陳 豪，黃 坤

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都 610500

2.川慶鉆探公司四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川成都 610041

砂卵石地質(zhì)河流大開(kāi)挖雙管穿越施工技術(shù)

陳 豪1，2，黃 坤1

1.西南石油大學(xué)石油與天然氣工程學(xué)院，四川成都 610500

2.川慶鉆探公司四川石油天然氣建設(shè)工程有限責(zé)任公司，四川成都 610041

中緬油氣管道工程國(guó)內(nèi)段瑞麗江穿越工程，由于河流沖刷線深，河床為砂卵石地質(zhì)，土質(zhì)松軟易塌方，河床滲透系數(shù)高，滲水量大等原因，給河流大開(kāi)挖穿越施工帶來(lái)了極大的困難。采用鋼板樁半幅圍堰方式，在國(guó)內(nèi)首次成功實(shí)現(xiàn)了大開(kāi)挖雙管穿越瑞麗江砂卵石地質(zhì)大型河流。在介紹了工程概況的基礎(chǔ)上，詳細(xì)論述了穿越現(xiàn)場(chǎng)情況，開(kāi)挖試驗(yàn)，施工方案的制訂，施工流程，半幅圍堰結(jié)構(gòu)，鋼板樁施工，抽排水，管溝開(kāi)挖，管道安裝、檢測(cè)、防腐，管道試壓，管道穩(wěn)管、回填、連頭等內(nèi)容，最后給出了鋼板樁圍堰施工的實(shí)際效果和優(yōu)缺點(diǎn)。

油氣管道；穿越施工；大開(kāi)挖；鋼板樁；圍堰；砂卵石河床

長(zhǎng)輸管道穿越河流技術(shù)按照穿越方式可分為開(kāi)挖穿越和非開(kāi)挖穿越[1]，其中大開(kāi)挖穿越為常用的施工方法。對(duì)于砂卵石地質(zhì)的大型河流而言，由于河流沖刷線深，管溝開(kāi)挖深度大，土質(zhì)松軟易塌方，管溝不易成型，河床滲透系數(shù)高，滲水量大等原因，給河流大開(kāi)挖穿越施工帶來(lái)了極大的困難。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，鋼板樁這一高效、快捷、環(huán)保的工法在許多重大工程建設(shè)項(xiàng)目中得到廣泛的應(yīng)用，而鋼板樁圍堰是其中的重要應(yīng)用領(lǐng)域。中緬油氣管道工程國(guó)內(nèi)段瑞麗江穿越工程項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)油氣管道建設(shè)中首次采用大開(kāi)挖雙管穿越砂卵石地質(zhì)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(shù)措施，經(jīng)過(guò)精心組織，合理安排，圓滿完成了瑞麗江穿越工程?，F(xiàn)結(jié)合瑞麗江穿越施工過(guò)程，對(duì)砂卵石地質(zhì)河流大開(kāi)挖雙管穿越施工技術(shù)進(jìn)行總結(jié)、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(shè)，雙管凈間距6 m，穿越長(zhǎng)度870 m，河床寬370 m。天然氣管道規(guī)格為X80鋼D1 016 mm× 18.4 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa；原油管道規(guī)格為X70鋼D813 mm×21.0 mm，設(shè)計(jì)壓力10 MPa，設(shè)計(jì)采用馬鞍式壓重塊連續(xù)覆蓋穩(wěn)管。穿越河床斷面見(jiàn)圖1。

2 施工方案

2.1 穿越現(xiàn)場(chǎng)情況

圖1 瑞麗江穿越縱斷面示意

穿越點(diǎn)場(chǎng)地地形平坦，地勢(shì)較開(kāi)闊，施工條件較好。河床大致呈U型，江心島發(fā)育。地質(zhì)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(shè)計(jì)埋深為8.9～12.68 m。

2.2 土壤滲透率勘測(cè)及開(kāi)挖試驗(yàn)

因瑞麗江為砂卵石地質(zhì)，滲透系數(shù)極大，設(shè)計(jì)提供滲透系數(shù)僅為經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不能完全反映實(shí)際穿越位置的滲水情況，因此施工前需對(duì)土壤滲透率進(jìn)行測(cè)量。滲透率試驗(yàn)采用穩(wěn)定流多孔潛水完整井抽水方案，在穿越位置兩側(cè)鉆試驗(yàn)井，測(cè)量穿越土壤滲透率，并計(jì)算出穿越施工時(shí)的管溝理論滲水量。同時(shí)，采用試驗(yàn)坑的方式模擬管溝開(kāi)挖，可確定管溝開(kāi)挖的合理邊坡系數(shù)，并可通過(guò)對(duì)試驗(yàn)坑抽水，計(jì)算確定施工期間排水所需水泵的規(guī)格、數(shù)量，為施工做好充分的準(zhǔn)備。

