砂卵石地质河流大开挖双管穿越施工技术

陈 豪，黄 坤

1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500

2.川庆钻探公司四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川成都 610041

砂卵石地质河流大开挖双管穿越施工技术

陈 豪1，2，黄 坤1

1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都 610500

2.川庆钻探公司四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川成都 610041

中缅油气管道工程国内段瑞丽江穿越工程，由于河流冲刷线深，河床为砂卵石地质，土质松软易塌方，河床渗透系数高，渗水量大等原因，给河流大开挖穿越施工带来了极大的困难。采用钢板桩半幅围堰方式，在国内首次成功实现了大开挖双管穿越瑞丽江砂卵石地质大型河流。在介绍了工程概况的基础上，详细论述了穿越现场情况，开挖试验，施工方案的制订，施工流程，半幅围堰结构，钢板桩施工，抽排水，管沟开挖，管道安装、检测、防腐，管道试压，管道稳管、回填、连头等内容，最后给出了钢板桩围堰施工的实际效果和优缺点。

油气管道；穿越施工；大开挖；钢板桩；围堰；砂卵石河床

长输管道穿越河流技术按照穿越方式可分为开挖穿越和非开挖穿越[1]，其中大开挖穿越为常用的施工方法。对于砂卵石地质的大型河流而言，由于河流冲刷线深，管沟开挖深度大，土质松软易塌方，管沟不易成型，河床渗透系数高，渗水量大等原因，给河流大开挖穿越施工带来了极大的困难。随着国民经济的迅速发展，钢板桩这一高效、快捷、环保的工法在许多重大工程建设项目中得到广泛的应用，而钢板桩围堰是其中的重要应用领域。中缅油气管道工程国内段瑞丽江穿越工程项目，在国内油气管道建设中首次采用大开挖双管穿越砂卵石地质大型河流。川庆油建公司采用半幅围堰方式施工，采用钢板桩等多种技术措施，经过精心组织，合理安排，圆满完成了瑞丽江穿越工程。现结合瑞丽江穿越施工过程，对砂卵石地质河流大开挖双管穿越施工技术进行总结、探讨。

1 工程概况

瑞丽江穿越工程位于云南省瑞丽市，为双管并行敷设，双管净间距6 m，穿越长度870 m，河床宽370 m。天然气管道规格为X80钢D1 016 mm× 18.4 mm，设计压力10 MPa；原油管道规格为X70钢D813 mm×21.0 mm，设计压力10 MPa，设计采用马鞍式压重块连续覆盖稳管。穿越河床断面见图1。

2 施工方案

2.1 穿越现场情况

图1 瑞丽江穿越纵断面示意

穿越点场地地形平坦，地势较开阔，施工条件较好。河床大致呈U型，江心岛发育。地质自上而下为：粉砂、中粗砂、圆砾、卵石。河床最低处最大冲刷深度为4.69 m，河床段管道设计埋深为8.9～12.68 m。

2.2 土壤渗透率勘测及开挖试验

因瑞丽江为砂卵石地质，渗透系数极大，设计提供渗透系数仅为经验数据，不能完全反映实际穿越位置的渗水情况，因此施工前需对土壤渗透率进行测量。渗透率试验采用稳定流多孔潜水完整井抽水方案，在穿越位置两侧钻试验井，测量穿越土壤渗透率，并计算出穿越施工时的管沟理论渗水量。同时，采用试验坑的方式模拟管沟开挖，可确定管沟开挖的合理边坡系数，并可通过对试验坑抽水，计算确定施工期间排水所需水泵的规格、数量，为施工做好充分的准备。

抽水试验钻孔平面布置见图2。

图2 瑞丽江抽水试验钻孔平面布置

试验坑开挖后地表下0.6～0.8 m出现地下水，试验坑开挖过程中，柴油泵、电动泵组合抽水。在试验坑第3层和第4层开挖时，由于地下水丰富，开挖过程中砂夹卵石层在饱和水的状态下，流动性极强，稳定性很差，成型后稳定困难，因此开挖断面呈弧形，近似锅底。

