给水管线穿越工程安评资料讲解

第一章概述

1.1 工程概况

本工程自来水管道穿越X202盘汪线，采用水平定向钻进施工，穿越处位于X202盘汪线胡桥二路东侧，对应桩号约为K21+380，穿越管道为单孔DN420PE管，穿越长度为100m。

自来水管道穿越X202盘汪线位置图

为规范基础设施建设之间的关系，减少涉路工程对现有公路安全的影响，为公众出行提供安全保障，保证道路运营效率，受南京浦口自来水总公司委托，本公司对其自来水工程管道穿越X202盘汪线进行安全性评估。

1.2 评估依据

1、《中华人民共和国公路法》（2004年修正）；

2、《中华人民共和国公路管理条例》（2008年修正）；

3、《公路安全保护条例》（2011年7月1日施行）；

4、《路政管理规定》（交通部 2003年）；

5、《江苏省公路条例》（2011年）；

6、《公路工程技术标准》（JTG B01-2003）；

7、《公路路线设计规范》（JTG D20-2006）；

8、《公路路基设计规范》（JTG D30-2004）；

9、《城镇给水排水技术规范》（GB 50788-2012）；

10、《室外给水设计规范》（GB 50013—2006）；

11、《管线定向钻进技术规范》（DG/TJ08-2075-2010）；

12、《定向钻进管线穿越铺设技术规范》（非开挖技术协会，2010）；

13、委托方提供的资料。

1.3 工作内容

本次评估主要包含以下内容：

1、管道穿越位置、埋深及与道路交叉角度等是否满足规范、是否合理；

2、穿越处路面沉降验算和孔壁稳定性验算；

3、施工方案、安全措施及应急预案是否满足要求。

第二章涉及的相关法规、标准及规定

为加强涉路工程建设和管理，保障公路工程可靠、运营安全，国家、交通运输部及相关行业部门颁布了一系列法律、法规、标准、规范，其中与本项目安全性评估相关的主要要求如下：

1、《中华人民共和国公路法》（2004年修正）有关规定：

第四十五条跨越、穿越公路修建桥梁、渡槽或者架设、埋设管线等设施的，以及在公路用地范围内架设、埋设管线、电缆等设施的，应当事先经有关交通主管部门同意，影响交通安全的，还须征得有关公安机关的同意；所修建、架设或者埋设的设施应当符合公路工程技术标准的要求。对公路造成损坏的，应当按照损坏程度给予补偿。

2、《公路安全保护条例》（2011年7月1日施行）有关规定：

第二十七条进行下列涉路施工活动，建设单位应当向公路管理机构提出申请：（一）因修建铁路、机场、供电、水利、通信等建设工程需要占用、挖掘公路、公路用地或者使公路改线；

（二）跨越、穿越公路修建桥梁、渡槽或者架设、埋设管道、电缆等设施；

（三）在公路用地范围内架设、埋设管道、电缆等设施；

（四）利用公路桥梁、公路隧道、涵洞铺设电缆等设施；

（五）利用跨越公路的设施悬挂非公路标志；

（六）在公路上增设或者改造平面交叉道口；

（七）在公路建筑控制区内埋设管道、电缆等设施。

第二十八条申请进行涉路施工活动的建设单位应当向公路管理机构提交下列材料：（一）符合有关技术标准、规范要求的设计和施工方案；

（二）保障公路、公路附属设施质量和安全的技术评价报告；

（三）处置施工险情和意外事故的应急方案。

公路管理机构应当自受审申请之日起20日内作出许可或者不予许可的决定；影响交通安全的，应当征得公安机关交通管理部门的同意；涉及经营性公路的，应当征求公路经营企业的意见；不予许可的，公路管理机构应当书面通知申请人并说明理由。

3、《路政管理规定》（2003年）有关规定：

第十条跨越、穿越公路，修建桥梁、渡槽或者架设、埋设管线等设施，以及在公路用地范围内架设、埋设管（杆）线、电缆等设施，应当按照《公路法》第四十五条的规定，事先向交通主管部门或者其设置的公路管理机构提交申请书和设计图。

