采用定向钻方法进行穿越河流的天然气管线施工,需关注的主要环境问题是( )。
A 、施工对河流底栖生物的影响
B 、泥浆产生的环境影响
C 、施工爆破产生的振动影响
D 、施工产生的噪声影响
【正确答案:A】
该天然气管线以定向钻的方式施工穿越河流,首先应考虑是否会造成水体污染。水体污染不仅影响藻类和浮游动物的种类变化,而且影响底栖动物和鱼类种群数目。
1、 水平定向钻穿越施工工艺: 使用水平定向钻机进行管线穿越施工,一般分为二个阶段:第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔;第二阶段是将导向孔进行扩孔,并将产品管线(一般为PE管道,光缆套管,钢管)沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中,完成管线穿越工作.1.1 钻导向孔 要根据穿越的地质情况,选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达,开动泥浆泵对准入土点进行钻进,钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转(或使用泥浆马达带动钻头旋转)切削地层,不断前进,每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置,以便及时调整钻头的钻进方向,保证所完成的导向孔曲线符合设计要求,如此反复,直到钻头在预定位置出土,完成整个导向孔的钻孔作业.见示意图一:钻导向孔. 钻机被安装在入土点一侧,从入土点开始,沿着设计好的线路,钻一条从入土点到出土点的曲线,作为预扩孔和回拖管线的引导曲线.1.2预扩孔和回拖产品管线: 一般情况下,使用小型钻机时,直经大于200毫米时,就要进行予扩孔,使用大型钻机时,当产品管线直径大于Dn350mm时,就需进行预扩孔,预扩孔的直径和次数,视具体的钻机型号和地质情况而定.回拖产品管线时,先将扩孔工具和管线连接好,然后,开始回拖作业,并由钻机转盘带动钻杆旋转后退,进行扩孔回拖,产品管线在回拖过程中是不旋转的,由于扩好的孔中充满泥浆,所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态,管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑,这样即减少了回拖阻力,又保护了管线防腐层,经过钻机多次预扩孔,最终成孔直径一般比管子直径大200mm,所以不会损伤防腐层.见示意图二:预扩孔和示意图三:回拖管线. 在钻导向孔阶段,钻出的孔往往小于回拖管线的直径,为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3~1.5倍,需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径. 地下孔经过预扩孔,达到了回拖要求之后,将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好,从出土点开始,一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止.2、 水平定向钻施工的特点:2.1 定向钻穿越施工具有不会阻碍交通,不会破坏绿地,植被,不会影响商店,医院,学校和居民的正常生活和工作秩序,解决了传统开挖施工对居民生活的干扰,对交通,环境,周边建筑物基础的破坏和不良影响.2.2 现代化的穿越设备的穿越精度高,易于调整敷设方向和埋深,管线弧形敷设距离长,完全可以满足设计要求埋深,并且可以使管线绕过地下的障碍物.2.3 城市管网埋深一般达到三米以下,穿越河流时,一般埋深在河床下 9—18米,所以采用水平定向钻机穿越,对周围环境没有影响,不破坏地貌和环境,适应环保的各项要求.2.4 采用水平定向钻机穿越施工时,没有水上、水下作业,不影响江河通航,不损坏江河两侧堤坝及河床结构,施工不受季节限制,具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点.2.5 