淺析天然氣管道穿越方式

任一鳴(遼寧大唐國際阜新煤制天然氣有限責(zé)任公司, 遼寧 阜新 123000)

我國“富煤、少油、缺氣”的能源特點決定了煤炭在我國能源結(jié)構(gòu)中的主導(dǎo)地位在較長時間內(nèi)不會改變，同時日益嚴(yán)格的環(huán)保要求以及持續(xù)增加的天然氣需求促使人們尋找煤炭利用與天然氣供應(yīng)新渠道，使得煤制天然氣產(chǎn)業(yè)已成為國內(nèi)投資發(fā)展的熱點，煤制天然氣“十二五”期間首次列入國家天然氣發(fā)展規(guī)劃后，各地政府和企業(yè)也開展煤制天然氣項目規(guī)劃研究。

天然氣的主要運輸手段是管道輸送，因此對煤制天然氣項目來講，天然氣管道工程的建設(shè)成為了一項系統(tǒng)、復(fù)雜的工程，具有高技術(shù)、高投入和高風(fēng)險特點。其中重要河流、山區(qū)等地段的穿越工程大多成為了天然氣管道項目的控制性工程，為了保證穿越工程的安全性與經(jīng)濟(jì)性，穿越方式的選擇顯得尤為重要，本文將對不同穿越方式進(jìn)行介紹，并比較其優(yōu)勢。

1 天然氣管道穿越原則

天然氣管道穿越線路選擇應(yīng)與工程總體線路走向一致，穿越位置宜避開高填方區(qū)、路塹、路兩側(cè)為同坡向的陡坡地段，與公路或鐵路交叉時宜優(yōu)先采用垂直交叉，條件受限時交叉角都不應(yīng)小于30°，穿越河流時應(yīng)盡量選在河道平直、岸坡穩(wěn)定、水流平緩、雙側(cè)有開闊施工場地處，穿越位置的選擇應(yīng)符合國家、行業(yè)及企業(yè)相關(guān)規(guī)范，符合當(dāng)?shù)毓?、鐵路、河流、城市等主管部門規(guī)劃與法規(guī)，優(yōu)化設(shè)計，選擇最適宜于穿越位置的穿越方式。

2 天然氣管道穿越方式

目前，天然氣管道穿越方式主要有大開挖穿越、頂管穿越及定向鉆穿越等方式。

(1)大開挖穿越 大開挖穿越方式技術(shù)成熟，投資省，在國內(nèi)、外的設(shè)計、施工中得到了廣泛的運用，其不受路基地質(zhì)、地形的影響，一些等級較低的公路或鄉(xiāng)村道路以及水深較淺水流較小的河流宜優(yōu)先采用，山區(qū)巖石路基的山區(qū)公路，兩側(cè)地面高差較大的公路宜采用大開挖穿越。大開挖穿越方案適用于季節(jié)性河流，在枯水季節(jié)可直接開挖管溝或采用導(dǎo)流明渠、圍堰導(dǎo)流等施工措施進(jìn)行敷設(shè)穿越管道。

穿越公路時應(yīng)先取得公路主管部門的同意后進(jìn)行測量放線、臨時道路修筑、管線預(yù)制、設(shè)置警示牌等環(huán)節(jié)；采用挖掘機(jī)進(jìn)行開挖并嚴(yán)格按照圖紙施工，在水位較高地段管溝開挖前需做降水處理；管道下溝后上覆細(xì)土再用原土回填、壓實，并按公路管理部門要求恢復(fù)路面及公路路邊溝。穿越小型河流時選擇其枯水季節(jié)施工，在取得水利部門同意后進(jìn)行測量放線、管道預(yù)制、管溝開挖、吊裝下溝及土壤回填等過程；如是常年流水的河流則要設(shè)置導(dǎo)流渠及圍堰并要進(jìn)行排水，兩側(cè)有堤壩的可采取先用編織袋裝土修筑邊坡，采用農(nóng)用薄膜做防滲層，使河流在充水后不會出現(xiàn)滲漏；對有護(hù)坡要求的,要嚴(yán)格按施工規(guī)范進(jìn)行護(hù)坡，護(hù)坡長度視現(xiàn)場而定。水下的穿越管段的設(shè)計埋深必須保證在涉及沖刷線之下一定深度，才能保證管段不應(yīng)產(chǎn)生漂浮和位移；當(dāng)采用穩(wěn)管措施時，穩(wěn)管配重物不應(yīng)損傷管道防腐涂層。大開挖具有以下優(yōu)點：

①大開挖穿越方式技術(shù)成熟，施工簡單，在國內(nèi)外的設(shè)計施工中得到了廣泛的運用。②投資省，運用較少的施工機(jī)械和人員在較短的時間內(nèi)完成。③不受公路河流附近地形地貌的影響，可穿越一些其他施工方式穿越困難的地段。

(2)頂管穿越 頂管穿越通過短距離管道穿越技術(shù)在1970年代后期開始得到使用。傳統(tǒng)意義上的頂管施工是以人工開挖為主，后來根據(jù)土層環(huán)境的不同(淤泥質(zhì)黏土，砂性土，黃土，風(fēng)化巖等)又派生出了土壓力平衡方法，泥水平衡方法等，通過頂管技術(shù)可以達(dá)到超過一千米以上的距離。