本条前款规定的申请书包括以下主要内容：

（一）主要理由；

（二）地点（公路名称、桩号及与公路边坡外缘或者公路界桩的距离）；

（三）安全保障措施；

（四）施工期限；

（五）修复、改建公路的措施或者补偿数额。

4、《江苏省公路条例》（2011年）有关规定：

第三十四条从公路用地外缘起，国道不少于二十米、省道不少于十五米、县道不少于十米、乡道不少于五米的区域为公路建筑控制区范围。

在上述范围内，除公路防护、养护需要和必要的农田水利设施建设外，禁止修建建筑物和构造物：需要埋设管线、电缆等设施的，应当事先经公路管理机构批准。

5、《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）有关规定：

第8.6.1电讯线、电力线、电缆、管道等均不得侵入公路建筑限界，不得妨害公路交通安全，并得损害公路的构造和设施。

第8.6.3原油管道、天然气等管道与公路相交叉时，应为正交；必须斜交时应大于45°。

第8.6.4 管道与高速公路、一级公路相交且采取下穿方式时，应埋置地下通道；管道与二级公路及二级以下公路相交叉时，应埋置套管。通道与套管应按相应公路等级的汽车荷载等级进行验算。

6、《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）有关规定：

第12.5.4 公路与原油、天然气等管道相交，以垂直交叉为宜。必须斜交时，其交叉的锐角应不小于60°；受地形条件或其他特殊情况限制时，应不小于45°。

第12.5.6 穿越公路的地下专用通道的埋置深度，应符合石油天然气行业标准的荷载相关规定。还应符合《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60）的有关规定，并按所穿越公路的车辆荷载等级进行验算。穿越公路的保护套管其顶面距离路面底基层的底面应不

小于1.0m。

7、《室外给水设计规范》（GB 50013—2006）有关规定：

7.3.4 给水管道与其他管线交叉时的最小垂直净距，可按本规范附录B规定确定。表

8、《管线定向钻进技术规范》（DG/TJ08-2075-2010）有关规定：

第4.1 管线定向穿越前应进行工程勘察，工程勘察应包括工程地质、水文地质、地形、地貌、地物的勘察及现有地下管线的探测、新建管线路径勘察。

第5.1.2穿越公路、铁路、河流敷设管线的最小覆土厚度应符合相关行业标准的规定；当无标准规定时, 管线敷设最小覆土深度应大于钻孔的最终回扩直径的6倍, 并应符合表5.1.2的规定。

第5.1.3 与既有地下管线平行敷设时，Φ200mm 以上的管线水平净距不得小于最终扩孔直径的2倍，Φ200mm 以下的管线水平净距不得小于0.6m 。

第5.3.5 出土角应根据敷设管线类型、材质、管径确定，地面始钻式的出土角: 钢管0°～8°、塑料管0°～20°。

第5.3.6 定向钻进敷设的管线采用PE 管进行穿越时，管道的最小允许曲率半径按下式计算：

R ’min ＝ED/γ

其中：R'min ：最小曲率半径（mm ）； E ：弹性模量（MPa ）； D ：管道外径（mm ）； γ：弯曲应力（MPa ）。

第5.5 管线回拖力估算，管线回拖力计算如下：

2

112

2πD )]δ(δ85.74D [f πL k D L F +－－＝泥拉γ

其中：F 拉：计算拉力（t ）； L 2：穿越管道长度（m ）； F ：摩擦系数，取0.1～0.3； D ：管径（m ）；

泥

γ：泥浆密度（t/m 3）；

1δ：管子壁厚（m ）；

K ：粘滞系数，0.01～0.03。

第三章工程概况

3.1 主要方案

1、X202盘汪线

穿越段X202盘汪线道路等级为公路二级，路基宽宽为26.5m，公路用地宽度为29.5m。

自来水管道穿越处X202盘汪线现状

2、管道敷设方案

本工程自来水管道穿越X202盘汪线1处，采用水平定向钻进敷设，穿越时单孔DN420PE管道穿越。

穿越处位于X202盘汪线胡桥二路东侧，对应桩号约为K21+380，管道自北向南穿越X202盘汪线，管道与道路交叉角度90°，入土点位于X202盘汪线北侧路基边缘外36.5m，用地范围外35m，出土点位于X202盘汪线南侧路基边缘外36m，用地范围外34.5m，用地范围内管道长度29.5m。