与其它施工方法比较,进出场地速度快,施工场地可以灵活调整,尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性,并且施工占地少工程造价低, 施工速度快.2.6 大型河流穿越时,由于管线埋在地层以下 9—18mm,地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少,所以起到自然防腐和保温的功用,可以保证管线运行时间更长.3、 水平定向钻机系统简介: 各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻具及附助机具组成,它们的结构及功能介绍如下:3.1 钻机系统:是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体,它由钻机主机、转盘等组成,钻机主机放置在钻机架上,用以完成钻进作业和回拖作业.转盘装在钻机主机前端,连接钻杆,并通过改变转盘转向和输出转速及扭矩大小,达到不同作业状态的要求.3.2 动力系统:由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力,发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力.3.3 控向系统:控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的具体位置和其它参数,引导钻头正确钻进的方向性工具,由于有该系统的控制,钻头才能按设计曲线钻进,现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统.3.4 泥浆系统:泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成,为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆.3.5 钻具及辅助机具:是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具.钻具主要有适合各种地质的钻杆,钻头、泥浆马达、扩孔器,切割刀等机具.辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头.穿越施工现场布置图 1. 入土点是定向钻施工的主要场所,钻机就布置在该侧,所以施工占地比较大,DD330钻机的最小占地为30×30M,当然也可以根据现场的实际情况作相应调整,DD60、DD-5的占地相应要小得多. 2.出土点一侧主要作为管道焊接场地,在出土点应有一块20×20M的场地作为预扩孔、回拖时接钻杆和安装其他设备时使用;在出土点之后有一条长度与穿越长度相等的管线焊接作业带.穿越实例 大沽沙穿越钻机场地布置 1998年9月到10月之间,在天津塘沽大沽沙海河,我公司仅用45天时间完成了两条Φ219×8,一条Φ426×9,长度为960米的管道穿越. 大沽沙穿越焊接场地(只显示了两条管道)水平定向钻穿越施工工艺流程图使用水平定向钻技术穿越河流和其它障碍物的施工方法在世界范围内得到了广泛的运用.水平定向钻穿越承包商协会认为:在工程项目招投标过程中,水平定向钻承包商应设法获取尽可能多的相关信息以提出完整并具竞争力的报价,承包商在开工前应该获得以下信息,以保证日后的工作可以顺利进行,并在此条件下完成工程项目的施工,同时足够的施工前的各类信息还可以保证施工过程更安全,减少对周围环境的破坏,使工程进行的更顺利.一、概 述 A、发展与使用水平定向钻技术最早出现在70年代,是传统的公路打孔和油田定向钻井技术的结合,这已成为目前广受欢迎的施工方法,可用于输送石油、天然气、石化产品、水、污水等物质和电力、光缆各类管道的施工.不仅应用于河流和水道的穿越,同时还广泛应用于高速公路、铁路、机场、海岸、岛屿以及密布建筑物、管道密集区等. B、技术限制 定向钻施工技术首先应用于美国海岸地区的冲积层穿越,现在已经能够开始在粗沙、卵石、冰碛和岩石地区等复杂地质条件下进行穿越施工.最长的穿越施工已达6000英尺、管道直径为18英寸. C、优势 事实证明:水平定向钻穿越是对环境影响最小的施工方法.