溝箱法在長輸管道沿高等級公路邊緣施工中的應用

王艷，李松柏，高興，龔劍

（中國石油天然氣管道局第二工程分公司，江蘇徐州221008）

溝箱法在長輸管道沿高等級公路邊緣施工中的應用

王艷，李松柏，高興，龔劍

（中國石油天然氣管道局第二工程分公司，江蘇徐州221008）

長輸管道沿高等級公路邊緣地帶施工時，常見的方法是沿公路搭設隔離板，施工人員在隔離區(qū)進行作業(yè)，該方法占用路面時間長，拆裝費時費力，資金投入大，且對交通和路邊居民生活影響較大。中國石油天然氣管道局第二工程分公司在泰國Wang Noi-Kaeng Khoi（萬諾伊—港考伊）輸氣管道線路工程施工中，首次采用溝箱法進行施工，經濟、高效、安全地完成了11 km管道沿3222省級公路邊緣敷設的安裝任務。文章介紹了溝箱的設計及計算、施工工藝流程及操作要點。

長輸管道；公路邊緣敷設；溝箱法；施工工藝

1 工程概況

中國石油天然氣管道局第二工程分公司承建的泰國Wang Noi-Kaeng Khoi（萬諾伊—港考伊）輸氣管道線路工程管徑914 mm，全長72.4 km，其中11 km管道沿3222省級公路邊緣敷設。此公路為雙向4車道，路面總寬16 m，管道施工作業(yè)帶為公路中心線到路面外7 m處，總寬度為15 m，管道中心線距離公路邊僅2 m，作業(yè)帶狹窄；公路上車流量大，車速快，施工人員和設備的安全受到嚴重威脅；路邊加油站、民房、溝渠、岔路引道等設施多，無法采用溝上連續(xù)作業(yè)的常規(guī)方法；路邊地質多變，流砂、粉土、碎石、巖石等交替出現(xiàn)，管溝成型困難，且管溝開挖易造成公路路面塌陷。

2 施工總體方案

開工前，針對路邊施工作業(yè)空間狹窄、安全隱患大等特點，經過多次現(xiàn)場勘察，并與公路管理部門溝通和協(xié)調（公路部門只允許占用1/4路面進行施工，如果按設計圖紙占用1/2路面，必須另外修筑施工臨時通道），決定改變以往搭設隔離板進行封閉式施工的方式，采用溝箱法進行溝下管道組對、焊接、無損檢測和防腐補口作業(yè)。

3 溝箱設計及計算

3.1 溝箱的結構

根據(jù)管徑和管溝的寬度、深度以及施工需要確定溝箱的結構及尺寸，溝箱結構如圖1所示。

圖1 溝箱結構示意

3.2 靜力作用下溝箱計算

溝箱的結構可以簡化成如圖2所示的模型，由此計算溝箱結構是否穩(wěn)定。

假設側面土為黏性土（黏性土容重比較大，偏于危險），利用力學公式分別計算地面處和溝底處承受的應力σa：

圖2 溝箱結構簡化模型

式中γ——管溝側面土的重力密度/（kN/m3），地下水位以下用浮重度表示；

z——計算點距離管溝頂面的深度/m；

Ka——主動土壓力系數(shù)，Ka=tan2（45°-φ/2）；

φ——管溝側面土的內摩擦角，根據(jù)試驗確定，當無試驗資料時可參考經驗數(shù)值/（°）；

c——管溝側面土的黏聚力/kPa。

因為土體為黏性土，故需要計算臨界深度z0：

由此可以計算出作用在梁上的力及彎矩值，按照所用鋼截面及材質確定[σ]，利用公式（3）計算出實際受力σ，計算結果小于[σ]則滿足要求。

式中[σ]，σ——分別為允許彎曲應力和實際承受彎曲應力/kPa；

M——管溝側面土體對溝箱產生的最大彎矩/kN·m；

Wx——對x軸凈截面抵抗矩/m3。

計算模型兩側的壓桿長細比λ，小于150的情況下不用計算穩(wěn)定性。

式中l(wèi)——受壓構件的計算長度/m；ix——構件截面的回轉半徑/m。

4 施工工藝流程及操作要點

4.1 施工工藝流程（見圖3）

圖3 采用溝箱法進行長輸管道沿公路邊緣施工工藝流程

4.2 操作要點

4.2.1溝箱預制

根據(jù)溝箱設計圖紙，在臨時場地進行溝箱預制，采用H鋼制作框架及梯形支撐，鋼板作為溝箱兩側擋板，在擋板上分別沿縱、橫方向焊接兩根槽鋼加固。溝箱預制的數(shù)量應滿足施工需求。

