强渗水大型河流连续深基坑大开挖穿越技术

杨春生，王 庆，许丽建，杨滢琪

（中国石油天然气管道局第二工程公司，江苏徐州 221008）

强渗水大型河流连续深基坑大开挖穿越技术

杨春生，王 庆，许丽建，杨滢琪

（中国石油天然气管道局第二工程公司，江苏徐州 221008）

西气东输二线沙河穿越工程是国内首次在汛期以大开挖形式穿越国家一级饮用水源保护地的大口径高钢级 （D1219mm、X80钢）双线管道。通过因地制宜，创新采用连续深基坑、止水帷幕等一系列大开挖穿越施工工艺，有效解决了汛期强渗水大型河流开挖穿越的施工难题，从整体上提高了国内管道施工企业应对大型河流开挖穿越施工的能力，为今后类似工程施工提供了范例。

强渗水；大型河流；深基坑；帷幕止水；开挖穿越

中国石油天然气管道局第二工程公司 （以下简称管道二公司）承建的西气东输二线东段水源地沙河大开挖双线管道穿越工程为西气东输二线东段三大控制性工程之一，位于河南白龟山水库蓄水区边缘，单线穿越长度1 805 m，其中有水域穿越1 470 m，平均水深达6 m。河床水域开阔、且主要由采砂弃渣 （纯卵石）构成，渗水性极强。传统的定向钻穿越技术无法实施，盾构技术和船载挖掘机带水开挖技术工期长，成本高。施工中管道二公司创新采用 “分级围堰、连续深基坑降水法”、 “岸基式明水强排、水利压差降水法”、“柔性帷幕止水法”、 “网箱卧泵式降水法”等新工艺，配合袋装砂堆护围堰堤脚、分层开挖管沟、管沟内拉森板桩止水防塌、多接一管道预制下沟等措施，有效地解决了纯卵石地层强渗水地质条件下大口径管道穿越施工难题，在汛期有效保证了沙河工程安全、顺利进行的同时，保护了当地的生态环境，为西气东输二线黄陂以北按时供气提供了至关重要的技术保障。

1 施工工艺流程及创新技术措施

1.1 施工工艺流程

测量放线→主河道围堰→连续深基坑作业→止水帷幕施工→明水强排、水力压差降水→修筑副围堰、加铺柔性止水帷幕→分级降水→管沟开挖→预制管道下沟、连头→稳管、回填。

1.2 创新技术措施

1.2.1 测量放线

根据设计控制桩，用GPS放出管沟中心线、作业带边线、基坑边线，三条线插红旗作为标记；同时在作业带边界上立木桩，每隔50 m一个，木桩上涂红色油漆或绑红布条醒目标志。

1.2.2 主河道围堰

（1）在管道穿越位置上、下游分别进行围堰施工。两堰体距离管道中心线65 m，堰体长960 m、顶宽16 m、高6.5 m，坡比1∶3。为保护水源地环境，采用推土机、挖掘机、自卸卡车，利用河道原有的卵石，从河堤部位向主河道进行围堰施工。

（2）围堰通过主河道时，为保证水流正常通过，在主河道上、下游围堰中心位置加铺过水涵管。过水涵管采用直径1 016 mm、壁厚14.6 mm、长11.5 m的钢管，以三接一形式平铺两层，每层4根，涵管上面铺袋装砂，顶面铺设12 mm厚钢板，供设备通行作业。

1.2.3 连续深基坑作业

（1）在上、下游堰体内，利用河道内原有的卵石修筑隔断，将穿越段水体分割成12个矩形连续深基坑，每个基坑尺寸为130 m×80 m。

（2）围堰围体宽度确定。根据压力公式P=ρwg h计算河水对围堰堰体的最大水压 （ρw为河水密度，g为重力加速度，h为河水深度）；理论计算最小围堰宽度B=安全系数 ×P/ρc（ρc为卵石密度），堰体高于实际水位1.0 m以上。

1.2.4 帷幕止水工艺

（1）由于沙河河床和围堰用料均由透水性强的卵石构成，为阻止基坑外的水透过堰体渗入基坑内，采用柔性帷幕止水法阻止沙河明水和地下水涌向基坑。止水帷幕由两层15 m×8 m彩条布夹裹一层15 m×8 m两膜一布的土工布，再用麻线缝制而成。以小口径钢管为芯轴，将止水帷幕反卷，两边各留0.5 m的余量。

