一、线路设计走向
该部分输气管道设计起点在栾川县与嵩县交界处的潭头镇西营村，沿伊河的河道向西敷设，在三关庙村附近沿河道转向西南方向敷设，然后在沿伊河的河道依次经过蛮子沟、骆驼岭村，并在连续穿越三座山体之后到达重渡沟景区门口，而后继续沿河道敷设，并在龙脖山、前嘴上、北乡、毛家坡附近处穿越五座山体，然后沿河道继续向南敷设，直至鹞子垭村。本部分线路全长18000.00m（平面距离）。其中定向钻穿越部分设计六个定向钻，长度分别为：一钻：730m；二钻：970m；三钻：830m；五钻：345m；六钻一：320m；六钻二：540m；定向钻合计长度为：3735m；开挖直埋段长度为：13265m。
二、管道设计参数：
管道设计压力6.3MPa，管道工作压力：不大于5.7MPa；管道规格：本次设计输气管道全线采用直缝高频电阻焊钢管，钢管规格为D323.9×8mm，材质为L360M（PSL2系列）；热煨弯管、冷弯弯管均采用直缝高频电阻焊钢管制造，钢管规格亦为D323.9×8mm，材质为L360M（PSL2系列）；设计温度：-19～60℃；地震设防烈:抗震设防烈度为6度，设计基本地震加速度值为0.05g；设计使用年限：在合理使用、定期检验、正常维护的条件下，本工程的天然气管道设计使用年限为30年；压力管道等级：GA1(1)级。
三、沿河道管沟开挖问题的探讨：
为保护自然环境及生态环境，根据当地规划不允许破坏山体植被，长输天然气管道线路路由设计在沿河道敷设。由于伊河丰水期水量较大，洪水流速达到20m/s，流量为100-200m3/s，丰水期会造成管道冲断，管沟冲毁，未施工完成的管道全部浮起损坏的破坏。平水期，表层流水、下层潜水丰富，且河床下有连着山体的岩石，岩石深度0.5-5m之间，河道私采砂石料严重及河床自然下潜的影响，设计要求燃气管道埋深不得小于3.5m，如遇到岩石段埋深不得小于2.0m且需采用混凝土满包处理。由于岩石段位于水下，如采用降水，费用高，成本加大，砂卵石下层潜水丰富，降水难度大、不利于水下爆破，不利于水下岩石破除等特点。为确保长输管线施工满足要求，管道敷设中存在的问题及解决措施进行探讨。
管道开工后应根据设计管道路由位置进行放线，放线完成后，为降低施工成本、满足设计埋深要求。应根据测量管线放线情况及线路岩土地质勘查报告，采用挖掘机对设计管线路由位置进行每间隔30m进行挖掘机普探，在挖掘机普探中找出岩石段进行标注，普探完成后找出最佳线路路由位置，最佳线路位置应岩石少、岩石埋深深、位于河漫滩地段、水量小地段、地上附着物少地段、利于开挖地段、利于改移河道地段，根据选定的最佳线路路由调整设计，确定最优线路路由进行开挖施工。
由于管线路由位于河道漫滩地受伊河河水的影响，管道开挖施工将受到很大限制。确定管道路由后，应根据河道流水方向及状态，将表层河道河流采用筑岛的方式，进行河水分段改道，分段开挖，分段回填并根据丰水期、枯水期的特点选择不同的筑岛方式；枯水期可采用，就地使用挖掘机开挖沟槽引导河水，对河道进行改道；丰水期可采用，挖掘机开挖沟槽，并根据丰水期伊河河水流量，留出管道施工区域，其它区域依然作为河道，在施工区域外围进行筑岛，筑岛高度为：河水丰水期最高水位加1.5m，并在筑岛的河水面采用铅丝石笼进行加固处理。可有效降低减小洪水对管道施工的破坏。