这项技术同时还可以为管道提供最的保护层,并相应减少了维护费用,同时不会影响河流运输并缩短施工期,证明是目前效率最高,成本最低的穿越施工方法. D、施工过程和技术1、导向孔:导向孔是在水平方向按预定角度并沿预定截面钻进的孔,包括一段直斜线和一段大半径弧线.在钻导向孔的同时,承包商也许会选择并使用更大口径的钻杆(即冲洗管)来屏蔽导向钻杆.冲洗管可以起到类似导管的作用,还可以方便导向钻杆的抽回和更换钻头等工作.导向孔的方向控制由位于钻头后端的钻杆内的控制器(称为弯外壳)完成.钻进过程中钻杆是不做旋转的,需要变换方向时若将弯外壳向右定位,钻进路线即向右沿平滑曲线前进.钻孔曲线由放置在钻头后端钻杆内的电子测向仪进行测量并将测量结果传导到地面的接收仪,这些数据经过处理和计算后,以数字的形式显示在显示屏上,该电子装置主要用来监测钻杆与地球磁场的关系和倾角(钻头在地下的三维坐标),将测量到的数据与设计的数据进行对比,以便确定钻头的实际位置与设计位置的偏差,并将偏差值控制在允许的范围之内,如此循环直到钻头按照预定的导向孔曲线在预定位置出土. 2、预扩孔: 导向孔完成后,要将该钻孔进行扩大到合适的直径以方便安装成品管道,此过程称为预扩孔,(依最终成孔尺寸决定扩孔次数).例如,如需安装36英寸管线,钻孔必须扩大到48英寸或更大.通常,在钻机对岸将扩孔器连接到钻杆上,然后由钻机旋转回拖入导向孔,将导向孔扩大,同时要将大量的泥浆泵入钻孔,以保证钻孔的完整性和不塌方,并将切削下的岩屑带回到地面. 3、回拖管道:预扩孔完成以后,成品管道即可拖入钻孔.管道预制应在钻机对面的一侧完成.扩孔器一端接上钻杆另一端通过旋转接头接到成品管道上.旋转接头可以避免成品管道跟着扩孔器旋转,以保证将其顺利拖入钻孔.回拖由钻机完成,这一过程同样需要大量泥浆配合,回拖过程要连续进行直到扩孔器和成品管道自钻机一侧破土而出.二、现场布局和设计 A、道 路 施工现场两侧都需要重型设备,为缩减成本,通往两侧施工现场的道路应尽可能利用现有道路以减少新修道路距离,或利用管道线路的施工便道,所有相关道路使用权的协议都应由业主提供,在投标阶段再来讨论这些问题为时已晚. B、工作场地1、钻机一侧——钻机施工场地至少需要30M(100FT)宽,长45M(150FT)的面积.该面积从入土点算起,入土点应位于规定的区域内至少3M(10FT)处,同时由于许多钻机配套的设备或配件没有规定的存放地点,所以钻机一侧施工现场可由许多不规则的小块组成,以便节省占地面积,现场尽量要平整,坚硬,清洁,以便有利于进行施工.由于穿越施工时需要大量的淡水供搅拌泥浆用,所以施工现场要尽量靠近水源或便于连接自来水管道的地方.2、管道一侧----为便于预制成品管道,管道一侧要有足够长度的施工现场,这也是要重点考虑的事情.现场宽度应满足管道施工的需要(一般为12----18米).同样在出土点一侧也需要30米(100FT)宽乘以45米(150FT)长的施工现场.总长度以能够摆放下所预制的管道为准,(场地的总长度一般为穿越管道长度再加上30米,)在回拖前,要将管道预制完成,包括焊接,通球,试压防腐等工序,在回拖过程中,不能再进行管道的连接工作,因为回拖过程是要连续进行的,若此时进行管道连接将可能造成地下孔洞的塌方,极可能造成整个工程施工的失败. C、施工现场勘察 一旦施工地点确定,应对相应区域进行勘测并绘制详细准确的地质地貌图纸.最终施工的精度取决于这一勘测结果的精度. D、施工设计参数1、覆盖层厚度----考虑的因素包括所穿越河流的流量特征,季节性洪水冲刷深度,未来河道的加宽和加深,现有管道和电缆的位置等因素.一旦确定了施工地点并完成地质调查,穿越层的厚度也就确定了,一般来说,覆盖层应至少是6米(20FT)厚.以上仅是针对河流穿越而言的,对于其它障碍物的穿越会有另外的要求. 2、钻进角和曲率半径----在大多数穿越施工中,入土角通常选择在8--12度之间,多数施工应首先钻一段斜直线,然后再钻一段大半径曲线.此曲线的曲率半径由成品管线的弯曲特性决定,随直径增大而增大,钢管道曲率半径的拇指法则是100FT/IN(一般取管道直径的1000—1200倍).