抽水試驗(yàn)鉆孔平面布置見(jiàn)圖2。

圖2 瑞麗江抽水試驗(yàn)鉆孔平面布置

試驗(yàn)坑開(kāi)挖后地表下0.6～0.8 m出現(xiàn)地下水，試驗(yàn)坑開(kāi)挖過(guò)程中，柴油泵、電動(dòng)泵組合抽水。在試驗(yàn)坑第3層和第4層開(kāi)挖時(shí)，由于地下水豐富，開(kāi)挖過(guò)程中砂夾卵石層在飽和水的狀態(tài)下，流動(dòng)性極強(qiáng)，穩(wěn)定性很差，成型后穩(wěn)定困難，因此開(kāi)挖斷面呈弧形，近似鍋底。

2.3 施工方案的制訂

通過(guò)開(kāi)挖試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，由于河床段寬達(dá)370 m，因此圍堰長(zhǎng)度大，開(kāi)挖深度達(dá)8.3～12.6 m。由于河床土質(zhì)為細(xì)砂、中粗砂，圍堰后土壤滲透率高，因此堰體基本屬于強(qiáng)透水層。在此情況下若進(jìn)一步開(kāi)挖管溝，就會(huì)引起堤內(nèi)與堤外的水位差增大，從而導(dǎo)致堰體局部易發(fā)生管涌，造成圍堰垮塌。另外，由于工期長(zhǎng)，當(dāng)遭遇突發(fā)強(qiáng)降雨或上游電站泄水時(shí)，江水的突漲也易造成江水沖擊力、壓力超過(guò)圍堰的承受能力而導(dǎo)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(qiáng)排的方式進(jìn)行施工。由于鋼板樁墻的鋼板樁采用自密封設(shè)計(jì)，因此在工作狀態(tài)下，鋼板樁相互嚙合，互為支護(hù)。當(dāng)兩排鋼板樁中間部分的水被抽出后，由于一側(cè)受橫向水壓力的影響，會(huì)出現(xiàn)一定的彈力變形，此時(shí)水壓力將在縱向方向上出現(xiàn)分力。由于分力的作用，鋼板樁會(huì)相互拉伸，擠壓嚙合表面，達(dá)到密封的效果。實(shí)際使用中，在適用的范圍內(nèi)，水壓力越大，密封效果越好。管溝開(kāi)挖后，鋼板樁可產(chǎn)生很好的阻水效果，溝內(nèi)滲水量較小，采用浮筒泵等強(qiáng)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(jù)該段河流穿越的施工安排，首先進(jìn)行南岸段河流的圍堰施工，待焊接、檢測(cè)、防腐、試壓及回填完成后，再進(jìn)行北岸段河流的圍堰施工，最后進(jìn)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(duì)南岸段河流圍堰施工的全過(guò)程進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.4 穿越施工流程

半幅圍堰大開(kāi)挖河流穿越施工流程示意見(jiàn)圖3。

圖3 半幅圍堰大開(kāi)挖河流穿越施工流程示意

2.5 施工準(zhǔn)備及測(cè)量

（1）施工準(zhǔn)備。施工前應(yīng)根據(jù)施工方案準(zhǔn)備充足的施工資源，避免施工時(shí)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(jī)具設(shè)備、施工材料、工程材料及臨時(shí)用地等。尤其是特殊材料、特殊設(shè)備、臨時(shí)用地應(yīng)準(zhǔn)備充足，避免臨時(shí)需要無(wú)法及時(shí)提供。外協(xié)方面應(yīng)在相關(guān)河道管理部門(mén)辦理好穿越施工手續(xù)，并與上游水電站建立密切聯(lián)系，進(jìn)行施工告知。

（2）施工測(cè)量。根據(jù)設(shè)計(jì)交樁位置，使用測(cè)量?jī)x器定位，放出管溝開(kāi)挖中心線，開(kāi)挖邊界線，根據(jù)施工方案及現(xiàn)場(chǎng)情況放出臨時(shí)占地邊界線，并劃分出堆土區(qū)、臨時(shí)設(shè)施占地區(qū)、堆管場(chǎng)等。

