□陳秀鳳（河南省豫北水利勘測設(shè)計院）

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農(nóng)村飲水安全工程管道穿障礙物設(shè)計

□陳秀鳳（河南省豫北水利勘測設(shè)計院）

農(nóng)村飲水安全工程管道敷設(shè)在整個給水系統(tǒng)中占重要比例，由于管線分布廣、線路長，不可避免地要與河流、高地、交通路線等交叉，受條件限制無法采用開槽施工，非開挖穿越施工技術(shù)因施工空間較小，不影響交通及河道行洪，應(yīng)用越來越廣泛，文章通過對非開挖技術(shù)在農(nóng)村飲水安全工程中的應(yīng)用做出簡要分析，希望能給管道穿障礙物工程設(shè)計起到一定的參考作用。

安全飲水；管道鋪設(shè)；障礙物；非開挖技術(shù)；水平定向鉆

1　概述

實施農(nóng)村飲水安全工程，是社會主義新農(nóng)村建設(shè)的重要任務(wù)，對于保障廣大農(nóng)民群眾的身體健康和生命安全，改善農(nóng)民居住環(huán)境，提高農(nóng)村生活質(zhì)量，加快實現(xiàn)全面建設(shè)小康社會目標(biāo)，具有重要意義。

安陽縣自2005年開始實施農(nóng)村飲水安全工程，目前已完成“十一五”“十二五”規(guī)劃，“十一五”期間，解決了13.64萬人的飲水安全問題。“十二五”安陽縣飲水安全工程目標(biāo)任務(wù)為：解決21個鄉(xiāng)鎮(zhèn)242個行政村、29.71萬居民和12.88萬師生的飲水不安全問題。目前已經(jīng)完成了2011-2014年4個年度工程，2015年飲水安全工程正在實施，工程實施后，安陽縣“十二五”農(nóng)村飲水安全工程規(guī)劃飲水安全人口將全部解決。

安陽縣共修建飲水安全供水工程154處，工程建設(shè)內(nèi)容包括取水構(gòu)筑物、泵站、輸配水管線及調(diào)節(jié)構(gòu)筑物等，輸水管網(wǎng)在整個給水系統(tǒng)中占重要比例，它的特點是覆蓋面廣、距離長，不可避免地要與河流、高地、交通路線等交叉。若開挖施工，對交通、河流影響較大，需根據(jù)具體條件與要求，進行方案比選。

2　方案比選

方案一：為降低工程施工難度，輸水管道穿交通干線及河道時采用倒虹吸形式，進行開挖施工，開挖深度2.50 m，底寬1 m，開挖邊坡1：0.50，工程穿河道處安排在非汛期施工，采用圍堰導(dǎo)流方案進行施工，穿交通干線處為避免影響交通，采用分段分期方案進行施工，按道路車道分施工段，恢復(fù)一段施工段路面后，再進行下一施工段施工。

方案二：為減少對交通、河流影響，采用不開挖鋪設(shè)管道，管道頂高程距路面、設(shè)計河底線垂直高度≥2 m。

經(jīng)方案比較，不開槽施工技術(shù)施工時間較短，施工占地面積小，土方開挖及回填工程量較小，避免拆除地面構(gòu)筑物，不影響地面交通，穿越河道時不需要修筑圍堰或水下作業(yè)，能消除自然氣候?qū)こ淌┕さ牟焕绊?，另外還能降低管道施工沿線的環(huán)境污染等。開挖施工準(zhǔn)備工程復(fù)雜，工期長，對交通、河流影響較大，因此輸水管道穿交通干線及河道采用不開槽技術(shù)施工。

3　非開挖施工鋪管技術(shù)

目前管道穿越不開槽施工方法主要有頂管、水平定向鉆兩種施工方式。

頂管施工適用于大中型管徑的非開挖鋪設(shè)，適用管徑DN800～4500 mm，主要用于大型下水道和壓力管道的安裝。優(yōu)點在于對周圍環(huán)境影響較小，施工場地小，噪音小。頂管技術(shù)有安全度尚差，施工時間較長，工程造價高等缺點。

水平定向鉆優(yōu)點在于對周圍環(huán)境影響較小，工藝的設(shè)備精度較高，操控性好，可以調(diào)整方向與埋深，管線的弧形鋪設(shè)距離增加，可全面適應(yīng)特殊的設(shè)計需求，施工周期短，且安全可靠性高。缺點是造價高。目前水平定向鉆已普遍應(yīng)用于天然氣、自來水、電力、電信等行業(yè)，適用于管徑DN100～1000 mm的鋼管、PE管，最大鋪管長度可達(dá)1500 m，由于農(nóng)村飲水安全工程規(guī)模較小，管徑大部分在DN800 mm以內(nèi)，因此采用水平定向鉆施工。

