陈耀思
广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司 广西 南宁530000
摘要：本文根据百色水库灌区膨胀岩土段、右江断裂带段、煤矿区采空区段的具体地质条件，采用了适应这些特殊地质段的管道结构措施，并对所采用的管道结构措施进行了分析，分析结果表明所采用的管道结构措施均能适应特殊地质段的条件。
关键词：膨胀土 断裂带 煤矿采空区 管道结构
1.引言
百色水库灌区位于广西壮族自治区百色市右江河谷内，是广西桂西北旱片治理骨干工程，为国家“172项”节水供水重大水利工程项目。百色水库灌区设计灌溉面积为59.2万亩，工程取水断面多年平均总引水量为11392万立方米，为大（2）型Ⅱ等灌区。
百色水库灌区采用有压重力流的输水方式，输水骨干工程以管道为主，其中干管总长约139km，干管公称内径为1.2~2.8m；支管总长约209km，支管公称内径为0.2~1.6m。管道穿过的特殊地质段主要有膨胀岩土段、右江断裂带段、煤矿区采空区段。
2.膨胀岩土段管道结构设计
根据地质勘察，输水管道经过的膨胀岩土段具弱～中等膨胀性，引起的主要工程地质问题有地基不均匀沉降、边坡稳定问题等。管道穿过膨胀岩土段长度约占管道线路总长的54.6%。
为减少膨胀土地基的不均匀性，改善地基条件，确保输水管道安全，在膨胀土段的管道基础铺设砂垫层。砂垫层厚度根据管径确定，厚度为0.3~0.4m，各类管径膨胀土地基管道基础铺设砂垫层厚度见表1。
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在施工过程中可采取以下措施减少膨胀土的不良影响：①基坑开挖过程中做好基础的开挖保护工作，合理安排工期，减少基础暴露时间。②基坑开挖时近建基面处预留0.3～0.5m的保护层，防止岩土体遭受长时间的曝晒、风干、浸湿或充水，造成岩体的干裂与崩解。③加强基坑排水，以防止水对地基岩石软化而强度降低，引起变形增大的情况出现。④应合理安排工期，采取分段开挖，管道铺设完毕后及时覆盖；尽量避开雨天施工，若雨期施工时，应采取防水措施。
管道基坑开挖形成的临时边坡，且坡高一般＜5m。边坡开挖后，由于土体应力释放，开挖底面土体会出现一定程度的回弹，进一步加剧了坡脚应力集中作用。考虑到膨胀土边坡破坏时应力主要集中在坡脚，可通过采取分段开挖合理安排工期，尽量减少基础暴露时间，预留保护层，结合水保措施对开挖边坡采用彩条布毡盖，加强基坑排水等措施，减小基坑变形，降低膨胀性岩土对临时边坡稳定的影响，同时可采取支挡加固等措施，防止滑塌破坏。
3.跨右江断裂带管道结构设计
根据地质勘察，右江大断裂从工程区北部穿过，属于活动性断裂。右江断裂位移速率建议值为：水平位移速率为1.98mm/ a，垂直位移速率为0.2mm/ a，如管道使用年限按50年考虑，则在使用年限期间，断裂带的水平位移可能达到9.9cm，垂直位移可达到1cm。其中与右江断裂呈大角度相交，受右江断裂影响较大，存在抗断问题的管道长度为6.16km，管径有1.8m、1.6m和1.2m三种，对这部分穿越右江断裂带的输水管道需要进行抗断设计，并需采取可靠的管道连接结构措施释放管道错动位移带来的管道变形，避免管道出现渗漏破坏问题。
释放球墨铸铁管错动位移接头方式有螺栓套筒式伸缩节接头和自锚接头等。螺栓套筒式伸缩节接头内外套管之间采用填料函密封，使用时保持两端管子在一条轴线上移动，在伸缩节的两端装设导向支架通过法兰连接。它的优点是可以消除轴向变形和少量非轴线变形，对流体的流动摩擦阻力小，结构紧凑；缺点是密封性较差，对固定支架推力较大。自锚接头具有结构简单，安装方便，密封性能好等特点，可利用其柔性接口允许一定量的偏转角释放水平及垂直错动位移，通过控制插口的安装深度使得接头具有一定的轴向伸缩量，同时通过自锚接口将承插口锚固在一起防止接口滑脱。因此推荐穿越右江断裂带球墨铸铁管接口选用具有柔性可偏转、结构简单、安装方便、密封性能好、抗拔脱性能好、能适应一定沉降变形的自锚接口。
根据国内目前球墨铸铁管自锚接口的类型，当管径≤1.2m时自锚接口为TF自锚，接口允许的偏转角度为1.5度，单根管道长度为6m，单根管道末端允许位移量为15.7cm；当管径为1.4~2.6m时自锚接口为Xanchor自锚，接口允许的偏转角度为1度，单根管道长度为8m，单根管道末端允许位移量为13.9cm，均比使用年限50年后断裂带水平位移9.9cm和垂直位移1cm大，因此自锚接口能满足使用年限50年后断裂带位移要求。另外，为确保安全并防止管道被拉断，每隔50m增设一个承套以提供更大的轴向伸缩量。
4.跨煤矿采空区段管道结构设计
本工程穿越煤矿采空区段管道的长度为10.45km，管径为250~600mm。煤矿采空区段的主要问题为不均匀沉降，因此输水管道穿越煤矿区采用自锚球墨铸铁管+承套的方案。
本方案每3根球墨铸铁管接口采用自锚型式为一个整体管段，整体管段间用承套连接。自锚球墨铸铁管有一定的轴向伸缩量，而且承套还可以提供更大的轴向伸缩量，自锚管的伸缩量无法满足沉降需要的轴向伸缩量后，利用自锚管防滑脱能力可以从承套中得到更大的轴向伸缩量，防止管线因煤矿采空区发生不均匀沉降被拉断。自锚球墨铸铁管+承套方案连接见图1。
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5结语
（1）砂垫层作为柔性垫层，可以减缓膨胀岩土地基胀缩变形对管道结构的影响。膨胀岩土地基上砂垫层的厚度不宜小于300mm，对于胀缩性较大的膨胀岩土段和柔性接口的允许偏转角较小的管道，砂垫层的厚度可适当增大。
进行膨胀岩土段管槽开挖施工时，可采取快速施工、减少基础暴露时间、建基面处预留保护层、加强基坑排水、避开雨天施工和临时开挖边坡采用采用彩条布毡盖等措施，降低膨胀性岩土对临时边坡稳定的影响，防止临时边坡滑塌破坏。
（2）跨右江断裂带管道采用自锚接口球墨铸铁管+每隔50m设一个承套的型式，能满足使用年限50年后断裂带位移要求，并可以防止管道被拉断。
（3）跨煤矿采空区段管道采用3根自锚接口球墨铸铁管+承套方案，可以提供不均匀沉降需要的轴向伸缩量，能防止管线因煤矿采空区发生不均匀沉降被拉断。
参考文献
[1]广西桂西北治旱百色水库灌区初步设计报告. 广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司，2018.12.
[2]膨胀土地区建筑技术规范.北京：中国建筑工业出版社，2013.04.