南水北调中线青兰渡槽施工对天然气管道保护措施

杨 磊

（河北省水利工程局，石家庄050021）

1 工程概述

南水北调中线总干渠与青兰高速连接线交叉工程（简称青兰渡槽）位于邯郸市西环路、南环路及青兰高速连接线互通立交桥处。总干渠采用扶壁式梯形渡槽型式跨越高速公路引线，是南水北调中线总干渠上的一座大型交叉工程。渡槽的四个边角设计为加筋土回填，表面为扶壁式钢筋混凝土挡土墙结构。

在进出口挡土墙开挖放线过程中，发现进口左侧开挖线范围内有两条地下管线：一条是天燃气管线，一条是成品油管线。根据产权单位的相关资料［1］，天燃气管道距离开挖底边线6～7m，两条管线相距8m。管线埋置高程距开挖基面高差14.3～15.4m，如果按照青兰渡槽挡土墙设计1∶1放坡，天然气管线、石油管线均在开挖范围内，如图1。

图1 天然气、石油管道估计位置图

邯郸市政府组织施工单位、业主单位与管道产权单位协商，按照保证绝对安全的要求应迁移管道，但是由于协商部门众多，迁移管道有征地、居民停气、管道施工等众多过程，鉴于青兰渡槽工期十分紧张，最终要求施工单位研究保护开挖方案。

2 工程地质概况

2.1 水文地质条件

场区无地表水，地下水受大气降水补给，向下游潜流排泄。年内10～11月份为地下水高水位期，并持续到翌年3月，5～6月份为低水位期。

2.2 工程地质条件

青兰渡槽边墙地基以黏土岩为主，整体为黏土岩与粉细砂、泥质粉砂岩组成的多层结构。黏土岩单层厚度一般5～20m，泥质粉砂岩单层厚度0.5～6.1m，粉细砂（局部中砂）层单层厚度1.1～7.3m。

3 支护方案比选

青兰渡槽土基坑开挖支护方案如选择不当，将造成边坡坍塌、破坏管道、影响工期等严重后果，还会增加工程造价，影响中线工程全线通水。从现场地质情况、施工条件及施工规范要求［2］和相关经验考虑，选择钢板桩、土钉墙、钢筋混凝土灌注桩支护3种方案，从管道安全、施工工期、现场适用性、经济效益性等方面进行研究比选。

3.1 钢板桩施工方案

钢板桩支护采用工字钢等型钢，使用专用机械打入地下，形成一道钢体连续板墙，作为土体围护结构，其具有承载力高、整体性好、刚度大的特点，能适应各种形状基坑及地层，施工方便。可是钢材虽然作为周转材料有残值回收，但工程需要大量钢材，故一次性投资较高。

3.1.1 钢板桩支护方案设计［3］

进口左侧挡墙基坑支护采用50C工字钢顶端单点支护，工字钢间距为20cm，顶端拉杆采用准32；锚桩采用32C工字钢；5根钢板桩与1根锚桩通过准32拉杆连接。施工如图2所示。

图2 钢板桩支护方案示意图

3.1.2 工程量计算

（1）钢板桩重量计算。钢板桩需要防护管线长70m，间距0.2m。50C工字型钢板桩根数350根，单根长21.5m。50C工字型钢板桩密度为109.354kg/m，防护钢板桩重量822.89t。

（2）锚桩单根长5.05m，间距1m，锚桩根数70根。32C工字型钢板桩密度为62.765kg/m，锚桩重量22.19t。

（3）钢筋单根平均长度14.354m，钢筋根数350根，准32钢筋密度为6.31kg/m，准32钢筋重量31.7t。

3.1.3 造价估算

表1 钢板桩支护方案造价估算

续表1

3.2 土钉墙支护方案［4］

土钉墙是一种在原位土体加筋技术。青兰渡槽开挖边坡通过钢筋制成的土钉进行加强，以保持边坡的稳定。边坡加固型支护施工方法是在边坡表面铺设钢筋网，再喷射混凝土面层和土质边坡相结合，其构造为设置在开挖边坡土体中的加筋杆件 （即土钉或锚杆）与其周围土体牢固黏结形成的钢筋土体复合体，以及混凝土面层所构成的类似重力挡土墙的支护结构。特点是施工设备简单、施工成本低、施工噪音、振动小，土钉墙本身变形很小，对周围相邻构筑物影响小。

3.2.1 土钉墙支护方案设计

土钉墙采用振入式土钉，由轻型潜孔钻机直接钻入，孔径100mm。土钉墙由土钉锚杆、钢筋网、压力注浆及喷射C25混凝土面层组成。土钉采用HRB400级钢筋，钢筋直径20mm，锚定倾角为15°，并注浆锚固。土钉间距为1m×1m，梅花型布置，喷射C25混凝土面层厚度为100mm，内配准8@150×150单层双向钢筋网片，钢筋网片搭接长度不小于300mm。