（2）采用长臂挖掘机修整基坑迎水面，潜水员下水检查基坑迎水面平整度合格后，铺设柔性止水帷幕，利用钢管自身重力将止水帷幕沿基坑迎水面带入水中，在围堰顶部留适当长度的搭边，用砂袋压实。

（3）潜水员负责止水帷幕的水下铺设就位和检查，并指挥挖掘机沿止水帷幕抛洒中粗砂，压实止水帷幕，使其与基坑迎水面紧密结合，阻挡层间水平渗水。铺设时柔性止水帷幕之间至少留300 mm的压边。

1.2.5 明水强排、水力压差降水

（1）基坑内存水分为明水和涌水，基坑内涌水又分为层间水和承压水。止水帷幕铺设完毕后，立即进行明水强排和水力压差降水作业。即：对于施工基坑内的可见明水采用混流泵或离心泵排出坑外；同时在施工基坑附近开挖深基坑排水，降低临近基坑水位高度，进而降低水位压力，减少施工基坑承压水的渗涌。

（2）排水均采用低扬程、大排量的岸基式降水设施，在降水设施的排水口下方放置自制的10 m×6 m×0.5 m浮箱，用以分散水流冲刷力，防止排出水回冲堰体。

1.2.6 修筑副围堰、加铺柔性止水帷幕

（1）水位下降到一定程度后，考虑到主围堰止水帷幕不能铺设到原土层，无法完全阻挡层间水平渗水，需在主围堰内侧，也就是矩形深基坑内修筑一条高3.5 m、顶宽6 m的副围堰 （见图1）。

（2）止水帷幕铺设在副围堰的迎水面，与主围堰止水帷幕铺设方法相同。

（3）副围堰止水帷幕铺设完毕后，加高副围堰到主围堰高度，并将整体围堰加宽到30m （见图2）。

1.2.7 分级降水

（1）根据近水基坑涌水量公式计算出基坑水每下降1 m的涌水量，再设置降水设施。近水基坑涌水量Q （m3/h）计算公式：

式中K——渗透系数/（m/h）；

S——基坑内水位降深，即管沟挖深/m；

L——与基坑外侧水面等高处主河道围堰宽度/m；

η——系数；

a、b——分别为基坑长度、宽度/m。

（2）一级降水位置设在距主河道围堰上口内侧3～4 m处，在基坑内侧采用挖掘机修筑环形导流沟，采用高扬程、大排量的潜污泵单面排水 （排向下游），将强渗水引入下游导流沟内实现分级降水，排水口放置自制的浮箱，以便分散水流冲刷力，防止排出的水流回冲围堰。

（3）二级降水位置设在围堰内距围堰5～6 m处，由于此时渗水在水压作用下冲刷力量较大，可能带出部分细小卵石，形成管涌，造成溃堤。为保证围堰稳定性，在集水沟内人工码砌砂袋稳固围堰。

（4）根据河床地质条件，决定是否增加三级或四级降水。降水方式与二级降水相同 （见图3）。

1.2.8 管沟开挖

（1）多台挖掘机相互配合进行管沟开挖，卵石地质管沟坡比为1∶3。挖掘弃土由挖掘机接力倒运至上游围堰外侧，用以加固堰体。基坑开挖的同时持续用混流泵排水。

（3）管沟底的卵石层中含有大量粗砂，管沟成型后，边坡打入厚12 mm钢板桩进行支护。

（4）管沟底细土垫层采用袋装砂堆码。编织袋（内衬塑料膜）尺寸0.5 m ×0.3 m×0.2 m，容积率按70﹪计算。

1.2.9 预制管道下沟、连头

（1）采用 “四接一”方式预制穿越管段合格后，利用3台90 t吊管机进行预制管段下沟，下沟前做好管端封堵，防止泥水进入管段。

（2）管段连头作业严格按照设计和施工规范要求进行。

1.2.10 稳管、回填

（1）根据施工图纸要求，采用连续混凝土压重块进行稳管。

（2）回填时管头位置采用袋装砂码砌堆实，防止水沿钢管外壁渗入下一施工基坑；同时在管沟位置修筑围堰，加铺止水帷幕。

1.2.11 深基坑管段安装循环施工

但银隆内部人士说，孙国华根本坐不稳这个位置。由于孙国华与魏银仓关系私密，离任的魏银仓经常对公司运作发出指令。而董明珠则要求加强公司制度建设，通过股东会和董事会来加强对公司的控制，双方矛盾再度加深。