2.3 施工方案的制订

通过开挖试验发现，由于河床段宽达370 m，因此围堰长度大，开挖深度达8.3～12.6 m。由于河床土质为细砂、中粗砂，围堰后土壤渗透率高，因此堰体基本属于强透水层。在此情况下若进一步开挖管沟，就会引起堤内与堤外的水位差增大，从而导致堰体局部易发生管涌，造成围堰垮塌。另外，由于工期长，当遭遇突发强降雨或上游电站泄水时，江水的突涨也易造成江水冲击力、压力超过围堰的承受能力而导致围堰垮塌。

基于以上原因，考虑采用钢板桩半幅围堰+浮筒泵强排的方式进行施工。由于钢板桩墙的钢板桩采用自密封设计，因此在工作状态下，钢板桩相互啮合，互为支护。当两排钢板桩中间部分的水被抽出后，由于一侧受横向水压力的影响，会出现一定的弹力变形，此时水压力将在纵向方向上出现分力。由于分力的作用，钢板桩会相互拉伸，挤压啮合表面，达到密封的效果。实际使用中，在适用的范围内，水压力越大，密封效果越好。管沟开挖后，钢板桩可产生很好的阻水效果，沟内渗水量较小，采用浮筒泵等强有力的抽排水措施，可有效地防止堰体垮塌，保证管道组焊的安全性。

根据该段河流穿越的施工安排，首先进行南岸段河流的围堰施工，待焊接、检测、防腐、试压及回填完成后，再进行北岸段河流的围堰施工，最后进行连头。北岸段河流的围堰施工工艺与南岸段一致。本文仅对南岸段河流围堰施工的全过程进行详细介绍。

2.4 穿越施工流程

半幅围堰大开挖河流穿越施工流程示意见图3。

图3 半幅围堰大开挖河流穿越施工流程示意

2.5 施工准备及测量

（1）施工准备。施工前应根据施工方案准备充足的施工资源，避免施工时因资源不足造成工期延误甚至造成穿越施工失败。施工资源包括：施工人员、施工机具设备、施工材料、工程材料及临时用地等。尤其是特殊材料、特殊设备、临时用地应准备充足，避免临时需要无法及时提供。外协方面应在相关河道管理部门办理好穿越施工手续，并与上游水电站建立密切联系，进行施工告知。

（2）施工测量。根据设计交桩位置，使用测量仪器定位，放出管沟开挖中心线，开挖边界线，根据施工方案及现场情况放出临时占地边界线，并划分出堆土区、临时设施占地区、堆管场等。

2.6 半幅围堰

（1）围堰内面积。经计算，瑞丽江穿越管沟开口宽度为80～90 m，第一次围堰施工范围为三分之二的河床宽度，为确保围堰稳定，围堰横向宽度实际为200 m，即以管沟中心线为围堰中心，上下游各100 m。管沟边缘距围堰边缘距离大于50 m。

（2）围堰结构。堰体由三层结构组成，堰体主体为黏土，在外侧围堰表面铺垫防水布，并以袋装土压实，最后底部用卵石覆盖，以增加抗冲刷和防渗能力。为便于围堰施工设备行走及保证稳定性，围堰堰体顶宽大于6 m，堰体外侧坡比为1∶1.3，堰体内侧坡比为1∶1。围堰结构见图4。

图4 围堰结构示意

2.7 钢板桩施工

（1）南岸段围堰钢板桩施工。因管沟开挖已触及河床卵石层，为减少渗水，在围堰内侧采用钢板桩墙进行加固及阻水。采用的钢板桩为U型冷弯钢板桩（钢板桩截面参数如图5所示，分别为6 m/根和9 m/根）。

