摘 要

摘　要：中國石油天然氣管道局第一工程分公司在西氣東輸二線17標(biāo)段渭河定向鉆連續(xù)雙向?qū)Υ┻B頭作業(yè)坑開挖施工中，采用了基坑支護(hù)方法施工，基坑-12.0m以上采用退臺放坡結(jié)合土釘墻

摘　要：中國石油天然氣管道局第一工程分公司在西氣東輸二線17標(biāo)段渭河定向鉆連續(xù)雙向?qū)Υ┻B頭作業(yè)坑開挖施工中，采用了基坑支護(hù)方法施工，基坑-12.0m以上采用退臺放坡結(jié)合土釘墻方案；-12.0m以下采用鋼板樁加鋼管內(nèi)支撐方案，坑底采用水泥土旋噴樁封底，并在坑內(nèi)坑外均設(shè)置降水井。文章介紹了施工作業(yè)流程和關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工措施。渭河穿越連頭基坑采用井點(diǎn)降水、基坑分層開挖、基坑支護(hù)、旋噴樁止水等措施，解決了在河道內(nèi)開挖19m深坑連頭存在的諸多施工和社會問題，這種工藝具有明顯的安全、節(jié)約、環(huán)保優(yōu)勢，攻克了大型河流定向鉆多次對穿中間連頭的施工難題，為以后類似工程積累了施工經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞：管道工程；河流；定向鉆穿越；中間連頭；基坑支護(hù)

0引言

2011年中國石油天然氣管道局第一工程分公司在西氣東輸二線17標(biāo)段渭河定向鉆連續(xù)雙向?qū)Υ┻B頭作業(yè)坑開挖施工中，采用了基坑支護(hù)施工方法，該方法具有較強(qiáng)的實(shí)用性和優(yōu)越性，并取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

長輸管道定向鉆穿越大型河流時(shí)，由于定向鉆穿越長度有限，定向鉆施工采用連續(xù)兩次對穿或多次對穿的方法，為保證管道安全運(yùn)行，連頭點(diǎn)管道埋深在河道沖刷線以下，但這樣會造成連頭作業(yè)坑開挖困難。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際勘察，結(jié)合我們以往的施工經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過反復(fù)研究論證，制訂了連頭作業(yè)坑開挖基坑支護(hù)施工方案，采用降坡明溝開挖、降水井、土釘墻、鋼板樁、管道出入口旋噴樁加固和封底等措施，解決了大口徑長輸管道連續(xù)兩次或多次定向鉆穿越大型河流中間連頭基坑開挖的施工難題，為以后類似條件的施工積累了經(jīng)驗(yàn)。

1 基坑位置及地質(zhì)條件

兩次定向鉆連頭基坑位于灘地內(nèi)，距主河槽約480m，基坑長35m，寬12m，深19m，見圖1基坑開挖灘地段地下水埋藏深4.1～8.1m。根據(jù)地質(zhì)勘察報(bào)告，基坑開挖灘地地層主要由粉土和中粗砂組成。

①層粉土：黃褐色，稍濕～濕，稍密，局部中密，搖震反應(yīng)中等，無光澤反應(yīng)，干強(qiáng)度及韌性低，手捻有砂感，表層富含植物根系。河漫灘普遍揭露，分布較為均勻，　層厚1.5～10.2m。

②層中粗砂：黃褐～灰白色，局部灰褐、灰黑色，飽和，稍密～密實(shí)，顆粒次圓狀，中砂級配差，粗砂級配良好，礦物成分以石英、長石為主。局部含粉粒量較高，巖芯短柱狀，手觸不易碎。局部夾粉質(zhì)黏土及粉土、礫砂及圓礫薄層，粉質(zhì)黏土薄層內(nèi)含鐵錳質(zhì)結(jié)核，土質(zhì)不均，常見腐殖質(zhì)及貝類碎片。卵礫石顆粒呈零星分布，一般粒徑2～15mm，卵石顆粒最大粒徑約40mm，局部圓礫顆粒含量較高，達(dá)5％～10％。局部夾黏土團(tuán)塊，混卵礫石顆粒，偶見朽木等腐殖質(zhì)及貝類碎片；層厚33.1～59.7m。該層場地均有分布。