2.6 半幅圍堰

（1）圍堰內(nèi)面積。經(jīng)計(jì)算，瑞麗江穿越管溝開(kāi)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(wěn)定，圍堰橫向?qū)挾葘?shí)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(jié)構(gòu)。堰體由三層結(jié)構(gòu)組成，堰體主體為黏土，在外側(cè)圍堰表面鋪墊防水布，并以袋裝土壓實(shí)，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(shè)備行走及保證穩(wěn)定性，圍堰堰體頂寬大于6 m，堰體外側(cè)坡比為1∶1.3，堰體內(nèi)側(cè)坡比為1∶1。圍堰結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 圍堰結(jié)構(gòu)示意

2.7 鋼板樁施工

（1）南岸段圍堰鋼板樁施工。因管溝開(kāi)挖已觸及河床卵石層，為減少滲水，在圍堰內(nèi)側(cè)采用鋼板樁墻進(jìn)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(shù)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(dāng)分段圍堰區(qū)域劃定好后，在該開(kāi)挖區(qū)域周圍用振動(dòng)打樁機(jī)械將長(zhǎng)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(dòng)的作用，穩(wěn)固壩體，從而減少堰體外側(cè)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(yīng)銜接良好，如鋼板樁有變形而不能緊密銜接則應(yīng)廢棄，以保證鋼板樁墻起到良好的阻水作用。見(jiàn)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(fù)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(guò)南岸段狹窄的河床導(dǎo)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(zhuǎn)彎半徑取30 m。在二期圍堰圍成的基坑內(nèi)進(jìn)行管溝開(kāi)挖，其余部分管道鋪設(shè)，一、二期管道連接，之后進(jìn)行北側(cè)河床和河堤的復(fù)原。

2.8 抽排水

圍堰內(nèi)及管溝內(nèi)抽排水通過(guò)在溝底兩側(cè)開(kāi)挖引水溝，引水至管溝末端的集水坑進(jìn)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(yáng)程15 m），排水量大，不會(huì)被污物堵塞，適合穿越施工。同時(shí)，考慮瑞麗江穿越排水量大的特點(diǎn)，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(guò)程中泵體移動(dòng)便捷，從而可以連續(xù)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(kāi)挖

管溝開(kāi)挖斷面示意見(jiàn)圖7。

圖7 管溝開(kāi)挖斷面示意

（1）開(kāi)挖前對(duì)河床分段清掃，分段找平，盡量以同一高程進(jìn)行管溝開(kāi)挖，避免影響設(shè)備的通行。

（2）施工圖要求管溝挖深為2.92～11.95 m，管溝開(kāi)挖需分為2～4層進(jìn)行，管溝開(kāi)挖時(shí)，實(shí)際挖深比設(shè)計(jì)挖深增加0.5 m，穿越段管溝開(kāi)挖采用絕對(duì)高程進(jìn)行控制。

（3）第一層開(kāi)挖結(jié)束后，留出3～5 m寬的安全臺(tái)階，進(jìn)行第二層開(kāi)挖，直至開(kāi)挖至距設(shè)計(jì)溝底高程2.5 m處。管溝邊坡系數(shù)取1∶2～1∶2.5，在排水效果良好的情況下，可不再設(shè)置其他加固措施，對(duì)邊坡系數(shù)達(dá)不到要求的部位采取鋼板樁固坡。

（4）開(kāi)挖出的河砂先堆放在圍堰內(nèi)，可同時(shí)起到加固堰體的作用。堆放高度不超過(guò)圍堰高度1 m，堆放位置距管溝邊不小于10 m。管溝開(kāi)挖產(chǎn)生的其余河砂、卵石，使用裝載機(jī)轉(zhuǎn)運(yùn)至岸上堆放。

（5）由于油、氣雙管間距為6 m，管溝深度太大，無(wú)法采用單管單獨(dú)成溝，只能采用雙管同時(shí)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(cè)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(kāi)挖后溝內(nèi)滲水量較小，且抽排水措施得力，溝內(nèi)具備組焊施工條件。根據(jù)此情況，修改原計(jì)劃在管溝內(nèi)第二層平臺(tái)上組焊管道后吊管就位的方式為直接在管道中心線上進(jìn)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(yè)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(shí)4 d。管道安裝就位后，必須對(duì)管頂高程進(jìn)行復(fù)測(cè)，使之滿足設(shè)計(jì)要求，如管道埋深不足，可采取對(duì)管道下部進(jìn)行清淘的方法降低管道高程。