图5 U型冷弯钢板桩截面示意

当分段围堰区域划定好后，在该开挖区域周围用振动打桩机械将长锁扣U型钢板桩打入砂层中，直到打入基岩。钢板桩正反相扣，所有钢板桩连成一体起到隔阻地下水及防止坝底砂层流动的作用，稳固坝体，从而减少堰体外侧地下水的渗入，并防止河床砂层在围堰体的压力作用下受地下水冲刷而流失，从而引起围堰体垮塌。钢板桩间应衔接良好，如钢板桩有变形而不能紧密衔接则应废弃，以保证钢板桩墙起到良好的阻水作用。见图6。

图6 南岸围堰钢板桩施工

（2）北岸段围堰钢板桩施工。北岸段围堰钢板桩施工为二期施工。一期南岸段围堰钢板桩施工的河床和河堤复原完毕后，拆除一期围堰并修筑二期上、下游横向（南北向）围堰和江心岛纵向（东西向）围堰，通过南岸段狭窄的河床导流。为保证管道连接，二期纵向围堰轴线布置在一期纵向围堰向南80 m的位置，轴线也平行于北岸河堤，江心岛纵向围堰轴线与管道轴线夹角取68°。在管道的中线处，二期纵向围堰与北岸河岸相距210 m。上游横向围堰轴线与纵向围堰轴线夹角90°，下游横向围堰轴线与纵向围堰轴线夹角为112°。横向围堰与纵向围堰的连接处也采用圆弧段连接，圆弧转弯半径取30 m。在二期围堰围成的基坑内进行管沟开挖，其余部分管道铺设，一、二期管道连接，之后进行北侧河床和河堤的复原。

2.8 抽排水

围堰内及管沟内抽排水通过在沟底两侧开挖引水沟，引水至管沟末端的集水坑进行集中抽排。抽水主要采用WQ250-15型污水污物潜水电泵（排量250 m3/h，扬程15 m），排水量大，不会被污物堵塞，适合穿越施工。同时，考虑瑞丽江穿越排水量大的特点，在水泵上加装浮筒，使泵浮在水体中间最深部位的水面上工作，抽水过程中泵体移动便捷，从而可以连续排水，不受水位变化的影响，且避免吸入泥沙，可提高施工抽水效率20%以上。

2.9 管沟开挖

管沟开挖断面示意见图7。

图7 管沟开挖断面示意

（1）开挖前对河床分段清扫，分段找平，尽量以同一高程进行管沟开挖，避免影响设备的通行。

（2）施工图要求管沟挖深为2.92～11.95 m，管沟开挖需分为2～4层进行，管沟开挖时，实际挖深比设计挖深增加0.5 m，穿越段管沟开挖采用绝对高程进行控制。

（3）第一层开挖结束后，留出3～5 m宽的安全台阶，进行第二层开挖，直至开挖至距设计沟底高程2.5 m处。管沟边坡系数取1∶2～1∶2.5，在排水效果良好的情况下，可不再设置其他加固措施，对边坡系数达不到要求的部位采取钢板桩固坡。

（4）开挖出的河砂先堆放在围堰内，可同时起到加固堰体的作用。堆放高度不超过围堰高度1 m，堆放位置距管沟边不小于10 m。管沟开挖产生的其余河砂、卵石，使用装载机转运至岸上堆放。

（5）由于油、气双管间距为6 m，管沟深度太大，无法采用单管单独成沟，只能采用双管同时成沟的方式，且沟底全部挖通后双管间的空间可作为管道安装的施工便道。

2.10 管道安装、检测及防腐

（1）管道安装。由于钢板桩墙起到了很好的阻水效果，管沟开挖后沟内渗水量较小，且抽排水措施得力，沟内具备组焊施工条件。根据此情况，修改原计划在管沟内第二层平台上组焊管道后吊管就位的方式为直接在管道中心线上进行管道组焊。由于沟底宽度为15 m，双管净间距为6 m，保证了足够的施工作业空间，组焊施工条件接近于沟上组焊，大幅度提高了管道安装施工效率。南岸段油、气管道各490 m组焊施工用时4 d。管道安装就位后，必须对管顶高程进行复测，使之满足设计要求，如管道埋深不足，可采取对管道下部进行清淘的方法降低管道高程。

