南水北调配套工程非开挖水平定向钻穿越技术

王 伟

（沧州水利勘测设计院，河北 沧州061000）

南水北调配套工程非开挖水平定向钻穿越技术

王 伟

（沧州水利勘测设计院，河北 沧州061000）

南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元由于线路较长，管线多处穿越了公路、河流等。在穿越公路及河流的工程设计中，通过方案比选大量采用了不污染环境、不影响（或少影响）交通、施工周期短、综合成本低的非开挖水平定向钻穿越技术。该技术的应用有效地解决了传统的“开膛破肚”式管线施工导致的社会问题、交通问题和环境污染等问题。

非开挖技术；水平定向钻孔；穿越；南水北调

1 工程概况

非开挖水平定向钻管线铺设工程技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管道进行铺设、维修、更换或探测的一门施工技术。在施工过程中应用了定向钻进技术的原理，极大地降低了地下管线施工对河流、交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响。目前在水利、石油、天然气、电力、通讯、供热等管道铺设与维护领域得到了广泛应用，是当今非开挖铺设各类地下管道的主要施工方法之一。

沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元是通过石津干渠与南水北调中线总干渠相连，通过石津干渠设置的分水口门分别向泊头市交河镇、东光县、吴桥县、泊头市和青县地表水厂供水，为各供水目标城区提供生活、工业用水。本工程包括泊头市交河镇输水管道工程、东光—吴桥输水管道工程、泊头市输水管道工程及青县输水管道工程，线路总长133.71km。

由于线路较长，管线多处穿越了公路、河流、铁路等。除穿越铁路按照铁路部门的要求采用钢筋混凝土箱涵穿越方式外，在穿越公路及河流设计中采用了非开挖水平定向钻穿越技术。

2 穿越公路设计

本工程穿越公路设计主要为穿越Ⅲ级以下公路和穿越国道、省道、高速、城区公路等高等级公路两大类。

Ⅲ级以下公路车流量、车荷载均较小，设计中采用开挖穿越方式。施工中需修建临时辅道（泥结石路面）以解决交通问题。

高等级公路车流量较大，采用开挖穿越方式势必会造成交通中断或拥堵，因此本次设计只对采用非开挖顶管穿越和非开挖水平定向钻穿越进行比选。以第一设计单元中青县输水管道工程穿越的一条路面宽40m高等级公路为例，对两种穿越方案进行比选。

2.1 非开挖顶管穿越方案

青县输水管道工程管道设计直径为DN1000mm，顶管选用DN1800钢承口式顶进施工法钢筋混凝土排水管 （DRC）Ⅲ级管，顶进长度60m，顶管内穿DN1000钢管，壁厚12cm。施工中首先在公路两侧设置工作井和接收井实施顶进作业，工作坑及接收坑底尺寸均为6.0m×6.5m，深6.0m，采用插打I45a工字钢结构，［20槽钢横向支撑，每根工字钢长14m，以确保坑的稳定及公路行车安全。工作坑基底铺设50cm厚C20混凝土垫层，导轨连接件预埋其中，导轨置于混凝土上。后背墙采用C25钢筋混凝土，导轨采用60kg钢轨；然后实施顶进作业和输水管道安装；最后进行土方回填等后续工作。

非开挖顶管穿越方案工程投资如表1。

表1 顶管方案工程投资

2.2 非开挖水平定向钻穿越方案

非开挖水平定向钻穿越管材选用DN1000PE（PE100级、SDR17）管材,穿越长度120m。施工步骤主要由钻进液配制、管线焊接及检验、钻进导向孔、扩孔清孔、管线铺设施工等几部分组成。施工中应保障采用高质量泥浆，机械运行无故障，在扩孔完成后，可通过牵引将PE管拉入孔内，牵引力不得大于设计要求，以防止管体拉伤破坏。

水平定向钻方案工程投资如表2。

表2 水平定向钻方案工程投资

通过以上比较可知，非开挖水平定向钻穿越方案较非开挖顶管穿越方案投资较少,加之非开挖水平定向钻施工较非开挖顶管施工工序简单，工期较短，经经济技术综合比较，设计中穿越高等级公路时采用非开挖水平定向钻穿越方案。