斜直线将导向孔曲线按照预定的走向引导到设计的深度,然后是一段在此深度上的长长的水平直线,然后到达向上的弯曲点再到出土点.出土角应控制在5-12度之间,以便于成品管道的回拖. E、钻孔施工 所有的测向控向工具都包括地下测量电子设备和地面接收设备,可以测得钻头所在位置的磁方位角(用于左/右控制)和倾斜角(上/下控制)以及钻头的钻进方向. 1、精度:穿越施工精度很大程度上取决于磁场的变化.例如,大型钢结构(桥梁,桩基,其它管道)和电力线路会影响磁场读数.而穿越出土点的导向孔目标偏差值应控制在左右3米(10FT),长度——3米~10米(-10~30FT)的范围内. 2、完工图纸:一般来说,导向孔的测量和控制应在钻导向孔时每钻进一根钻杆或隔9米(30FT)测量计算一次.以上测量计算完成的导向孔施工图纸承包商应向业主提供.也有采用替代方法如陀螺仪,穿地雷达和智能清管球用来做定位工作.三、地质调查 A、探孔数量 探孔数量取决于计划穿越地点的地层情况及穿越长度.如果穿越长度为300米(1000FT),在两侧的穿越工地各钻一个钻孔就足够了,如果钻孔结果表明该地区地质状况比较单一,就不必进行进一步的钻探取样.如果勘探报告表明该地区地质条件比较复杂,或者发现有岩石或有粗沙层存在,这时就需要做进一步的详细的地质调查.长距离大口径穿越施工时,如出现粗砂,卵石,风化岩或硬岩应每隔180米----240米(600--800FT)取样一次,若有明显迹象表明地质结构异常复杂,这时就需要打更多的地质探孔进行更多的采样工作.所有采样探孔都应沿穿越断面方向,采样深度以计划的穿越深度为准.如有可能,取样探孔最好选在穿越中线一侧约8米(25FT)处.勘探任务完成后,探孔必须封好以防止在施工过程中的泥浆泄漏. B、探孔深度 所有的探孔深度都应至少达到穿越点以下12米(40FT)或预定的穿越深度以下6米(20FT),两者之中取其大者.有时将穿越深度定的深一些或实际穿越曲线比设计的位置深一些,无论对承包商还是对业主来说都是很有益的,关键是穿越位置要选在地层结构一致的利于成孔的地层中进行,这样才利于穿越的成功. C、土壤的标准分类一名合格的地质技师或地质学者,应能依据统一土壤分类系统或ASTM设计书D-2487和D2488对材料进行分类.能够拥有一份由现场技师或钻探公司提供的现场钻探记录,对以后的施工将是非常有益的,此记录会包括对材料的目测分类以及由钻探公司根据取样结果对地层结构所做的解释和评价. D、标准穿刺测试SPT为了更好地确定颗粒材料的密度,地质工程师通常会依据ASTM规范D1586做标准穿刺测试SPT.这是一种现场测试方法,利用标准重量的重锤将勺形取样器打入土层中的一定深度,记录下进入到12寸深时的击打次数.所获数据即为标准穿刺阻力值并可用于估算试验地点非聚合土壤的相对密度.也有些钻探公司会选择在结合性土壤或岩石地区进行小范围的这项试验,以此来确认密实土壤的一致性及岩石的硬度. E、取芯取样法 多数地质勘探公司更喜欢使用取芯取样器来获取地下岩心的样本,这些测试一般根据ASTM规范D-1587进行.除取样器为液压驱动的有锋利切割刃的薄壁无逢钢筒外,此类测试类似上述标准穿刺测试.需要的液压数值可在现场记录中找到,这种方法可取到相对完整的样本以便对其进行更详细的试验室分析.样本可在现场利用手持式穿刺仪分析,对于定向穿越来说,通常使用上述切割式勺状取样器即可满足施工需要. F、颗粒度分析 将样品进行颗粒度筛网分析,是对于用切割式勺状取样器在施工现场取得的颗粒状物质所进行的一种机械试验,这些样品被送到试验室,在通过一系列的筛网后,根据其颗粒的大小和重量得出不同粒径的百分比,这是最重要的试验之一. G、岩石情况如果在土壤勘测中发现岩层的存在,必须确定岩层类型,相对硬度和非限定性压缩强度,要由专业勘探公司利用金刚石钻头取芯桶进行取样,典型的岩心样本直径为50毫米(2英寸).岩石类型由地质专家根据岩心与总取心长度关系对岩石进行质量分类,岩石硬度依据岩石与以知硬度的十种材料相比较得知,压缩强度通过精确测量岩心然后进行压缩实验取得.这些数据属于岩石的物理参数,以便于确定采用什么类型的穿越设备和钻头,并且穿越进尺也可以估计到.穿越公司网上可以搜.我现在在做一个大项目,有很多穿越,不知道你具体是做什么的,有兴趣的话,大家互相讨论学习.