1#基坑内主管道安装完成后，修筑新堰体，并拆除1#基坑和2#基坑之间的横向围堰，继续主管段安装施工。然后是3#基坑、4#基坑…直至整个河流穿越管段施工全部完成。

2 安全措施

（1）建立多级联动应急体系，与地方水利、气象、医疗等机构建立防汛应急联动关系。

（2）建立信息平台，办公室设专人每日收集水情、气象等信息并及时传递至各施工机组。

（3）围堰水域外各类安全警示标识齐全，并设围栏。施工现场配备轻型救生衣、救生圈、橡皮艇等安全防护用品。

（4）施工现场夜间配备专职打更人员。

（5）突发暴雨时，河道内停止一切施工，人员、设备全部撤离至安全区域。若有雷电，停止一切带电设备、设施的运行，并切断照明。

（6）线路接头部分采用热缩套管 +防水胶带进行防水处理。

（7）潜水作业时，距作业点200 m范围内停止一切带电设备运行。

3 环保措施

3.1 水土流失控制

施工中采取倒退法，从河堤开始进行土方作业，将河堤开挖土方分多次倒运至远离河道的农田段，并在距穿越中心各70m的上、下游堤岸位置修筑长30m×宽10 m×高4 m的挡土墙，以防止水土流失。为避免排水时产生的水流对堤岸的冲刷，排水位置距离堤岸均在20m以上。在每个排水口处均放置自制的长10m×宽6m×高0.5m浮箱，以分散水流冲刷力，使排水相对平缓地流入沙河水域。

3.2 水体污染控制

实时监控沙河穿越施工对水体水的污染情况。在施工前取河水水样作为标准，施工时对水样进行抽检，实时密切关注施工对水体的影响。穿越过程中严格控制施工范围，尤其是控制河流穿越段的施工作业面，避免对河流造成破坏，污染河流水质。现场设备进场前全部在专业维修单位进行修保，保证进场设备无滴、漏、渗现象；在施工期间杜绝在水源保护区内的一切维修、保养活动。在每段施工区域上下游均铺设两端大于施工面长度50 m的油污隔离栏，施工现场配有吸油毡、接油盆、吸油砂等物资，预防可能出现的污染。

4 结束语

沙河大开挖穿越工程自2010年4月26日开工至2010年11月18日交工完毕 （含汛期停工2个月），双线共成功完成主管道穿越就位3 610 m，其中水域双线穿越为2 940 m，压重块安装1 620块。施工中创新采用连续深基坑大开挖穿越新工艺，有效解决了水源地强渗水大型河流大开挖穿越的施工难题，在为国家节省数千万元投资的同时，也为保证西二线东段按期投产提供了关键性技术保障，成为造福沿线人民的控制性工程之一。

[1]冯梦朦，刘居正，江波，等.带水大开挖施工技术在仪征—长岭管道陆水河穿越中的应用[J].石油工程建设，2011，（4）：40-43.

Large Excavation with Continuous Deep Pits for Pipeline Crossing at Intensive Seepage Large River

YANG Chun-sheng（SPCC Pipeline Construction Company of China National Petroleum Corporation，Xuzhou 221008， China），WANG Qing，XU Li-jian，et al.

The Shahe River crossing construction in the Second West-East Gas Pipeline Project is the first pipeline crossing project carried out in flood period to cross the national first class drink water sources protection area using large excavation method,and the crossing project has a large pipe diameter （D1 219 mm）,the high grade pipe steel X80 and dual pipelines.China Petroleum Pipeline No.2 Construction Company adopts the methods of continuous deep pits,waterproof curtains,etc.during local flood period,which are proved to be a good and effective solution to the construction.Generally speaking,it improves the domestic pipeline companies’ability of excavation crossing technology for large river crossing construction and sets a good example for such kind of projects.

intensive seepage;large river;deep pit;waterproof curtain;excavation crossing

10.3969/j.issn.1001-2206.2012.04.011

杨春生 （1961-），男，河北保定人，高级工程师，1987年毕业于石油管道学院管道工程专业，2005年毕业于中国矿业大学管理工程专业，从事工程项目管理工作。

2011-09-19）