穿越段平面布置图

穿越段入土点现状

穿越段出土点现状

穿越段入土侧非机动车道现状图

3.2 施工要点

1、水平定向钻进施工工艺为：施工准备→穿越曲线设计→测量磁方位角→钻机就位→钻导向孔→扩孔→回拖→环境保护→地貌恢复→退场。

2、本次施工管道采用单孔管道穿越，扩孔孔径500mm。

3、为施工方便，出入土点管道管顶覆土深度不小于1.2m，穿越段最埋深按原路面以下7m，出入土工作坑3×4m。

3、施工时在施工区周围设置隔离设施，并设置警示牌、标示牌。

4、竣工后，将残留泥浆集中运走，并将施工涉及的部位按原状恢复。

3.3 地质概况

本工程位于浦口区，地貌单元较简单。地形起伏不大，基本不存在暗沟、暗塘等不良地质现象。

沿线地区地下水类型属上层滞水，其水位变化主要受地表水及大气降水影响，呈季节性变化，地下水的初见水位埋深在1.0m左右。

根据《中国地震动参数区划图》（GB18306－2001）规定，该地区地震基本烈度为VII度。根据《电力设施抗震设计规范》（GB50260-96）规定，不需采取特别抗震措施。

区内表层以粘土为主，

①-1层杂填土（Q4ml）：褐黄色、杂色，以粘性土为主，混碎砖石、砼块及植物根系等，不均匀，湿，松散～稍密。厚度：0.60～3.80m，平均1.84m；层底埋深：0.60～

3.80m，平均1.84m。

②-1层粘土（Q4al）：黄灰色、黄褐色，局部混少量铁锰质氧化物，切面光滑，干强度中等，韧性中等，中等压缩性，可塑。厚度：3.20～3.30m，平均 3.23m；层底埋深：5.80～7.00m，平均6.37m。

②-2层粉质粘土（Q4al）：青灰色，局部为粘土，夹粉土薄层，切面稍光滑，干强度中等，韧性中低等，中高压缩性，软塑。场区普遍分布，厚度：5.40～10.20m，平均8.45m；层底埋深：11.80～16.10m，平均14.45m。

第四章安全评估分析

4.1 总体评估

本工程自来水管道穿X202盘汪线时采用定向钻进施工，总体方案合理可行。

4.2 分项评估

本工程管道穿越道路1处，主要情况如下：

1、穿越位置

本工程穿越入土坑与道路路基边缘距离36.5m，与公路用地线边缘距离35m，位于公路路建筑控制区外，位置选择合理。

本工程穿越出土坑与道路边缘距离为36m，与公路用地线边缘距离34.5m，位于公路路建筑控制区外，位置选择合理。

2、穿越角度

参照《公路路线设计规范》（JTGD20-2006）第12.5.4条，公路与原油、天然气等管道相交，以垂直交叉为宜。必须斜交时，其交叉的锐角应不小于60°；受地形条件或其他特殊情况限制时，应不小于45°。

本工程穿越段管道与道路的交叉角度为90°满足规范要求。

3、管道埋深

公路相关规范未对管道直接穿越公路的埋深提出明确要求，参考《管线定向钻进技术规范》，管线敷设最小覆土深度应大于钻孔的最终回扩直径的6倍，且管顶距公路路面不得小于1.8m，坡脚处不小于1.2m。

本工程自来水管道穿越X202盘汪线时扩孔孔径为500mm，根据规范要求，管道位于道路路面范围内埋深应不小于3.0m。

根据施工资料，管道位于路面范围内最小埋深为7m ，满足规范要求。 4、穿越方式

根据《公路工程技术标准》（JTGB01-2003）第8.6.4 管道与二级公路及二级一下安公路交叉时，应埋置套管。

埋置套管目的为不至于因为管道检修、养护等而影响公路的运营及安全。 本项目自来水管道穿越X202盘汪线，根据规范应埋置套管。本次未埋置套管，而采用管道直接水平定向钻进施工，主要基于以下考虑：