由于管道路由位于河道漫滩地受伊河河水的影响，在砂卵石层开挖且有下层潜水，沟槽开挖应采用分段，采用1:1放坡开挖。开挖中沟槽土方应离开沟槽顶部2.0m以外，以降低沟槽塌方。在开挖过程中标注好岩石段的位置、长度、埋深。如河道下层潜水较深段落：采用破碎锤破除岩石达到设计深度（破碎锤在有水状态下最大破除深度为1.5m，超出1.5m水将淹没气孔，不能破除岩石）。如河道下层潜水较浅段落：根据岩石段标注的位置、埋深、长度采用钻孔台车进行水下爆破作业，根据爆破原理及爆破效应，爆破钻孔深度应应超出设计深度1.0m；爆破时根据爆破范围，对预制焊接的管道采用沙袋捆绑、轮胎捆绑、树枝覆盖管道的措施进行保护已经预制的管道，爆破完成后及时检查预制管道的保护受损情况，及时进行修复处理。如岩石段河道渗水率较低的段落：可采用黄土封堵沟槽两端，沟槽迎水面一侧填充黄土封堵，采用机械降水方法，降低河道下层潜水，降水完成后，采用机械破除岩石至设计深度。
四、 管道沉管及管道保护问题的探讨：
由于需在无水状态下进行布管、焊接、探伤试验等。管道需在河道漫滩地进行预制焊接，造成管道预制焊接、探伤完成后需将管道安装至沟槽底部设计位置。受表层流水、下层潜水的影响，机械降水降水速度无法大于砂卵石层的渗水率。管道受浮力的影响，无法自动沉降至沟槽底部。应采取措施使管道降至沟槽底部，以满足设计要求。
具体措施为：
可采用土袋满包，加重管道重量，吊装至沟槽中部水面，使管道自由沉降至沟底设计位置。该施工方案成本高、工期长、不利施工组织；
采用橡胶板分段缠绕管道，做出标记，将管道吊装至沟槽中部水面，挖掘机料斗上缠绕柔性轮胎，机械分段按压将管道至管沟底部，管道安装到位后分段采用河道筛分的细骨料（中粗砂）进行回填。该施工工法，经阴频检测试验，无一防腐层破损情况发生。
岩石段破除段管道的保护：由于岩石破除段在水下进行破除，会出现不规则岩石棱角，割伤长输管线防腐层，岩石段管道保护+采用土带抛填铺底，以防止岩石棱角划伤管道防腐层。普通开挖段及岩石破除段管道顶部保护措施为：采用塔尺分段测量管道位置及埋深情况，做好标记，采用河道分筛的细骨料（中粗砂）回填至管道顶部0.5m位置；0.5m至河床顶部采用筛分出的粗骨料（卵石）进行回填，可有效保护管道。对于采砂严重地段：表层1.0m以上，采用铅丝笼装填粗骨料（卵石）进行覆盖保护，铅丝笼石笼高度，高于河床面0.3-0.5m，既防止河道冲刷造成的细骨料堆积管道四周现象又起到警示作用。
五、管道水工保护措施问题的探讨：
管道路由位于伊河河道漫滩地及横穿伊河河道约40处，管道水工保护设计采用间隔20m设置M10浆砌片石截水墙；横穿河流段采用管道横穿河流下侧设置M10浆砌片石防冲墙。
由于伊河丰水期水量较大，洪水流速达到20m/s，流量为100-200m3/s，丰水期水量较大，平水期，表层有不间断流水、下层潜水丰富，采用机械降水成本高、且机械降水量远远小于河道漫滩地下潜水的渗透速率，无法将下潜水降底至基底。
设计图纸采用的M10浆砌片石存在购买、运输等因素；施工成本增大，工期增长，设计的M10浆砌片石水工保护工程无法进行施工作业；河道内原有级配砂卵石清洁度高，级配好，通过筛分就地取材作为混凝土使用的粗、细骨料，可大大节约成本，降低工程造价。
将原设计的M10浆砌片石截水墙、防冲墙变更为C25混凝土截水墙、防冲墙，可大大降低工程施工成本、节约工期、降低对生态环境的破坏。由于下层潜水流速小，截水墙、防冲墙采用水下混凝土浇筑施工工法，受下层潜水有流动性，浇筑的水工保护混凝土方量小等因素的影响，水下混凝土浇筑应添加早强剂，以利于混凝土尽早凝固。确保混凝土的坚固性和耐久性。
截水墙施工顺序：制作定型钢模板→安装模板→浇筑水下混凝土→混凝土初凝后→拆除模板→回填水工保护四周土方→恢复河道原始状态；