2 施工總體方案和作業(yè)流程

2.1 施工總體方案

首先沿作業(yè)坑邊緣設(shè)置一圈降水井，進(jìn)行井點(diǎn)降水，然后利用16臺挖掘機(jī)分層開挖，-3m層基坑開挖完成后，保留8m臺階，進(jìn)行-6m層基坑開挖，開挖完成后，進(jìn)行-6m坑外降水施工，降水井施工完成后立即開始降水，待水位降至-12m以下后，進(jìn)行-6～-12m之間分層土方施工和土釘墻施工；土釘墻完成后在-12m平臺上進(jìn)行鋼板樁施工；鋼板樁施工完成后，進(jìn)行管道出入口旋噴樁、特殊旋噴樁加固和旋噴樁封底施工；之后進(jìn)行坑內(nèi)降水井及支撐立柱施工，以上隔水墻施工完成后達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上，便可進(jìn)行-12m以下基坑開挖，開挖的同時(shí)按要求進(jìn)行鋼支撐施工。清理基底鋪設(shè)墊層，進(jìn)行管道連接施工，施工完成后，按要求進(jìn)行分層回填，依次拆除鋼支撐，分層碾壓回填至-12.0m，拔除沖刷線以下鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)，對沖刷線以上的土釘墻面層進(jìn)行分層拆除與回填，最后恢復(fù)場地。

2.2 施工作業(yè)流程

施工準(zhǔn)備→圍堰和表土清理→作業(yè)坑邊緣設(shè)置一圈降水井→-3m層基坑開挖→-6m坑外降水施工→-12m層基坑開挖→-12m層土釘墻施工→鋼板樁施工→管道出入口旋噴樁、特殊旋噴樁加固和旋噴樁封底施工→坑內(nèi)降水井施工→支撐立柱施工→隔水墻施工完成后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%以上→-12m以下基坑開挖→鋼支撐施工→清理基底鋪設(shè)墊層→管道連接施工→檢測及防腐→分層回填→依次拆除鋼支撐→分層碾壓回填至-12.0m→拔除沖刷線以下鋼板樁圍護(hù)結(jié)構(gòu)→對沖刷線以上的土釘墻面層進(jìn)行分層拆除與回填→地貌恢復(fù)→驗(yàn)收。

3 關(guān)鍵環(huán)節(jié)的施工措施

3.1 基坑降水施工

(1)基坑采用管井井點(diǎn)降水方案，降水井如圖2所示。

(2)坑外-6m平臺降水井(一、二井)的鑿井深度29.0m，井頂標(biāo)高-6.0m，井底標(biāo)高-35.00m，井徑均為800mm，采用無砂混凝土管，直徑為500mm，其孔隙率不小于15%；降水井下端設(shè)1.0m長的沉淀管。為防止涌砂產(chǎn)生，在濾水管外包扎兩層60～80目濾網(wǎng)，井管外采用天然圓礫填料，圓礫的粒徑為3～5mm。

(3)坑內(nèi)降水井井頂標(biāo)高-12.0m，鑿井深度為11.0m，井底標(biāo)高為-23.00m，其余參數(shù)同坑外井。

(4)坑外布置降水井12個(gè)，坑內(nèi)布降水井8個(gè)，井間距約10m。

(5)水泵選用出水量40m³/min，揚(yáng)程40m的潛水泵。

3.2基坑開挖施工

(1)基坑開挖前，基坑周邊應(yīng)做好圍堰和截水溝，防止地表水涌入基坑。

(2)基坑開挖應(yīng)分層分段均勻施工，從上到下依次進(jìn)行，開挖深度應(yīng)嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁超挖。基坑開挖斷面如圖3所示。

(3)基坑周邊25m以內(nèi)不允許大面積堆載。

(4)基坑開挖至基底墊層以上0.5m時(shí)，應(yīng)進(jìn)行基坑驗(yàn)收，挖至設(shè)計(jì)標(biāo)高后應(yīng)及時(shí)平整基坑，疏干坑內(nèi)積水。雨季時(shí)更應(yīng)加強(qiáng)基坑內(nèi)積水抽排，確保基坑安全。

(5)做好基坑降排水工作，降水井涌砂是施工安全的主要問題，降水時(shí)應(yīng)嚴(yán)格禁止細(xì)顆粒土的流失。

(6)當(dāng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)滲漏水的情況時(shí)，應(yīng)及時(shí)采取有效堵漏防水措施。基坑開挖引起流砂、涌砂、坑底隆起失穩(wěn)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)變形過大或有失穩(wěn)前時(shí)，應(yīng)立即停止施工，并采取確實(shí)有效的措施，確保施工安全。出現(xiàn)險(xiǎn)情可采取以下措施：增設(shè)支撐、在基坑內(nèi)地腳被動區(qū)采用草袋土或填土壓重，基坑周邊環(huán)境允許時(shí)，可采用墻后卸土。