（1）本工程管道管径小，扩孔直径500mm ，对道路安全影响小； （2）PE 管道的结构性能较好，可直接穿越。

（3）套管若采取大尺寸顶进施工，施工周期长、空间要求高且大尺寸顶进施工对道路安全影响更大。

本工程直接采用单孔DN420PE 管穿越公路，本次评估在对管道的安全稳定性的基础上（详见下文）判断本工程可以采用单孔PE 管直接穿越施工而不需埋置套管。

5、管道安全验算

采取管道直接穿越还需按公路车辆荷载等级对管道稳定性进行验算。 埋地塑料管在外压作用下，管壁截面的环向稳定性计算应符合下列要求：

s

vk

k cr K F F ≥,

k

cr F ,----管道失稳的临界压力标准值（kN/m 2）

2

,124

p

d k cr E S F υ-?=

vk

F -----管顶在各种竖向压力下的标准值（kN/m 2）

q v +=H F k γ

s

K ----管道的环向稳定抗力系数（不得低于2）

式中：S 为管材的环刚度，常用管道环壁刚度为8级，d

E 为管侧土的综合弹性模量

（查《土木工程手册》为6000），

p

υ为PE 的泊松比，取0.4。

计算得：

2,1352m kN F k cr =

2

v kN/m 5.141q ＝+=H F k γ

56.95

.1411352

vk ,＝＝F F k cr （H=6.55m ） 2v kN/m 1.142q ＝+=H F k γ

52.91

.1421352

vk ,＝＝F F k cr （H=7m ） 根据计算，当管道埋深在6.55m 和7m 时，管道的环向稳定抗力系数均大于2，采用PE 管直接穿越，能满足管道稳定要求。

6、管道间距

经现场查看，本次工程穿越段入土侧非机动车道设有强电检查井，施工前务必取得管道埋置深度和位置，并核实是否存在其他管线，自来水管道穿越时，管道之间的最小竖直间距应满足规范要求。

给水管与其他管线最小垂直净距（m ）

7、定向钻进施工

（1）定向穿越适宜的地质条件通常为粘土、亚粘土、粉土、粉砂、细砂层，在砂砾，岩层中穿越困难，且不宜跨层穿越。本工程穿越位置浅层以粘土为主，可作为穿越土层，但施工前应对沿线地质情况进行核查。

（2）定向钻进施工方案中应包含如下内容： 8、导向孔轨迹设计

一般形式的导向孔轨迹可按下图进行：

一般形式的导向孔轨迹设计图

：入土角（°）

图中：α

1

：出土角（°）

α

2

A：入土点

D：出土点

B：第一曲线段和直线段轨迹变化点

C：直线段和第二曲线段轨迹变化点

R1、R2：出入土造斜段管道弯曲半径

H：轨迹（铺管）深度

H1、H2：路肩边缘处轨迹（铺管）深度,当轨迹变化点位于路面范围内时，

有H1

L1、L2、L3：定向穿越管水平长度

施工前，应详细勘察现场情况，做好导向孔轨迹设计，将可能影响穿越的构筑物等在导向孔轨迹图中标出，确保管段能顺利穿越。

根据轨迹拟合，管道位于路面范围内管道最小埋深为6.55m，满足规范的要求。

曲率半径和出入土角度

钻进时管道穿越曲率半径要掌握好，虽然材料的弯曲度远远大于钻进最大弯曲度，但如果弯曲度过大，在拖拽管道时管道的一侧受压过大，造成管道被拽坏，影响管路通过能力。

本工程穿越段管道曲率半径均满足要求。管道穿越的入土角应满足机具性能、造斜长度和敷设深度及管材曲率半径要求，选取合适的出入土角度能减小管线回拖阻力，便于施工。本工程穿越出入土角为13°出土角度为13°，满足要求。

回拖力的计算

水平定向钻回拖力按如下公式计算：

2

112

2πD )]δ(δ85.74D [f πL k D L F +－－＝泥拉γ

其中：F 拉：计算拉力（t ） L 2：穿越管道长度（m ） f ：摩擦系数，取0.1～0.3 D ：管径（m ） 泥γ：泥浆密度（t/m 3） 1δ：管子壁厚（m ） K ：粘滞系数，0.01～0.03