图3 土钉墙支护方案示意图

3.2.2 工程量及造价估算

表2 土钉墙支护造价估算

3.3 钢筋混凝土灌注桩支护方案［5］

3.3.1 灌注桩支护方案设计

由于本工程所处区域土质好，地下水位低，选用“柱列式排桩支护”方式。按基坑开挖深度及支挡结构受力情况，排桩支护可分为以下几种情况：①无支撑（悬臂）支护结构：当基坑开挖深度不大，利用悬臂作用挡住墙后土体；②单支撑结构：当基坑开挖深度较大时，在支护结构顶部附近设置一单支撑 （或拉锚）；③多支撑结构：当基坑开挖深度较深时，可设置多道支撑，以减少挡墙挡压力。

图4 灌注桩施工防护方案示意图

本工程基坑开挖深度不大为3.895m时，采用悬臂作用挡住墙后土体。

采用在基坑周围按桩距1m布设直径1m，桩身10m的钢筋混凝土灌注桩及钢筋混凝土冠梁 （1.6×1.2m）和32C工字钢锚桩（锚桩距排桩≥14m打入地面以下4.55m，间距1m，桩顶高出地面0.5m；1根锚桩与5根灌注桩用φ32拉杆焊接牢固）组成的支护体系。特点是支护桩刚度大，抗弯强度高，塑性变形小，适应性能强，对工作场地要求不高，施工过程产生振动小，对周围环境及建筑物产生影响小。

3.3.2 悬臂式排桩支护设计

悬臂式排桩支护采用布鲁姆（H.Blum）法计算，计算结果如图5所示。

图5 布鲁姆计算简图

根据以上计算结果，选用支护桩桩长10m，桩净间距1m，预选桩径d＝100cm，钢筋保护层厚度a＝5cm，钢筋笼直径90cm，选竖向主筋16根，二级Φ25钢筋，沿周长均匀布置。

3.3.2 工程造价估算

表3 排桩支护估算造价

3.4 方案比选

（1）钢板桩支护：钢板桩施工避开了管道区域，对管道没有影响，但打桩较深，施工难度大、工期较长，安全性较差。由于用钢材量大，造价最高，一次性投入大。

（2）土钉墙支护：按照施工规范要求，土钉墙施工方法要求最小坡比1∶0.2，上口需多开挖放坡面3m，放坡后距管道太近，不能保证管道安全。另由于锚索设计长20m，成“梅花形”布置，施工过程中不能全避开管道，且锚索长，施工困难，工期长。

（3）钢筋混凝土灌注桩支护：灌注桩支护在管道外侧施工，距离管道较远，不影响管道，能很好地保证管道安全，施工过程难度小、可以人工操作，施工工期短，工程造价适宜。

综上所述，本工程采用钢筋混凝土灌注桩支护方案。

表4 南水北调中线与青兰渡槽进口左边墙支护方案比选

4 钢筋混凝土灌注桩支护施工

由施工单位协调产权单位，依靠仪器现场探测，确定了管道的大致方位，对管道走向插旗做好标志，根据管道产权单位要求的距管道开挖安全距离采用排桩进行基坑支护，支护方案上报批准后先进行基坑支护施工，再进行基坑开挖。

支护桩施工过程中由产权单位加强对管道的测量及检测工作，施工单位采取间断性的利用人工挖孔方式探测管道，确定安全后才能使用机械操作。

开挖土方时自上而下分层开挖，自卸汽车运土至指定弃土场，装载机辅助作业。

每开挖一层，对管道位置探测一次，每层开挖均严格按照管道产权单位提出的厚度开挖，待产权单位监控人员要求停止开挖时立即停止，并对基坑采取相应保护措施。

5 结语

天然气管道属于危险高等级保护对象，一般工程开挖时予以迁移，青兰渡槽建设开工时间晚，是南水北调中线工程控制工期的项目，没有迁移时间，决定采取支护方案，但是防护方案存在一定的风险。依靠科学的计算与方案设计，经过仔细的测量与监测使风险处于可控，取得了即保证施工安全，节约了资金投入，又保证了工期的完美效果，为整个南水北调中线工程全线顺利通水做出了贡献。

［1］天然气管道的相关技术资料［Z］.

［2］JGJ120—2012，建筑基坑支护技术规程［S］.

［3］王美花.板桩支护的稳定性分析及经济性研究［D］.青岛：中国石油大学，2008.

［4］邵式亮，杨晓平，武迪.土钉墙支护设计与施工技术［J］.施工技术，2009（S2）.

［5］胡博.钢筋混凝土灌注桩技术在深基坑支护中的应用［J］.山东冶金，2013（4）.