3 穿越河流设计

沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元在穿越较大型河道时拟采用开挖穿越、非开挖水平定向钻进穿越及管桥穿越3种方式。因较大型的河道施工期内河道积水较多，开挖穿越和管桥穿越在施工中需要做导、截流工程，且在施工完成后需要对管线上、下游迎水面堤坡采取防护措施，施工工程量较大，工期较长。而采取非开挖水平定向钻进穿越方式从河道底部穿过，对河道正常过水没有影响，不需要做导、截流工程；施工后对河道扰动较小，也不需要对管线上、下游迎水面堤坡采取防护措施；另外，非开挖水平定向钻进穿越工期较短，一般只需1～2d即可完成主体工程穿越。因此，本工程穿越设计采用非开挖水平定向钻进穿越方式。

目前，国内采用水平定向钻进技术穿越时管材主要有两种：聚乙烯管（PE）和钢管（SP）。

3.1 管材性能比较

钢管（SP）的抗拉强度、屈服极限高，抗外力破坏、抗扭曲能力强，但钢管（SP）抗腐蚀差，工程中需对钢管进行内外防腐以延长钢管使用寿命。

聚乙烯（PE）管道断裂延长率非常高，具有非常优异的柔韧性，具备优良的抗划痕能力、抗不均匀沉降及抗震性。另外聚乙烯（PE）材料具有优良的耐腐蚀性，且允许弹性敷设段曲率半径较钢管小很多。

3.2 穿越长度比较

以青县输水管道工程管线穿越捷地减河为例，输水管道工程管道设计直径为DN1000mm，根据CJJ63—2008《聚乙烯燃气管道工程技术规程》及GB50423—2013《油气输送气管道穿越工程设计规范》，计算出的聚乙烯管（PE）（PE100级、SDR17）最大穿越长度307m，钢管（SP）（t=16mm）最大穿越长度1800m。钢管（SP）的穿越长度较聚乙烯管（PE）长很多。

综上可知，钢管（SP）的优点是强度高，抗外力破坏能力强，穿越距离长；缺点是弯曲半径较大，且抗腐蚀性能较差，需对钢管进行内外防腐以延长钢管使用寿命。聚乙烯管（PE）的优点是不需要防腐，本身具有优良的耐腐蚀性，且具有良好的柔韧性，弯曲半径较小，能有效减少穿越长度；缺点是管材抗拉强度较低，穿越长度较短。

本工程在采用水平定向钻进技术穿越子牙新河、捷地减河、北排河、南排河等大型行洪、排沥河道时，由于穿越长度较长（均大于500m），因此穿越管材选用钢管（SP）。其他中小型河道穿越长度均在300m以下，穿越管材选用聚乙烯管（PE）。

4 结语

沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元穿越设计中大量应用了非开挖水平定向钻穿越技术。随着社会现代文明意识和环保意识的增强，这种非开挖的新技术因其不污染环境、不影响（或少影响）交通、施工周期短、综合成本低等优点必将受到大力推广及应用。

［1］GB50423—2013，油气输送气管道穿越工程设计规范［S］.

［2］CJJ63—2008，聚乙烯燃气管道工程技术规程［S］.

［3］水平定向钻进管线铺设工程技术规范［K］.北京：中国非开挖技术协会，2001.

［4］沧州水利勘测设计院.沧州市南水北调配套工程水厂以上输水管道工程第一设计单元初步设计报告［R］.2013.

Application of trenchless horizontal directional drilling crossing technology in the supporting project of South-to-North water diversion project

WANG Wei
（Cangzhou Institute of Hydrology Survey and Design,Cangzhou 061000,China）

The No.1 engineering design unit of water pipeline project in the supporting project of South-to-North water transfer project has a long line,and most pipelines crossed the roads and rivers.In the engineering design of crossing highways and rivers,through the scheme comparison,we adopt the trenchless horizontal directional drilling crossing technology,it has the advantages of less environment pollution,do not（or less） affect traffic,short construction period and low comprehensive cost and so on.The application of technology effectively solves the social problems,traffic problems and environmental pollution problems caused by the traditional type pipeline construction.

trenchless technology;horizontal directional drilling;crossing;South-to-North water diversion

TV5

B

1672-9900（2015）02-0075-03

2015-03-17

王 伟（1980-），男（满族），河北隆化人，工程师，主要从事水利工程设计工作，（Tel）13933989031。