（2）管道无损检测。本穿越段全部焊缝均进行100%射线照相和100%超声波探伤检验，其检测结果符合SY/T 4109-2013《石油天然气钢质管道无损检测》的相关规定，达到Ⅱ级合格。

（3）管道防腐。根据防腐施工工艺，本穿越段管道采用3PE防腐层外防腐，热煨弯管采用双层熔结环氧粉末防腐层+聚丙烯增强纤维胶粘带（双层）的防腐层结构。

2.11 管道试压

本穿越属大型穿越工程，穿越段管道应单独进行试压，试压包括强度试验和严密性试验，试压介质采用无腐蚀的洁净水，试压执行GB 50424-2015《油气输送管道穿越工程施工规范》[2]。强度试验压力为1.5倍的设计压力即15 MPa，稳压4 h，以在稳压时间内压降不大于1%的试验压力和无泄漏为合格；强度试压结束后将试压压力降至设计压力进行严密性试压，严密性试验压力为1.0倍设计压力即10 MPa，稳压24 h，以在稳压时间内压降不大于试验压力的1%，且不大于0.1 MPa为合格。

2.12 管道稳管、回填、连头

（1）管道稳管、回填。本穿越管道采用马鞍式配重块连续覆盖方式进行稳管，然后采用原状土回填并压实。施工期间，对于未采取马鞍式压重块连续覆盖稳管地段的管道周围，先采用土工布袋进行包裹回填，以避免管道外防腐层受外力损伤，然后采用原状土回填并压实。大堤穿越段回填应采用分层夯实的方法，以满足大堤堤防技术要求及河务部门的规定。

（2）管道连头。在南岸段、北岸段管道回填完成后，进行连头施工。由于刚回填的管沟比较松散，稳定性较差，在连头预留处用编织袋装填土砌筑挡墙进行护壁，然后将左右两段的管道连头，而后进行整体穿越段管道试压，试压要求与单幅围堰时试压要求一致。

3 钢板桩围堰施工效果

在砂卵石地质河流大开挖施工中，采用钢板桩施工具有如下优点：

（1）承载力强。钢板桩自身结构轻，钢板桩构成的连续墙体具有很高的强度与刚性。

（2）水密性好。钢板桩连接处锁口结合紧密，可自然防渗。

（3）施工简便。能适应不同的地质情况和土质，可减少基坑开挖土方量，作业占用场地较小。

（4）施工环保。取土量和混凝土用量大幅减少，可有效保护土地资源。

（5）适应性强。与其他单体构造物相比，墙体较轻且具有较大的适应变形能力。

（6）重复利用。钢板桩材料可回收反复使用，在临时性工程中，可重复使用20～30次。

（7）作业高效。非常适合于快速实施洪涝、塌陷、流沙、地震等灾害的抢险与预防。

施工实际效果表明，钢板桩围堰与填土围堰相比，具有施工进度快、更加安全、占地空间小等优点，这对于水深较大、急流、淤泥或粉细砂软基上等不适宜用填土围堰的工程来说，应用起来较为有利，但缺点是钢板桩材料一次性投入费用高，占用流动资金多。

4 结束语

砂卵石地质大型河流大开挖穿越施工，重点在于防止大量水的渗透及管沟、围堰的坍塌，在中缅油气管道工程瑞丽江大开挖穿越施工中，采取的多项施工技术措施有效地解决了此类难题，为砂卵石地质大型河流大开挖穿越施工提供了可供借鉴的成功先例。

[1]刘春华，裴小非.长输管道的河流穿越设计和施工[J].石油规划设计，2010，21（4）：32-35.

[2]GB 50424-2015，油气输送管道穿越工程施工规范[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

陈 豪（1984-），男，四川遂宁人，工程师，2014级西南石油大学油气储运专业在职研究生，从事油气田地面建设工作。

2016-06-06

Email：405923683@qq.com