主要有崩塌、滑坡、泥石流、崩岸和特殊土地面变形等灾害。以下分灾种论述。
(一)工程建设引发崩滑灾害危险性的预测
管线穿越丘陵山区时,管道或从沟底穿行,或于沟坡穿越,依地势而敷设,需开挖深度约2m的沟槽。丘陵山区为坚硬或较坚硬岩体,风化带厚10~15m,构造线走向为北西西—北西或北北东,大部分地段与管线走向形成45°~90°夹角,一般不会形成顺向坡的开挖,因此大部分地段管道敷设开挖不会引发规模较大的滑坡。但因风化带厚,风化土体凝聚力低,呈松散砂状,开挖过程中引发小规模坍滑是有可能的。这种小型坍滑危害有限,一般只发生在沟槽开挖过程中,当管道埋置稳定并恢复原坡形态后,边坡便失去了坍滑的临空条件,预测危险性小。
管线穿越岗坡粘土分布区段时,展布高程40~70m,地形起伏小,施工过程中将开挖数米的深沟,挖方弃土就近堆积于线路边,这些弃土多座落于粘土层之上,加之原始地形具有一定的坡度,弃土置于其上,两者力学强度差异较大,界面处又往往是地下水富集、迳流的场所,若弃土边坡过陡或就近置于开挖深沟边,沿上述界面易形成软弱带,因此,在久雨或暴雨渗透下,这类弃土易产生滑移。开挖沟坡若由具膨胀性的粘土组成,在天然状态下,干湿反复交替,产生膨胀裂缝,致使水分更易进入土体,导致土体含水量逐渐增大而变软,强度降低。在降雨入渗等诱发因素的影响下,可能产生沟坡失稳滑移。通过上述分析,形成滑坡的规模有限,所以,地质灾害危险性小。
管线经过的湖北省大悟县大新店—大悟县城以南,出露地层是中上元古界红安群,由片岩、片麻岩、混合岩等坚硬或较坚硬岩体组成。地形坡角15°~250,坡体上植被发育。线路紧邻大悟河右岸边侧延伸,边岸上第四系冲洪积物堆积较厚,工程切坡后,在久雨、暴雨及河水的涨落浸泡冲刷下,易导致松散堆积物的崩滑。在基岩边坡中,由于岩层软硬相间,各种构造结构面又较为发育,岩石的风化程度也较高(片岩多呈强风化状态),当形成顺层切坡时,也容易导致边坡的失稳滑移。所以,本段地质灾害的预测评估为中等。
管线经过的湖南省汩罗向家镇、弼时镇南部一带,即长沙末站到湘潭支线0~15km和长沙末站至丁字镇油库支线的0~9km段,出露地层有上元古界板溪群变质砂岩、千枚状板岩等,以变质砂岩为主,风化程度较高,呈强风化状态,地形坡度较陡,工程切坡较大,预测风化层产生崩滑的可能性较高,地质灾害危险性中等。
管线经过的湖南省浏阳河南岸长沙末站—湘潭支线的53~60km、76~92km段,为丘陵陡坡区,坡角20°~30°,出露地层岩性由上元古界板溪群变质砂岩、千枚状板岩及泥盆系石英砂岩、粉细砂岩、白云岩、灰岩组成,工程地质岩组软硬相间,软质岩多呈全—强风化状态,硬质岩呈弱~微风化状态,变质岩为中等风化。由于岩层软硬相间,地形坡度较陡,地质构造发育,人类经济工程活动强烈,工程切坡后,在久雨或暴雨下,易形成崩滑灾害,所以,地质灾害危险性预测为中等。
(二)工程建设引发泥石流危险性的预测
管道敷设时的沟槽开挖,将产生土石渣,部分土石渣将用于沟道回填埋管,但由于管道空间占据,仍将产生0.3m3/m的弃渣。管道经过丘陵山区长247km,在此段将留下74100m3的弃渣。这些弃渣将沿线就地堆填于地势低洼的冲沟、坡脚、山洼等地,将成为泥石流发生的部分固体物质来源。但由于弃渣并非集中堆放,一般多是危害不大的小型泥石流,预测危险性小。