4.2.2現(xiàn)場交通控制

在施工點前后每隔一定距離設置大塊醒目的警示牌，提前警示過往車輛司機注意前方施工。沿公路邊緣每隔一定距離設置一個注水防撞型塑料警示墩，警示墩之間用警示帶連接。在每個作業(yè)面的首、尾和設備前各放置一個警示閃燈，閃燈要保持24 h工作；每個作業(yè)面前后各設一名旗手，旗手必須配備指揮旗，穿公路部門要求的專用警示背心。臨時卸管、布管作業(yè)需占用半幅路面時，必須在道路中間設置隔離帶，必要時請交通警察協(xié)助疏導交通。

占用公路路面施工時應保證道路雙向通行。當占用路面施工不能保證道路雙向通行時，應在公路另外一側修筑臨時便道，確保交通暢通?，F(xiàn)場交通警示標志的設置要符合當?shù)毓凡块T的要求。

4.2.3作業(yè)帶掃線、平整

使用推土機和挖掘機對施工作業(yè)帶進行清理。在進行作業(yè)帶掃線、平整時不能破壞公路路基。路基開挖只能在管溝開挖時進行，并需得到監(jiān)理和公路主管部門的同意。

4.2.4管溝開挖

4.2.4.1一般地段管溝開挖

管溝開挖在組焊工序之前進行，提前開挖的長度控制在100～200 m范圍內，滿足每日管道安裝進度即可，以減少管溝敞口的長度和時間，降低安全風險。挖出的土由翻斗車拉運到臨時堆放場地，生熟土分開堆放。對于已經開挖尚未回填的管溝，在公路邊緣設置方形警示墩，中間用警示帶連接，并沿溝邊每隔50 m設置一個警示閃燈。

4.2.4.2石方段管溝開挖

在管道距離路邊太近、不允許進行爆破作業(yè)時，使用鑿巖機、鉆孔機和挖掘機相結合的方式開挖管溝。開挖時，先用挖溝機剝掉表土，露出巖石，然后開始鑿巖施工。對于質地堅硬的大塊石方先用鉆機鉆孔，然后再使用鑿巖機，以提高效率。鑿巖和挖溝、清溝相結合，棄石棄土裝到自卸車上并運到指定地點堆放。

4.2.4.3流砂段管溝開挖

流砂段管溝開挖前應打板樁，防止路面塌陷。對于受地質條件限制無法打板樁的地段，邊開挖邊放置防護溝箱，溝箱和溝壁間用砂袋擠密。

4.2.4.4民房前、叉路處的管溝開挖

民房前管溝開挖時需修筑施工臨時便橋，便于住戶通行。具體作法如下：橫跨管溝鋪設鋼浮板，便橋兩側安裝護欄，并拉上彩旗帶。穿越道路處的管溝開挖需修筑施工便道，便道的修筑要滿足通行載荷和通行量的要求，路口處設閃燈警示。

開挖時焊口處的管溝需適當加寬，保證溝箱能夠放入管溝，施工人員在溝箱內有足夠的作業(yè)空間。

4.2.5鋼管運輸與布管

由于作業(yè)空間受限，鋼管運輸?shù)浆F(xiàn)場后直接用吊車吊入管溝內，吊車作業(yè)需要占半幅路面，現(xiàn)場除了按要求設置好交通控制標志外，應由當?shù)亟煌ň旒訌娊煌▍f(xié)調。

對于卸放到公路路基以外的鋼管，在業(yè)主、監(jiān)理允許的情況下采用大功率挖掘機布管。根據(jù)鋼管的管徑和重量采用與之匹配的挖掘機，保證安全施工。當挖掘機在公路上行走時，應在履帶下面墊8 mm厚的橡膠板，以免損壞路面。

4.2.6溝箱布放

用卡車將溝箱從臨時場地運至施工現(xiàn)場。施工人員分別將兩根Φ12.7 mm鋼絲繩固定在溝箱頂部對角的吊耳處，同時用麻繩拴住相鄰的兩個吊耳，然后用CAT330挖掘機的背鉤勾住鋼絲繩，將溝箱吊起，緩慢放入溝內管口位置。溝箱起吊過程中，施工人員手拽麻繩，防止溝箱因擺幅過大而傷人，同時在溝箱就位時通過麻繩來控制溝箱方向。