3.3 土釘墻施工

(1)土釘墻施工應(yīng)分層進(jìn)行開挖與支護(hù)，分層厚度不大于2.0m；上層土釘注漿體及噴射混凝土面層達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的70%后方可開挖下層土方及進(jìn)行下層土釘施工。

(2)土釘成孔直徑120mm，土釘主筋選用4準(zhǔn)18mm，鋼筋間距為0.4m，釘孔內(nèi)灌注M15水泥砂漿或水泥漿。

(3)土釘墻面層選用準(zhǔn)6.5@200雙向鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片制作宜優(yōu)先使用焊接工藝，鋼筋網(wǎng)搭接不應(yīng)小于300mm，面層噴射C20細(xì)石混凝土，厚度不小于80mm。

土釘墻施工如圖4所示。

3.4 鋼板樁施工

(1)鋼板樁的設(shè)置位置要符合設(shè)計(jì)要求。

(2)基坑護(hù)壁鋼板樁的平面布置形狀應(yīng)盡量平直整齊，以便于標(biāo)準(zhǔn)鋼板樁的利用和支撐設(shè)置。各邊尺寸盡量符合板樁模數(shù)。

(3)鋼板樁吊運(yùn)時(shí)，每次起吊的鋼板樁根數(shù)不宜過多，并應(yīng)注意保護(hù)鎖口免受損傷。

(4)整個(gè)施工期間，在挖土、吊運(yùn)、管道連頭作業(yè)中，嚴(yán)禁碰撞或任意拆除支撐，嚴(yán)禁在支撐上任意切割、電焊，也不允許在支撐上擱置重物。

鋼板樁施工見圖5。

3.5 旋噴樁施工

(1)旋噴樁樁徑600mm，樁頂標(biāo)高-12.0m，樁長14m；基坑封底樁樁頂標(biāo)高-22m，樁長4.0m；樁身強(qiáng)度不小于1.2MPa，也不宜大于3MPa，水泥土的滲透系數(shù)不大于10^-6

cm/s。管道附近(管道上下及兩側(cè))特殊水泥土旋噴樁加固部分，要求旋噴半徑不應(yīng)小于1.5m，其余參數(shù)與普通隔水墻相同。

(2)旋噴樁行距450mm，列距450mm，孔位偏差一般不宜大于50mm，孔斜≤1.5°。

(3)施噴壓力和轉(zhuǎn)速的提升應(yīng)均勻、平穩(wěn)，旋噴搭接長度≥15cm，具體參數(shù)由試驗(yàn)確定。

(4)水泥選用P.O42.5R普通硅酸鹽水泥。

(5)旋噴樁施工時(shí)應(yīng)與鋼板樁接觸緊密，防止接觸不嚴(yán)造成漏水。

(6)施工單位進(jìn)行旋噴樁施工前應(yīng)根據(jù)本場地地層特點(diǎn)設(shè)計(jì)現(xiàn)場試驗(yàn)工作，并結(jié)合本項(xiàng)目的技術(shù)要求，以確定適宜的施工設(shè)備和旋噴施工工藝參數(shù)，建議采用二重管或三重管旋噴設(shè)備。

旋噴樁施工布置見圖6。

3.6 支撐立柱施工

在封底旋噴樁施工完成后進(jìn)行支撐立柱的施工。立柱采用300mm×300mm型鋼制作，引孔直徑500mm，底部-19～-22m段灌注M20水泥砂漿。支撐立柱施工見圖7。

3.7 鋼牛腿施工

鋼牛腿作為鋼圍檁及支撐桿件重要的豎向力承受構(gòu)件，應(yīng)在支撐及鋼圍檁安裝前完成施工及安裝工作，鋼牛腿用3道角鋼焊接而成，為便于鋼圍檁、支撐安裝及支撐活動端預(yù)應(yīng)力施加，在3道角鋼頂焊接了一塊800mm×900mm的鋼板作為施工平臺，鋼牛腿及圍檁施工前應(yīng)將相應(yīng)位置的鋼樁保護(hù)層鑿除，露出鋼管壁，用焊接方式進(jìn)行鋼牛腿與鋼樁的連接，有關(guān)焊接方法及工藝由施工單位通過現(xiàn)場試驗(yàn)后提出具體的焊接施工圖，并由設(shè)計(jì)單位認(rèn)可后實(shí)施。鋼牛腿施工見圖8。