(三)工程建设引发或加剧河流崩岸危险性的预测
管道工程将穿越13条主要的大中型河流,其中长江和大悟河流量最大,岸坡不甚稳定,历史上发生过较大崩岸。管道穿越河流采用大开挖、定向钻、盾构和隧道等施工方法(见表8-1)。
定向钻和盾构法的施工办法从河床底部侵蚀深度以下穿过。由于扰动了河岸、河槽的地质结构,地表、地下水流场均衡可能被打破,势必会引起河岸、河槽的侵蚀再造,以求新的平衡稳定。是否能够发生大的崩岸,这要看岸坡土体工程地质条件、河势变化、流量大小、人工防护等情况。现按由北向南的次序,对将穿越的10条主要大中型河流逐一预测。
1.大悟河
该河属长江一级支流,地貌属丘陵山区岗状地带,本工程首先在大悟县城南穿越大悟河,顺大悟河右岸穿行至孝昌县小河镇再次穿越大悟河,穿越处河道顺直,河床呈“U”型。河岸由上至下土体依次为粘土、细砂、粉质粘土,下部为砂卵石层,土体松散松软,强度低,但人工植被发育。洪水时最大流量3276m3/s,最大流速1.8m/s,最大冲刷深度2.5m。
预测大悟河管道穿越处,由于已有潜在岸崩段存在,在河水冲刷侧蚀及工程扰动下,施工引发河岸崩塌的可能性大,在洪水汛期施工可能引发两岸大规模崩塌产生。预测地质灾害的危险性为中等。
2.县河
位于孝昌县扬店,地处岗坡平原区,地势平缓,河谷两岸坡角5°~15°,河流水深通常2m左右,河谷呈“U”型,岸坡较陡,高 1.5~2.5m,河岸土体上部为粘土、下部为粉细砂、底部是砂卵石层。由于管线工程采用大开挖法穿越河道,在施工扰动作用下,岸坡可能产生小规模岸崩。在河道中施工时,因松散土体处于饱水状态,也易产生滑塌,因此,施工过程中开挖断面不宜过高过长,应逐段进行施工,也免产生大规模的崩滑,对工程本身和施工人员、机械设备造成威胁。只要安全措施采取得当,预测岸坡和开挖边坡产生崩滑的规模有限。所以,地质灾害的危险性中等。
3.滠水
滠水是长江一级支流,发源于大别山,全长142.14km,流域面积2317km2。本工程于黄陂区叶家河东约100m穿越滠水。管道穿越处为岗状河谷平原,河床及其岸坡平缓,由粘性土、砂土构成,土层较厚。河流顺直,冲淤平衡,河岸稳定。洪水时最大流量4560m3/s,多年平均枯水流量0.88m3/s,属于季节性河流。
由于穿越河流采用定向钻法,在穿越河道时将进行基坑开挖,两岸开挖的基坑深度不大,虽然本区地下水位埋深较浅,在地下水渗流潜蚀作用下,基坑四周边坡可能产生规模有限的滑塌,定向钻施工工程扰动小,预测工程管道在河道穿越段基本不会引发两岸崩塌发生,危险性小。
4.倒水
倒水是长江一级支流,发源于大别山,全长158.14km,流域面积2432km2。本工程于黄陂区周铺南约8 km穿越倒水。管道穿越处为河湖低洼区平原,河床及其岸坡平缓,由粘性土、砂土构成,土层较厚。河流顺直,冲淤平衡,河岸稳定。河水宽5.5~7.5m,河道宽约300m,洪水时最大流量4713m3/s,多年平均枯水流量1.34m3/s。
由于穿越河流采用定向钻法,在穿越河道时将进行基坑开挖,两岸开挖的基坑深度较大,本区地处湖泊边缘,地下水位埋深浅,在地下水渗流潜蚀作用下,机坑四周边坡可能产生规模较大的滑塌,在定向钻施工工程扰动小,预测工程管道在河道穿越段可能引发两岸崩塌发生,危险性大。
5.长江