（2）管道無(wú)損檢測(cè)。本穿越段全部焊縫均進(jìn)行100%射線照相和100%超聲波探傷檢驗(yàn)，其檢測(cè)結(jié)果符合SY/T 4109-2013《石油天然氣鋼質(zhì)管道無(wú)損檢測(cè)》的相關(guān)規(guī)定，達(dá)到Ⅱ級(jí)合格。

（3）管道防腐。根據(jù)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(jié)環(huán)氧粉末防腐層+聚丙烯增強(qiáng)纖維膠粘帶（雙層）的防腐層結(jié)構(gòu)。

2.11 管道試壓

本穿越屬大型穿越工程，穿越段管道應(yīng)單獨(dú)進(jìn)行試壓，試壓包括強(qiáng)度試驗(yàn)和嚴(yán)密性試驗(yàn)，試壓介質(zhì)采用無(wú)腐蝕的潔凈水，試壓執(zhí)行GB 50424-2015《油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)范》[2]。強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為1.5倍的設(shè)計(jì)壓力即15 MPa，穩(wěn)壓4 h，以在穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)壓降不大于1%的試驗(yàn)壓力和無(wú)泄漏為合格；強(qiáng)度試壓結(jié)束后將試壓壓力降至設(shè)計(jì)壓力進(jìn)行嚴(yán)密性試壓，嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力為1.0倍設(shè)計(jì)壓力即10 MPa，穩(wěn)壓24 h，以在穩(wěn)壓時(shí)間內(nèi)壓降不大于試驗(yàn)壓力的1%，且不大于0.1 MPa為合格。

2.12 管道穩(wěn)管、回填、連頭

（1）管道穩(wěn)管、回填。本穿越管道采用馬鞍式配重塊連續(xù)覆蓋方式進(jìn)行穩(wěn)管，然后采用原狀土回填并壓實(shí)。施工期間，對(duì)于未采取馬鞍式壓重塊連續(xù)覆蓋穩(wěn)管地段的管道周圍，先采用土工布袋進(jìn)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(shí)。大堤穿越段回填應(yīng)采用分層夯實(shí)的方法，以滿足大堤堤防技術(shù)要求及河務(wù)部門(mén)的規(guī)定。

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

3 鋼板樁圍堰施工效果

在砂卵石地質(zhì)河流大開(kāi)挖施工中，采用鋼板樁施工具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）承載力強(qiáng)。鋼板樁自身結(jié)構(gòu)輕，鋼板樁構(gòu)成的連續(xù)墻體具有很高的強(qiáng)度與剛性。

（2）水密性好。鋼板樁連接處鎖口結(jié)合緊密，可自然防滲。

（3）施工簡(jiǎn)便。能適應(yīng)不同的地質(zhì)情況和土質(zhì)，可減少基坑開(kāi)挖土方量，作業(yè)占用場(chǎng)地較小。

（4）施工環(huán)保。取土量和混凝土用量大幅減少，可有效保護(hù)土地資源。

（5）適應(yīng)性強(qiáng)。與其他單體構(gòu)造物相比，墻體較輕且具有較大的適應(yīng)變形能力。

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

（7）作業(yè)高效。非常適合于快速實(shí)施洪澇、塌陷、流沙、地震等災(zāi)害的搶險(xiǎn)與預(yù)防。

施工實(shí)際效果表明，鋼板樁圍堰與填土圍堰相比，具有施工進(jìn)度快、更加安全、占地空間小等優(yōu)點(diǎn)，這對(duì)于水深較大、急流、淤泥或粉細(xì)砂軟基上等不適宜用填土圍堰的工程來(lái)說(shuō)，應(yīng)用起來(lái)較為有利，但缺點(diǎn)是鋼板樁材料一次性投入費(fèi)用高，占用流動(dòng)資金多。

4 結(jié)束語(yǔ)

砂卵石地質(zhì)大型河流大開(kāi)挖穿越施工，重點(diǎn)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(kāi)挖穿越施工中，采取的多項(xiàng)施工技術(shù)措施有效地解決了此類難題，為砂卵石地質(zhì)大型河流大開(kāi)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(zhǎng)輸管道的河流穿越設(shè)計(jì)和施工[J].石油規(guī)劃設(shè)計(jì)，2010，21（4）：32-35.

[2]GB 50424-2015，油氣輸送管道穿越工程施工規(guī)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(jí)西南石油大學(xué)油氣儲(chǔ)運(yùn)專業(yè)在職研究生，從事油氣田地面建設(shè)工作。

2016-06-06

Email：405923683@qq.com