装10号工字钢横梁，横梁与支撑钢管、燃气管道采用卡紧式连接。

燃气管道的支撑最终不能取出，永久埋在回填土内。

2.8 钢管安装

为加快施工进度，尽量缩短水源管道的暴露时间，整体计划为：先施工穿越处钢管，再施工上下游PCCP管道。

水源管道底部GC120+542.09-GC120+557.09为钢管，单线钢管长度15 m，单节钢管最长为12 m，重量约24 t。每条管线有2节钢管，钢管与上下游弯头也采用焊接，每条管线3道焊缝。因为水源管道下游侧紧邻燃气管道，所以钢管安装计划从上游进行。400 t履带吊从上游进入管槽内，钢管运到现场后，直接用履带吊卸车并安装。

2.9 PCCP管道安装

钢管完成后，接着进行上游PCCP管道安装100 m，再进行下游PCCP管道安装。PCCP管道安装，采用400 t履带吊在管槽内吊装。因穿越处上下游管槽为长度46 m和50 m，坡度为9.1%的斜坡，在履带吊吊装时必须修建站位平台，平台用碎石堆筑而成，每个平台为长10 m、宽10 m、高1 m的倒三角形，上下游各修建2个平台。

2.10 管道回填

穿越处管道安装完成后尽早回填，基坑回填中粗砂。从岸坡搭设钢管架和溜槽到各管道之间。中粗砂运到现场后，卸在管槽岸坡，用挖掘机装入料斗，溜送到管槽内，人工进行平整，按试验确定的碾压参数逐层进行压实。

2.11 施工工期

穿越康平电厂水源管道施工，于2015年4月1日开始，2015年7月10日完工，工期共101 d。

3 结语

施工要点分析

1）做好技术和安全交底，落实安全责任到岗位到人，坚决杜绝野蛮施工。

2）关键重要位置，务必采用人工开挖，避免机械开挖过程中对管线造成人为破坏。

3）灌注桩施工、造空施工要严格控制进度，以保证孔壁稳定，一旦出现坍塌，必须立即停止施工，马上采取保护措施，避免影响管道稳定。

4）降水的设计和施工，直接影响到管线安全和穿越成败。

5）支撑体系土方开挖时，管道0.5 m范围内必须进行人工开挖，要尽量缩小开挖量，减少对管道周围回填土的扰动。

6）要充分做好开挖完成后PCCP和钢管管道安装的施工准备工作，尽量缩短水管道裸露时间。