是本工程穿越的最大河流。穿越点位于武汉市白浒镇,水面宽1000m左右,两岸场地开阔,交通便利。管道穿越处为一河湾,其上游河道急剧变化,形成向南东凸出的“Ω”形急弯。北岸岸坡土体由上而下为素填土、粘土、淤泥质粉质粘土、粉细砂。汛期洪流最71100m3/s,冲刷深度45m。
由于在南岸白浒镇紧邻江边出露有C—D系的灰岩、砂岩形成的天然矶头,自上而下径流的江水经矶头阻挡后,水流主流线随即改变方向向北岸偏转,从而增强了水流对北岸的冲刷侧蚀作用,在不断冲刷侧蚀作用下,已形成了长江北岸的潜在岸崩段,岸坡土体结构松散、松软,在工程施工扰动下,随时都有产生崩滑的可能。此外,在穿越河道时采用的盾构法施工将进行基坑开挖,由于河道深。两岸开挖的基坑必然较深较大,因本区地下水位埋深较浅,仅有1~2m,基坑开探过程中或开挖好后,必然要进行基坑降水,在降水过程中将导致渗流潜蚀作用下,极易导致基坑四周边坡产生滑塌,进而危及到施工人员,机械设备的安全。所以,工程施工过程中的危险性较大。
根据穿越处岸坡工程地质条件和河势的演变趋势,预测长江管道穿越枯水季节施工北岸可能引发较大规模崩塌,南岸可能引发小规模的崩塌;洪水汛期施工可能两岸均引发较大规模的崩塌,危险性大。
6.陆水河
穿越点位于赤壁市北霞落港,为长江一级支流,穿越处河流较为顺直,河面宽度约260m,河堤间宽约350m,河堤高约8~10m。其上游约9km为陆水水库,水位波动不大,近30年洪水均未漫过两岸河堤,目前河道内有采砂现象。
穿越河流采用定向钻法,预测工程管道在穿越河道时不会引发两岸崩塌发生。由于河道内有采砂现象,因此,在管道设计时,应适当加大其埋藏深度以免将来因河道采砂导到管道的损毁,危险性小。
7.新墙河
新墙河(又称微水),是直接注入东洞庭湖的较大支流,源出平江宝贝岭,流域似桑叶状,平均流量52.60m3/s,天然落差400m,坡降7.18‰。管道在岳阳新墙乡处穿越新墙河,穿越两岸地形平坦,河岸两侧有碎石护坡,河水宽约80m,河道宽300~400m,水深2~3m,属于季节性河流,水清。据区域地质及现场观察,穿越地层为粉土,粘粒含量高,层厚3~4m,其下为细砂,建议围堰导流大开挖,具体开挖深度建议经初步勘察后再定。
由于管线工程采用大开挖法穿越河道,在施工扰动作用下,岸坡可能产生小规模岸滑。在河道中施工时,因松散土体处于饱水状态,也易产生滑塌,因此,施工过程中开挖断面不宜过高过长,应逐段进行施工,也免产生大规模的崩滑,对工程本身和施工人员、机械设备造成威胁。只要安全措施采取得当,预测岸坡和开挖边坡产生崩滑的规模有限。所以,地质灾害的危险性中等。
8.汩罗江
穿越点位于汨罗市新市镇附近,两岸堤高约6~8m,河岸间宽约260m,大约1983年出现过河水漫过两岸堤坝的现象。穿越处上游河段有采砂现象,拟利用已建忠武线长沙支线输气管道汨罗江隧道通过,危险性小。
9.捞刀河(湘潭支线)
穿越点位于长沙县果园乡南瞿家塅附近,为湘江一级支流,穿越处河流较曲折,属河道下游,河流坡降较小,河水宽约50m,河岸间宽约250m。由于管线工程采用大开挖法穿越河道,在施工扰动作用下,岸坡可能产生小规模岸滑。在河道中施工时,因松散土体处于饱水状态,也易产生滑塌,因此,施工过程中开挖断面不宜过高过长,应逐段进行施工,以免产生大规模的崩滑,对工程本身和施工人员、机械设备造成威胁。只要安全措施采取得当,预测岸坡和开挖边坡产生崩滑的规模有限。所以,地质灾害的危险性小。