對于流砂等管溝邊坡不穩(wěn)定的地方，溝箱放入管溝后，溝箱壁與管溝之間的間隙用尼龍袋裝土進行擠密，確保施工人員在溝箱內安全操作和路基的穩(wěn)定。

4.2.7管道溝下組對、焊接

先將吊帶固定在防腐管中心位置，然后用CAT330大功率挖掘機起吊、組對防腐管，起重工在溝邊進行專門指揮，管工在溝箱內用外對口器進行精確對口。管口組對合格后，焊工直接在溝箱內進行焊接作業(yè)（如圖4所示）。焊機放在輪式卡車上，便于移位。

圖4 焊工在溝箱內作業(yè)

管道組對、焊接施工應符合相應工程所執(zhí)行的規(guī)范標準。

4.2.8管口無損檢測、防腐補口

在進行X射線檢驗焊口時，應盡量在車流量小的時候進行，同時在射線機兩側應加防護鉛板，防止射線傷害路人。管口無損檢測合格后，立即進行防腐補口作業(yè)。管道防腐鄰近住家時，噴砂除銹前應安裝隔離板或防護網，減少對住戶的影響。無損檢測和防腐補口施工按正常地段進行。

防腐補口合格后，用挖掘機將溝箱吊出管溝，運至布好管的管口位置，繼續(xù)進行管道組焊等作業(yè)。

4.2.9回填

管溝回填時，用翻斗車將細土從臨時堆放場地運回，回填時由專人指揮。管溝回填過程中按要求進行分層壓實，確保路基穩(wěn)定。

4.2.10地貌恢復

管溝回填完成后用清掃車或人工對路面進行清掃，保持路面干凈無雜物。并按設計和公路管理部門要求恢復地貌。

5 實施效果

泰國天然氣管道沿3222省級公路邊緣敷設工程采用溝箱法進行施工時，一輛皮卡車由于司機疲勞駕駛，沖破路障，車身擦過溝箱頂角，斜撞入管溝。由于使用了溝箱，使正在進行焊接作業(yè)的兩名焊工得到了有效的保護，未受到任何傷害，有效避免了安全事故的發(fā)生。2006年5月泰國Wang Noi-Kaeng Khoi輸氣管道工程獲得了美國BECHTEL監(jiān)理公司頒發(fā)的“百萬工時無事故”證書。

6 結束語

使用溝箱法進行溝下焊接施工，避免了常規(guī)方法隔離公路、占用路面時間長、對公路邊居民生活影響嚴重的問題，減少了占地面積，保證了施工人員的人身安全，為以后類似施工提供了范例。同時溝箱法還可用于地基承載力差的水網地區(qū)管道溝下連頭施工。

[1] 陳希哲.土力學地基基礎[M].北京:清華大學出版社,2004.

[2] 魏明鐘.鋼結構[M].武漢：武漢理工大學出版社，2002.

Abstract:In the pipeline construction along high-grade highway roadside,the normal method adopted is to set up isolation barriers along the highway so that the constructors can work in the isolated area.By this construction method,the road has to be occupied for a long time and the dismantlement of the barriers is arduous,time-consuming and expensive work.In addition,it disturbs traffic and normal life of dwellers near the roadside.In Thailand Wang Noi-Kaeng Khoi Pipeline Project,Second Pipeline Construction Co.of CPP applied the trench box method in the pipeline construction for the first time,and finally completed the construction task of 11 km pipeline along Provincial Highway 3222 with cost-saving,high efficiency and zero hazard.It provided a good example for later pipeline construction along highway roadside at home and abroad.

Key words:long-distance pipeline;high-grade highway roadside;trench box method；construction process

（32）Application of Trench Box Method in Long-distance Pipeline Construction along High-grade Highway Roadside

WANG Yan（Second Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Xuzhou 221008，China），LI Song-bai，GAO Xing，et al.

TE973.91

B

1001－2206（2010）05－0032－03

王艷（1977-），女，滿族，遼寧黑山人，工程師，2008年畢業(yè)于中國礦業(yè)大學，現(xiàn)從事油氣管道施工技術管理工作。

2010-06-28