横穿河道防冲墙施工顺序：改移河道→分段开挖防冲墙基础→制作定型钢模板→安装模板→浇筑水下混凝土→混凝土初凝后→拆除模板→分段开挖施工→浇筑完成整段横穿河流防冲墙→恢复河道原始状态；
六、定向钻穿越部分位于河道施工问题的探讨：
该标段设计六个定向钻，长度分别为：一钻：730m；二钻：970m；三钻：830m；五钻：345m；六钻一：320m；六钻二：540m；定向钻合计长度为：3735m；定向钻穿越在龙脖山、前嘴上、北乡、毛家坡附近处穿越五座山体，根据地质勘查报告：定向钻穿越山体部分岩石多为：微风化花岗岩：褐红、黄褐色，粗面状结构，块状构造，主要成分为长石、斜长石及少量暗色矿物，中等风化，岩体较完整。岩石基本质量等级Ⅴ级。岩体有裂隙、破碎带出现。定向钻进出口全部位于伊河河道；河道上侧有062县道，无法占用。伊河枯水期水量小、流速底；丰水期洪水流速达到20m/s，流量为100-200m3/s，水深达到2.0-2.5m；
根据地质资料、设计定向钻出入口位置、当地的气候特征，定向钻穿越施工场地必须筑岛才能开工，如不进行筑岛施工，丰水期洪水会造成定向钻机械设备的严重破坏，筑岛不可采用围护周边的方式筑岛；定向钻穿越钻机机组由定向钻机、泥浆泵、发电机机组、泥浆分离器、膨润土堆放场、泥浆池、钻杆堆放场组成；定向钻施工平台筑岛面积不得小于30*40m；
定向钻施工平台筑岛的计算高度、面积时，应根据伊河历史最大水量、流速进行计算；计算时定向钻施工平台占用河道的面积，按照减小、降低河道流域的最不利因素进行计算，必须留出泄洪通道的位置，以便丰水期洪水能够较快泄洪，以确保施工安全。定向钻施工平台可采用河道内的砂卵石进行筑岛作业，根据伊河水位及流量、流速，岛外侧需采用铅丝石笼进行整体围护；在定向钻施工平台上游设置铅丝石笼分水坝，将水流进行分流，以降低丰水期洪水直接冲刷定向钻施工平台；如定向钻施工平台占用河道流域面积过大，可在迎水面岛外侧设置混凝土防冲墙进行围护，以确保施工安全。
定向钻在河道施工必须确保泥浆不得污染河道，河道内泥浆池必须采用无渗漏处理，施工完毕后，将泥浆分离后进行无害化外运处理，严禁泥浆污染河道；定向钻在河道施工完毕后，及时恢复、疏通河道，保持河道的原有状态。
六、隧道工程在伊河河岸穿越山体应用的探讨：
在该标段鹞子崖山体处，山体直线长度为100m，山体右侧为20m宽的伊河，该段伊河为漂流公司新建的景观，漂流道，经多方协调不得破坏，只能从漂流道上游横穿伊河。穿越鹞子崖山体可选方案为：1、定向钻穿越；2、隧道工程穿越；两种施工方案可比性分析：.png)
.png)
根据两种施工方案可比性分析，选择隧道工程穿越鹞子崖山体，节约成本160-190万元。
.png)
隧道工程与定向钻穿越工程方案比选图
该长输管线工程，隧道施工情况为：
1.断面设计为:
平巷掘进宽度：B=200cm
平巷掘进侧墙高度：h1=100cm
拱高：h2=B/2=200/2=100cm
掘进断面积S=2×1+（π×12）×（1/2）=8.28m2
2.爆破参数设计
1）炮孔布置
（1）掏槽形式及掏槽孔参数：因为掘进面积较大，为了取得较好的掏槽效果及较大的炮孔利用率，比较《凿岩爆破工程》上所介绍的几种掏槽形式，最后采用锥形掏槽，掏槽孔4 个，因为一次掘进长度较小，且为成本考虑，决定不布置空孔（炮孔布置图如图六，掏槽孔布置如图七）。
.png)
图六 炮孔布置图
（2）掏槽孔参数：
炮孔与工作面夹角=60°
炮孔深度L=1.7m
相邻炮孔间距离：425mm
孔口距离：425mm
孔底距离：200mm
（3）辅助孔参数：孔间距取300mm.