10.浏阳河
穿越点位于长沙县塱梨镇东南渡头附近,为湘江一级支流,穿越处河流较曲折,属河道下游,河水宽约150~180m,河岸间宽约270m。河床及其岸坡较平缓,由粘性土、砂土构成,土层较厚。河流顺直,冲淤平衡,河岸稳定。穿越河流采用定向钻法,地下水位埋较深,预测工程管道在穿越河道时不会引发两岸大规模崩塌发生,危险性小。
(四)工程建设引发或加剧特殊土变形危险性的预测
1.软土
管道经过的湖北长江、大悟河、倒水、滠水及湖南的汩罗江、浏阳河冲湖积低平原地区,位于河流与湖泊边缘,有较大范围的软土分布,软土压缩变形垂直压力在100k Pa左右,容许承载力为20~98k Pa。由于该区段内河流深切,地形较平缓,坡角较小,在河流两侧,低洼湖泊、水田、藕田两侧分布有淤泥、淤泥质粘土及饱和粘土,其孔隙比大、压缩性高,且厚度变化大,垂向剖面上可能出现由结构密实的粘土与饱水粉细砂层、淤泥质土类呈间互成层的现象,这些地段土体岩性差异大,力学强度各异,若工程开挖或加载,一方面易导致不均匀沉降变形,另一方面若工程边坡形成后,易导致软土的压缩挤出坍滑,引起建筑物损坏。但本工程无论是管道,还是分输站,都是轻荷载构建,一般不会引发软土的变形,如果有个别重载设备和加压震动设备的安装,则有可能引起淤泥土地段小规模的压缩变形、压缩挤出坍滑。所以,建设过程中应对强度较低的软弱土进行清理,采取夯实压密措施,以改良土体、提高地基强度。
2.膨胀土
管道经过的丘陵山前垅岗平原和长江冲洪积波状平原(二、三级阶地)地区,有大范围的第四系中、上更新统粘性土构成的膨胀土分布。膨胀土中矿物成分以蒙脱石、水云母为主,化学成分以 SiO2、A12O3、Fe203为主。具有失水收缩,遇水膨胀的特点,自由膨胀率 Fs=30%~70%,膨胀力Pp=17~46kPa,有荷载膨胀率 VHa=0.025%~0.805%,属于弱胀缩性土。水分变化对膨胀土影响深度一般为4m左右,急剧影响层深度一般为1.8m~2.25m左右。
本工程在膨胀土区的施工方法主要为大开挖—沟底垫层—埋管压实的办法,埋置深度为1.2m,管道设计管径355.6mm。也就是说管道埋置位置一般在1.5~2.5m,正好是急剧影响层,膨胀土的胀缩变形活动正好作用于管道,不利于管道的稳定运行,这是不利的一面。另一方面人工开沟铺设垫层后,人为在管道沿线形成了孔隙潜水的含水通道,易接受降雨入渗,上层滞水广泛存在,在一定深度内降雨入渗与蒸发量大,为膨胀土体遇水膨胀、失水收缩创造了较好的环境条件。同时土体开挖后由于膨胀性,雨水浸入风化带内发育的裂隙中,使粒间联结力被削弱,土粒易于吸水膨胀。在平行坡面方向,吸水作用使土体横向膨胀势能显著增加,膨胀土坡上的土体沿坡面向坡脚方向产生位移,坡脚处较大的位移使该处抗剪强度首先越过峰值而逐渐降到残余值,在土体重力及大气降水入渗产生的静水压力作用下产生坍滑。
综上所述,本工程会加剧膨胀土的胀缩变形,但胀缩变形的规模有限,而且经过简单的施工工艺改良,还可以大大减弱膨胀土的胀缩变形,从而减少对工程的危害。所以,建设过程中应对强度较高的胀缩土进行处理,
需要指出的是,在现状评估中,地质灾害危险性大的岩溶地面塌陷和采空地面塌陷不会因工程建设而引发或加剧灾害。