为防止突发状况并保证管道顺利回拖，水平定向钻进机器宜根据回拖力计算值的1.5～3倍选择。

本次穿越段回拖力计算如下表：

扩孔

导向孔完成后，必须扩大至适合成品管铺设的直径。根据导向孔与适合成品管铺设孔的直径差异大小和地层情况，扩孔可一次或分为多次进行。一般最终扩孔孔径为管道外径的1.2～1.5倍。

本工程穿越管道为单孔DN420PE 管，本次施工扩孔孔径为500mm ，基本满足要求。 泥浆的配置与管道保护

定向穿越施工中使用的泥浆应根据土质和施工阶段选用：钻导向孔阶段要求要求泥浆将孔内物质携带出孔并维持孔壁稳定，减小阻力；预扩孔阶段要求泥浆具有较强的携带能力和良好的流动性；回拖阶段则要求泥浆具有良好的护壁、携带能力，并具有很好

的润滑能力，减小回拖管摩阻力。

本工程为给水管道，施工时应注意对管道的保护。 管道的拖拉

管道定向穿越敷设拉管时，回拖力不得大于管道最大拖拉力且需富余一定安全系数。本工程采用的PE 管最大容许拖拉力为144kN ，管道最大回拖力计算为51kN ，管材选择合理，能满足管道回拖要求，但回拖管道时应注意监控，以免拖坏管道。

场地恢复

本次施工穿越完成后对现场泥浆处理及场地恢复主要措施如下： （1）现场泥浆处理

① 出、入土两侧泥浆池残留的泥浆用泵抽到专用泥浆回收车里外运处理。 ② 对地表被泥浆沾染的部分，人工用铁锹铲掉，装在泥浆回收罐里，就地深埋。 （2）地貌恢复

将工作坑周围隔离物、井场内外警示牌、标识牌装车运走；井场内施工及生活废弃物拉运至垃圾场；恢复原有地貌。

场地恢复方案较为合理。 9、地面沉降验算

穿越施工引起的地面沉降计算方法主要有经验法和解析法。目前工程界常采用Peck 提出的地面沉降横向分布估算公式：

2

2

2max i x x e

s s －

?=

i v s 5.2/1max =

式中S(x)为地面沉降量(m)；x 为离顶管轴线的水平距离(m)；S max 为管道轴线上方的最大地面沉降量(m)；i 为地面沉降槽宽度系数(m)；V l 为管道单位长度的土体损失量(m 3/m)，通常采用挖掘面面积的百分率来估算土体损失的大小，令η为土体损失百分率，则V l =πr 2η。

η取值范围根据管道所处层位的土体性质确定，自稳性差、易流失的土取大值。 i 的经验公式为：

））－2/φ45(5.2/(°?=tg H i

式中：H 为顶管埋置深度（m ） φ为土的内摩擦角。

本工程采用单孔DN420PE管道穿越，扩孔孔径500mm，管道穿越土层失土率η取10%，穿越处路面沉降计算结果如下表：

路面沉降量计算结果

孔径（m）埋深

（m）

计算沉降

（mm）

备注

0.5 6.55 9

0.5 6.58 9

0.5 7 9

参考《给水排水工程顶管技术规程》（CECS246：2008）规定“穿越施工造成的公路路面沉降量应小于或等于20mm”，本工程穿越处路面沉降均能满足要求。

10、孔壁稳定性验算

定向钻成孔时，孔壁及其附近的力学平衡受到破坏，如不采取防护措施，在地层中极易发生孔壁的垮塌、流失、缩径，即非开挖水平孔失稳破坏，这将严重影响非开挖施工的进行（如铺管受阻等），甚至可能造成严重的安全事故（如路面塌陷等）。

孔壁稳定平面应力问题示意图

而孔壁岩土的失稳破坏是由于成孔后孔壁地层内部应力状态发生变化超过了其强度极限所导致的，因此将井壁单元体的应力状态与强度指标比较可得出孔壁岩土是否发生失稳破坏的结论。