（4）底孔参数：孔间距取425mm.
（5）周边孔参数：孔间距取290mm
2）总装药量的估算
(1)炸药单耗：根据《隧道爆破单位耗药量表》可知炸药单耗取q=1.3kg/m3 ，
(2)V =1.0×V=6.07m3
(3)Q= qV=1.3×6.07=7.89kg
5、爆破参数的确定
凿岩机钻孔直径为40mm，掏槽孔孔深1.7m。使用岩石膨化硝铵炸药，150g/卷，炸药单耗1.2kg/m3，每循环炸药总消耗量Q=qv= 1.3×6.07=7.89kg，爆破各项参数见表一。
.png)
表一 平巷掘进的各项参数
.png)
3、装药结构，起爆方式和起爆网路设计
1、装药结构
掏槽孔、辅助孔采用连续装药结构(如图八），周边孔采用不耦合分段装药（如图九）；
2、起爆方式和起爆网路
孔内采用延时导爆管雷管，采用塑料导爆管传爆及岩石膨化硝铵炸药，起爆网路设计设计成并联网路，掏槽孔先引爆，辅助孔其次，随后是顶孔、周边孔，底孔最后引爆。
隧道工程完工后，采用SBS或橡胶板缠绕燃气管道，以免管道防腐层的破坏，管道安装完成后，管道及管顶0.5m采用C25混凝土浇筑施工，可有效保护管道，隧道两端洞口采用M10浆砌片石封堵，并设置检漏孔。
隧道工程在长输管线施工选择方案中应考虑：由于隧道工程选线更加优化，受场地及施工作业带影响小，长输管线隧道工程长度宜为：100-200m长度；岩石特性应为硬质岩，节理不发育，无软弱面或夹层，层状岩层厚度为厚层，层间结合良好，岩石单轴饱和抗压强度应Rc＞30MPa，（岩石强度稳定，岩石单轴饱和抗压强度高，隧道工程可采用全断面开挖，只设计初期支护或临时钢拱架支护即可）。可大大节约工程成本，可有效的节约工期，经济技术效果显著。
沿山区河道长距离敷设天然气管道施工，线路选线上，优化管线线路路由，降低施工难度及施工成本，在开挖回填施工中，由于河水的影响，采用引流、筑岛、水下安装的方式进行施工，可大大节约工程成本。在河道水工保护施工中，就地取材，采用水下混凝土浇筑，可有效保护生态环境，确保工程质量的坚固性、耐久性。可大大降低工程造价。采用“新奥法”隧道工程施工，有效的节约工期，可在不同山体状态下进行施工，隧道工程可采用直线、曲线隧道等，受环境影响因素小，只考虑管道安装施工即可，经济技术效果显著。
论文作者:牛纪伟1,李亚飞2
论文发表刊物:《工程管理前沿》2020年3期
论文发表时间:2020/4/3
标签：河道论文; 管道论文; 岩石论文; 沟槽论文; 山体论文; 隧道论文; 混凝土论文; 《工程管理前沿》2020年3期论文;