水平定向鉆進的基本原理是：鉆孔過程可在預(yù)先挖好的發(fā)射坑和接收坑之間進行，也可以在安裝鉆機的場地，以小角度直接從地表鉆進。導(dǎo)管按預(yù)先設(shè)定的地下鋪管軌跡鉆一個小口徑先導(dǎo)孔，鉆先導(dǎo)孔過程中利用膨潤土、水、氣混合物來潤滑，冷卻和運載切削下來的土至地面，鉆頭上裝有定向測控儀，可控制鉆頭的傾斜角度，保證鉆進方向。先導(dǎo)孔施工完成后，在先導(dǎo)孔出口端的鉆桿頭部安裝擴孔器進行回擴，即在拉回鉆桿的同時將先導(dǎo)孔擴大，當(dāng)擴孔至尺寸要求后在擴孔器的后端連接旋轉(zhuǎn)接頭、拉管頭和管線，回拉鋪設(shè)地下管線。

水平定向鉆進鋪管技術(shù)主要用于在松軟的地層中鋪設(shè)長度較短的小口徑地下管線。成孔方式以斜面鉆頭來控制鉆孔方向。對地表干擾小，施工速度快，可控制施工方向，精度較高，但施工時必須注意安全，防止觸電和損壞相鄰管線，水平定向鉆僅適用于非巖性土層，且深度受到控制（視探測器的能力一般在10以內(nèi)），適用管材為PE管和鋼管。

4　水平定向鉆在農(nóng)村飲水安全工程中的應(yīng)用

安陽縣飲水安全工程管道穿公路、鐵路、流量較大的河流均采用水平定向鉆穿越，本次以管道穿安林公路為例進行分析。

4.1穿越工程設(shè)計

管道沿南北向穿越安林公路，公路寬30 m。公路下部地層為淤泥質(zhì)輕亞粘土及亞粘土。根據(jù)規(guī)范要求，施工中應(yīng)保證穿路段管頂埋深≥2 m。

穿越管道設(shè)計管徑為De110 mm，管道公稱壓力1.00 MPa。管材通過對PVC-M管、UPVC管和PE管三種管材的性能進行比較選，結(jié)合項目區(qū)實際情況，確定為PE管。

管道穿公路段管道高程距路面垂直高度按2 m控制，管道入土角為8°，出土角為10°，管道導(dǎo)向軌跡及穿越控制點按下列公式計算。

式中：a2——入土端曲線的水平長度（m）；b2——入土端曲線的高度（m）；b1——入土端直線段的高度（m）；c1——出土端曲線的水平長度（m）；d2——出土端曲線的高度（m）；d1——出土端直線段的高度（m）；L1——底部直線段的長度（m）；R——曲率半徑（m）；θ入——入土角（°）；h1——入土端地面與底部直線段的高度（m）；a1——入土端直線段的水平長度（m）；θ出——出土角（°）；h2——出土端地面與底部直線段的高度（m）；c2——出土端直線段的水平長度（m）；L——穿越長度（m）。

經(jīng)計算，入土端斜線段水平距離8.14 m，入土端曲線段水平長12.25 m，水平直線段長30.00 m，出土端斜線段水平距離3.76 m，出土端曲線段水平距離15.28 m。

4.2施工技術(shù)要求

水平定向鉆施工工程中穿越管道的曲率半徑、入土角、出土角應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計圖紙施工，在穿越長度和工藝條件許可的條件下，穿越管道曲率半徑可適當(dāng)取大。

由于安全飲水工程覆蓋范圍較大，未進行地質(zhì)勘探及工程測量，因此穿越管道施工前應(yīng)進行地質(zhì)勘查、地下建筑排查和地形測量，取得定向鉆施工路線上的地質(zhì)巖性分布、地下水埋深的資料，復(fù)核設(shè)計圖紙中管道鋪設(shè)路線走向及標(biāo)高，為工程順利施工做好準(zhǔn)備。

水平定向鉆鉆機安裝與導(dǎo)向孔布置在同一直線上，并將鉆機傾角調(diào)整至設(shè)計導(dǎo)向軌跡。鉆機固定好后，安裝鉆桿、鉆頭及造斜鉆頭，采用導(dǎo)向系統(tǒng)跟蹤定向鉆鉆進軌跡，保證導(dǎo)向軌跡與設(shè)計軌跡相符，沿導(dǎo)向軌跡每3 m設(shè)一個復(fù)核點，測量管道垂直深度、轉(zhuǎn)角、傾角等參數(shù)，深度相對誤差控制在5%左右。

先導(dǎo)孔完成后，進行回擴，同時采用膨脹土泥漿護壁，保證鉆孔不坍塌。擴孔結(jié)束后，回拖管材，回拖施工前，應(yīng)仔細(xì)復(fù)查管材質(zhì)量，合格后方能施工，回拖過程中操作人員應(yīng)小心控制鉆機的拉力和速度，以確保管道在拖拉過程中不受到損害。

工程施工過程中，每一道工序完成后，經(jīng)技術(shù)人員檢查合格后，方可進行下一道工序施工，若出現(xiàn)不合格部位，需采取有效的措施進行整改，以確實保障工程施工質(zhì)量。

5　結(jié)語

采用非開挖技術(shù)施工地下管線，較大程度降低了工程施工對構(gòu)筑物的破壞，減少了對環(huán)境的污染，提高了施工過程的安全性，是安全飲水工程中管道穿越道路主干線、中小河流的理想施工方案，具有廣闊的推廣應(yīng)用前景。

（責(zé)任編輯：劉青）

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陳秀鳳（1979-），女，工程師，主要從事水利設(shè)計工作。

2016-03-29