3.8 鋼支撐的施工

鋼支撐的穩(wěn)定性是整個(gè)基坑穩(wěn)定的重要因素之一，鋼支撐的架設(shè)必須準(zhǔn)確到位，并嚴(yán)格按設(shè)計(jì)圖要求施加預(yù)應(yīng)力。尤其要注意斜支撐的穩(wěn)定性，在其制作、安裝等每一環(huán)節(jié)均要做到精心作業(yè)。支撐鋼管采用法蘭盤連接。開挖至支撐底標(biāo)高時(shí)，安裝支撐鋼管。另外，在鋼支撐從架設(shè)到拆除的整個(gè)施工過程中，都要嚴(yán)格監(jiān)測，確保支撐的穩(wěn)定。施工中防止碰撞，鋼支撐上不得堆放材料或任何其他重物。鋼支撐施工見圖9。

3.9 管道連頭

管道組對采用2臺50t吊車吊裝連頭管道。確定管道位置及接頭位置后，應(yīng)及時(shí)確定彎頭的尺寸和數(shù)量，及時(shí)加工彎頭，確保連頭施工的順利進(jìn)行。基坑內(nèi)的管道采用切割機(jī)進(jìn)行切割。焊接組對使用外對口器，坡口尺寸要符合焊接工藝規(guī)程要求。

3.10 無損檢測及防腐補(bǔ)口

焊接完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行無損檢測，無損檢測合格后應(yīng)立即進(jìn)行防腐補(bǔ)口作業(yè)，補(bǔ)口質(zhì)量要符合設(shè)計(jì)要求。

3.11 沖刷線以上圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除

沖刷線以上的鋼板樁通過拔除方法清除，-6～-12m之間的土釘墻應(yīng)在基坑回填過程中由下而上分層拆除。

3.12 基坑回填

管道連頭施工完成后進(jìn)行基坑回填，采用人工篩細(xì)土和倒土，基坑底部每加高300mm夯實(shí)，人工打夯，回填至管頂以上至少300mm，防止管道防腐層受到破壞，上部回填材料可就地取砂卵石等，回填應(yīng)分層壓實(shí)，夯實(shí)作業(yè)時(shí)應(yīng)防止其對管道的破壞。

3.13 環(huán)境保護(hù)措施

環(huán)境保護(hù)必須遵守國家現(xiàn)行的有關(guān)環(huán)境保護(hù)的方針、政策、并符合渭南市環(huán)保部門的有關(guān)規(guī)定。做好土方調(diào)配，避免亂取土，不允許破壞自然環(huán)境。

3.14 恢復(fù)地貌

按照設(shè)計(jì)要求，對鋼板樁、支撐結(jié)構(gòu)以及最低沖刷線以上的釘墻予以拆除，將施工中所用的導(dǎo)流渠、排水溝、圍堰、施工便道等施工措施也進(jìn)行拆除，恢復(fù)至原地貌，多余土和施工垃圾采用挖掘機(jī)配合自卸車外運(yùn)，拉到指定位置。

3.15施工監(jiān)控量測

(1)地面最大沉降量≤0.0015H(H為基坑開挖深度)。

(2)圍護(hù)結(jié)構(gòu)最大水平位移≤0.0020H，且≤30mm。

(3)量測頻率確定的原則：各項(xiàng)目在基坑開挖前測初值；在開挖急劇卸載階段，測量間隔不大于1天；一般情況下3天測量一次；管道連頭施工期間為1天二次。當(dāng)變形超過有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或場地條件變化較大時(shí)，應(yīng)加密監(jiān)測；當(dāng)大雨、暴雨或基坑邊載條件改變時(shí)應(yīng)及時(shí)監(jiān)測；當(dāng)有危險(xiǎn)事故征兆時(shí)，應(yīng)連續(xù)監(jiān)測。

(4)本設(shè)計(jì)基坑監(jiān)測項(xiàng)目的監(jiān)控報(bào)警值取控制值的80%。

4 施工效果

渭河穿越連頭基坑采用井點(diǎn)降水、基坑分層開挖、基坑支護(hù)、旋噴樁止水等措施，解決了在河道內(nèi)開挖19m深坑連頭存在的諸多施工和社會問題。這種工藝具有明顯的安全、節(jié)省、環(huán)保優(yōu)勢，攻克了大型河流定向鉆對穿中間連頭施工的難題，為以后類似工程積累了經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Q/SYGJX0114-2008,西氣東輸二線管道穿越工程施工技術(shù)規(guī)范[S].

[2]GB50369-2006，油氣長輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3]孫伯華，尹輝慶，楊明新.長輸管道定向鉆穿越斷點(diǎn)段補(bǔ)救施工[J].石油工程建設(shè)，2004，(3)：44-47.

 

(本文作者：梁國儉 中國石油天然氣管道局第一工程分公司，河北廊坊065000)