一般的頂管施工除前期與政府部門或管道所屬單位的溝通外，還要做好施工放線、設(shè)備進(jìn)場、人員材料等方面的配備；準(zhǔn)備工作完成后在預(yù)頂位置兩側(cè)設(shè)置工作坑和接收坑，工作坑設(shè)在地面高程較低一側(cè)，邊挖邊澆筑混凝土支護(hù)墻，接收坑不用混凝土支護(hù)墻，但開挖時按土質(zhì)情況放坡；接下來要在作業(yè)坑內(nèi)設(shè)置好頂管所需設(shè)備，頂進(jìn)開始時，水泥套管應(yīng)緩慢頂進(jìn)，待各接觸部位密合后，再按正常頂進(jìn)速度頂進(jìn)；頂管結(jié)束后清理殘土及污物，吊裝管道下溝最后回填土壤。

頂管施工最突出的特點就是適應(yīng)性問題。針對不同的地質(zhì)情況、施工條件和設(shè)計要求，選用與之適應(yīng)的頂管施工方式，如何正確地選擇頂管機(jī)和配套輔助設(shè)備，對于頂管施工來說將是非常關(guān)鍵的。頂管施工多用于穿越公路、鐵路及其他地下管線，具有以下優(yōu)點:

①頂管施工無需明挖土方，對地面影響小，對現(xiàn)行環(huán)境無破壞，因而可以避免開挖施工所帶來的居民生活和交通干擾，以及對環(huán)境建筑基礎(chǔ)的破壞影響，無污染，無噪音。②減少了開挖施工的地下作業(yè)工程量，避免地下水作業(yè)的麻煩。設(shè)備使用較少，工序簡單，加快了施工進(jìn)度，縮短了工期，作業(yè)面小，綜合施工成本低。③在開挖施工難以進(jìn)行或根本不允許進(jìn)行的情況下，頂管工程可使管線施工成為可能，并且可將管線設(shè)計在施工最經(jīng)濟(jì)合理的地點穿過。

(3)定向鉆穿越 定向鉆穿越技術(shù)是一個多學(xué)科，多技術(shù)集中于一體的系統(tǒng)工程，目前在國內(nèi)得到了廣泛的運用。在計算好穿越曲線等參數(shù)及管段焊接等一系列前期準(zhǔn)備工作后，一般施工分以下過程：

①利用水平定向鉆機(jī)按照穿越曲線及人工磁場鉆導(dǎo)向孔，根據(jù)鉆頭反射回來的信息修正其方向。②鉆出的導(dǎo)向孔往往小于回拖管道的直徑，為了使鉆出的孔徑達(dá)到工程需要，使用擴(kuò)孔器在出土點回拉擴(kuò)孔。對于直徑較大的孔，可進(jìn)行多次擴(kuò)孔鉆進(jìn)，使鉆孔直徑逐漸擴(kuò)大至尺寸要求。③導(dǎo)向孔經(jīng)過擴(kuò)孔后，達(dá)到了回拖要求，將鉆桿、擴(kuò)孔器、回拖活結(jié)、焊接好的管線依次接好，從出土點開始一邊擴(kuò)孔一邊將管線回拖至入土點為止，以形成符合工程施工用的管道。④從鉆導(dǎo)向孔、擴(kuò)孔到回拖，有多個工序需用到泥漿。泥漿是定向鉆施工中必不可缺的一項，主要作用是懸浮和攜帶鉆屑凈化鉆孔、穩(wěn)定孔壁和降低扭矩和推拉力、冷卻鉆具。

3 定向鉆施工具有以下優(yōu)勢

①定向鉆穿越施工不會阻礙交通，不會破壞地貌和環(huán)境，不破壞河堤并對周邊環(huán)境影響較小，適應(yīng)環(huán)保的各項要求,因此同其他相關(guān)部門協(xié)調(diào)難度較小，便于實施。②與其它施工方法比較，施工場地進(jìn)出速度快，可靈活調(diào)整，從開始施工至施工完畢一般僅需10～15天，并且占地少造價低，施工速度快。③大型河流穿越時，由于管線埋在河底以下深處，氧氣及其他腐蝕介質(zhì)很少，可起到防腐與保溫的功能，可保證管線長時間運營。④穿越河流時穿越設(shè)備位于河床兩岸邊坡上或壩堤外，地勢一般較高，大都位于常年洪水警戒線以上，洪水不致影響工程的正常施工。⑤本方法穿越不需進(jìn)行大量的土石方開挖，施工人員僅在地表作業(yè)，安全性好。

4 結(jié)語

天然氣管道穿越方式主要為大開挖、頂管、定向鉆穿越方式。穿越方式的選擇應(yīng)該根據(jù)地形地貌、水文、地質(zhì)、環(huán)境、交通運輸、維修管理等方面因素綜合考慮，以確保天然氣管道與周圍環(huán)境安全。同時在滿足施工工期整個工程要求基礎(chǔ)上，應(yīng)優(yōu)先選擇投資低、施工簡單的穿越方式。

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