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定向钻穿越曹娥江堤防抗滑稳定分析

范文

柴文琦殷学成李树巍

摘要：本文模拟绍兴—杭州成品油管道工程定向钻穿曹娥江堤防，分析研究定向钻穿越工程对曹娥江堤防安全稳定的影响，并提出相应的补偿保护措施，避免因施工造成大范围扰动堤防附近的土层。

关键词：定向钻;曹娥江堤防;抗滑稳定

中图分类号：TE973.4文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）28-0061-03

Analysis of Stability Against Sliding While Directional Drilling

Pipe Penetrating Caoe River Dike

CHAI Wenqi YIN Xuecheng LI Shuwei

（Reconnaissance and Design Institute， Qiantang River Administration of Zhejiang，Hangzhou Zhejiang 310016）

Abstract： This paper simulated the Shaoxing-Hangzhou oil product pipeline project directional drilling through the Caoe River dike， analyzed and studies the impact of directional drilling crossing project on the safety and stability of Caoe River dike， and put forward corresponding compensation and protection measures to avoid large-scale disturbance of soil layer near the dike due to construction.

Keywords： directional drilling;Caoe River dike;stability against aliding

1 定向钻管道穿越施工概述

定向钻管道穿越施工作为新兴的地下非开挖施工技术，由于可避开河道堤身、避免直接损坏堤防，同时兼具工期短及工程造价较低的优势[1-3]，近年来得到了快速发展。但是，定向钻管道穿越施工时会不可避免地扰动堤防工程的地基，降低土层抗剪强度，从而在一定程度上降低堤防的地基承载能力，提升堤防整体抗滑失稳的风险[4]。因此，上级主管部门尤为关心定向钻管道穿越技术对堤防防洪安全的影响[5]。本文模拟绍兴—杭州成品油管道工程定向钻穿曹娥江堤防，分析研究定向钻穿越工程對曹娥江堤防安全稳定的影响，并提出相应的补偿保护措施。

2 工程概况

绍兴—杭州成品油管道工程（以下简称“绍—杭管道”）穿越曹娥江堤防某处，管径Φ406.4直缝埋弧钢管，穿越长度约为1 210 m，右岸入土点距堤脚95 m，入土角取10°，左岸出土角距堤脚85 m，出土角取10°，穿越管段在曹娥江下，高程为-18.00 m。定向钻穿越工程与曹娥江两岸堤防关系统计如表1所示。

3 管道穿越工程对堤防抗滑稳定的影响

3.1 管道穿越工程段曹娥江堤防

曹娥江长182 km，流域面积约为6 068 km2，是钱塘江的主要支流之一。其主流澄潭江发源于磐安县尚湖镇城塘坪，自南往北流经新昌县镜岭、澄潭、梅渚，至嵊州市苍岩，流向转为东北，至下南田，右纳新昌江、再下行左汇长乐江，北流4 km至万年亭附近，黄泽江由右岸汇入，向北流经屠家埠、三界镇入上虞市境，沿江右岸有里东江（嵊溪）、盛岙溪，左岸有陆康溪等支流汇入，蜿蜒向北经章镇右纳隐潭溪、下管溪，继续下行左纳范洋江、小舜江，至百官镇以北后折向西北，先后从马山闸、新三江闸纳萧绍平原内河诸水，在新三江闸下游约15 km处已建成曹娥江大闸，山区及平原来水经调蓄后注入钱塘江河口段。

曹娥江定向钻穿越位于曹娥江上中游河段，穿越工程两岸为曹娥江堤防工程，设计标准为100年一遇。其中，左岸堤顶高程为9.66 m，堤顶宽度为7.0 m;右岸堤顶高程为9.50 m，堤顶宽度为7.0 m。根据现场的工程地质情况，定向钻穿越段地质分布自上而下分别为：①-1堤身素填土（层厚[ΔH]=5.5 m）、②-2砂质粉土（层厚[ΔH]=9.5 m）、③-2淤泥质粉质黏土（层厚[ΔH]=19.6 m）、④-1粉质黏土（层厚[ΔH]=5.1 m）、④-2淤泥质粉质黏土（层厚[ΔH]=4.8 m）。土体模型参数见表2。

3.2 计算方法

本工程堤岸的整体抗滑稳定分析选用《堤防工程设计规范》（GB 50286—2013）中推荐的瑞典圆弧法，其抗滑稳定安全系数[K]的计算公式为[6]：

式中：[K]为整体稳定系数;[Wi]为土条自重，kN;[Qi]、[Vi]为水平和垂直地震惯性力，其中[V]向上为负，向下为正，kN;[u]为作用于土条底面的孔隙压力，kN/m2;[α]为条块重力作用线与通过此条块底面中点的半径之间的夹角，°;[b]为土条宽度;[c']为土条底面的有效凝聚力，kN/m2;[φ']为有效内摩擦角，°;[R]为滑动圆弧的半径，m;[MC]为水平地震惯性力对圆心的力矩，kN·m。

3.3 计算工况及计算成果分析

为分析定向钻穿越曹娥江堤防的抗滑稳定影响，本文研究选取两种最不利工况。

3.3.1 背水坡。在百年一遇设计洪水位下，堤防形成稳定渗流后，左右岸背水坡一侧无水的情况下（可取其地面高程），计算背水坡的抗滑稳定系数。

3.3.2 迎水坡。外江水位由100年一遇设计洪水位骤降落至低水位，左右岸背水坡一侧无水时（取其地面高程），计算迎水坡的抗滑稳定系数。

根据穿越断面的地质资料、曹娥江水位条件及工程两岸堤防现状，分别计算穿越工程实施前后曹娥江堤防的抗滑稳定系数。由于定向钻施工时会造成堤防地基土层的扰动，从偏于工程安全考虑，在计算管道施工时的堤防整体稳定，拟将土层参数指标作适当折减。

从表3可知，土体受穿越管道施工扰动后，地基土层的物理力学指标（凝聚力和内摩擦角）有一定程度的降低，待穿越管道工程建设完成后，曹娥江左右岸堤防的整体稳定系数有所下降，但各工况计算所得整体稳定安全系数都大于规范允许值，满足《堤防工程设计规范》（GB 50286—2013）的要求。

4 结论与建议

①穿越工程建设前后，通过曹娥江堤防的整体稳定分析计算结果得出：每种计算工况下穿越工程段曹娥江两岸堤防的整体稳定系数较工程建设前有所降低，但均符合规范要求。

②考虑定向钻穿越曹娥江堤防的施工影响，采用对穿越堤段进行灌浆及对牵引管周围注浆等后加固措施，加强海塘的整体性，补偿降低的海塘整体抗滑稳定系数。

③定向钻穿越曹娥江堤防工程施工时，应加强岸坡保护和监测，尽量避免因施工造成大范围扰动堤防附近的土层。

参考文献：

[1]朱乃榕.西气东输工程管道穿越建筑物结构稳定及渗透研究[D].南京：河海大学，2005.

[2]余剑平，胡维忠.定向钻穿越堤防对堤基的影响及防渗工程设计[J].人民长江，2006（8）：81-83.

[3]张军，于得万.石油管道穿越河渠工程的防洪影响分析[J].水利规划与设计，2013（10）：20-23.

[4]罗武胜，鲁琴，徐涛，等.水平定向钻进轨迹最优化设计方法研究[J].岩土工程学报，2005（6）：726-728.

[5]李晓新.水平定向钻穿越水域工程防洪问题浅析[J].中国防汛抗旱，2012（3）：42-43.

[6]中华人民共和国住房和城乡建设部.堤防工程设计规范：GB 50286—2013[S].北京：中国计划出版社，2013.

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