管孔由于长度方向的尺寸通常比横截面尺寸大得多，因此可将近孔壁某点应力问题作为平面应力问题（图3-1）研究。根据基尔斯公式，钻孔近孔壁某点单元体应力大小如下：

由弹性力学理论，该点主应力大小为：

式中：

式中：P —上覆土层垂直应力；

0r —钻孔半径；

r —所求点半径；

θ—所求点与圆心的连线与垂直轴的夹角；

μ—泊松比；

θτr 采用弹力学中规定符号的反号为正。

钻孔孔壁发生破坏失稳的根本原因是孔壁某点单元体最大剪应力超过土的极限抗剪强度所致。根据莫尔-库伦破坏准则，也称土的极限平衡条件。

可判断钻孔是否发生破坏坍塌。若：

则孔壁破坏，反之则孔壁稳定。

孔壁若破坏，将先从孔壁顶部开始破坏，因此本次对孔壁顶部点进行稳定性分析，则各参数取值计算如下：

3/20m kN =γ；r r =0；0=θ；25.0=μ；c ＝31kpa ，ο10=φ

计算结果如下：

埋深 p σ1 σ3 σ1f 备注 m kpa kpa kpa kpa 6.55 131 393 393 471 6.58 132 395 395 473 7

140

420

420

503

根据计算结果，本工程穿越处钻孔孔壁均稳定，能满足公路路基稳定性要求。 11、安全措施

本工程管道穿越段施工区均在道路范围以外，施工对道路交通影响较小，但材料机械的运输等仍会对交通带来一定影响，存在安全隐患。

施工时应注意安全，资料中主要安全生产措施如下：

（1）对所有现场施工人员进行安全及文明生产教育，使每位员工认识到安全生产的重要性；

（2）严格按照施工总平面布置图设置各项临时设施，堆放材料、成品、半成品和机具设备，不得侵占道路及安全防护等设施；

（3）保证施工现场道路畅通，保持场容场貌的整洁，及时清理建筑垃圾； （4）施工区域及重要路口设置围挡、夜间警示灯，保证交通安全。 同时，资料中针对穿越过程中可能出现的施工危险也提出了应对措施：

作业 活动

危险因素

可能导致的事故 涉及的 相关方 具体控制措施

施 工

管线测量不完善 损坏其他管线 管线单位及施工人员 准确测量地下管线布置情况，作好记录，施工人员清晰管线布置情况后方可施工。 未经三级技术交底

进行施工 人员伤害 施工人员 未三级进行技术交底禁止施工，交底明确后方可施工

焊机电源线破损残旧，电源

线与开关接触不良 触电 施工人员 更新电源线 电焊作业工作间断时

不切断电源

触电

施工人员

工作间断切断电源

安全措施较为详细，能指导安全施工。

12、应急预案

针对施工中可能发生的意外，施工方案还制定了对应应急预案。水平定向钻进施工主要安全防范重点为：施工过程中的路面沉降、塌陷事故、地下管线破坏、交通事故等，对应应急预案如下：

1）路面沉降、塌陷

（1）选用优质管材，加强材料检测，严格按规范施工，从源头上把好质量关；

（2）事先与交警、路政部门沟通，确定临时应急路线，一旦发生事故可从应急道路绕行；

（3）施工过程中，确实做好润滑减阻，根据地面变化和地下水位情况等因素及时调整压力和润滑浆量；

（4）施工时对所穿越的道路进行实时沉降监测，在保证公路的运行安全情况下进行，在施工前和施工时进行监测；监测点设置在路面边缘和中分带边缘，监测点不少于3个，穿越时检测频率不超过两小时。

（5）如发现路面累计沉降超出预测值（9mm）时应立即通知现场施工技术人员，及时调整施工方案；如发现路面累计沉降超出预测值1.5倍（13.5mm）时应立即停止作业，找出原因，及时调整方案并采取相应措施，待沉降得到控制后才可继续施工；

（6）若路面沉降无法控制，立即停止作业进行注浆工作进行加固土体，地面注浆材料采用纯水泥浆，注浆压力0.8～1.0Mpa，土体加固深度为管道穿越深度以下2m，并邀请相关专家进行方案调整，确保路面的安全；

（7）若路面塌陷，立即停止施工并上报路政、交警部门，用彩钢围档板封闭塌陷部位路面，进行道路封闭或导行并设置警示标牌，并派专人指挥交通，利用事先确定的应急路线绕行。夜间，在围板处设置警示红灯、照明灯；