淺談南水北調(diào)天津干線河北段穿越油氣管線保護工程

劉江山 張亞格

南水北調(diào)中線一期工程天津干線（以下簡稱：南水北調(diào)天津干線）是中線干線主體工程的重要組成部分，主要任務(wù)是向天津市和沿線河北省保定市及廊坊市部分城鎮(zhèn)提供生產(chǎn)生活供水，是解決天津市水資源緊缺、保證沿線地區(qū)國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略工程。南水北調(diào)天津干線始于保定市徐水縣西黑山村西北，總體走向由西向東，途經(jīng)河北省保定市徐水、容城、白溝新城、雄縣和廊坊市的固安、霸州、永清、安次共8個縣(市)和天津市武清、北辰、西青3區(qū)，采用全箱涵無壓接有壓全自流輸水方案，以現(xiàn)澆鋼筋混凝土箱涵為主（箱涵斷面主形式為3孔4.4m×4.4m×4.4m），設(shè)計流量 50m3/s，加大流量 60 m3/s。工程全長約155km，其中河北境內(nèi)約131km。

1. 交叉油氣管線的基本情況

南水北調(diào)天津干線在河北省保定地區(qū)的徐水縣、白溝新城，廊坊地區(qū)的霸州市和永清縣等縣（區(qū)）分別與京邯輸氣管線、任京輸油管線、港清天然氣管線等16條長輸油氣管線交叉并從管線下方穿過，輸油氣管線設(shè)計壓力從2.5Mpa～10Mpa，管材多螺旋縫埋弧焊鋼管和無縫鋼管，管徑在159mm～711 mm之間，防腐形式多為環(huán)氧粉末或聚乙烯膠帶加強級防腐，交叉角度多在60°以上。根據(jù)現(xiàn)場施工布置，南水北調(diào)天津干線施工占地大體劃分為臨時開挖區(qū)、臨時道路區(qū)和臨時堆土區(qū)3種類型。本工程主要是采取支護、鋪設(shè)蓋板等措施保護油氣管線在南水北調(diào)天津干線輸水箱涵施工過程中不被破壞。

2. 輸油氣管線施工方案

對交叉處的油氣管線可采取兩種施工方案，一種方案是對油氣管線進行切割遷建，將局部管道遷改建至天津干線箱涵下部。此方案雖方便南水北調(diào)施工，但是油氣管線遷改的安全風(fēng)險較大，辦理手續(xù)復(fù)雜，技術(shù)要求高，費用較大。而且作為能源供給動脈一般要求不停輸作業(yè)，若出現(xiàn)斷氣或安全事故造成的影響和損失巨大。另一種方案是就地對南水北調(diào)臨時開挖區(qū)內(nèi)暴露的輸油氣管線采取桁架支撐措施、對施工道路和堆土區(qū)下方的油氣管線采取鋪設(shè)蓋板涵等工程措施進行保護，此保護方案雖增加輸水箱涵施工難度，但是不用切割油氣管線，相對安全風(fēng)險小，辦理手續(xù)簡單、現(xiàn)場操作性強、費用較小。綜合比較，油氣管線各權(quán)屬單位均優(yōu)先推薦采取保護方案。

3. 油氣管線保護措施

3.1 開挖區(qū)兩端固定措施

任京輸油管線、霸岔輸氣管線等輸油氣管線因與南水北調(diào)天津干線交叉角度偏小，施工開挖暴露輸油氣管線的距離大，考慮熱應(yīng)力對輸油氣管線的影響，須在管線開挖兩端設(shè)置固定墩，固定墩的受力大小F參見計算公式一。

公式一

式中：

P—設(shè)計壓力，MPa

D—管道內(nèi)徑，mm

T0—安裝溫度，℃

T1—運行溫度，℃

A—管道橫截面面積，mm2

k—推力折減經(jīng)驗系數(shù)

α—線膨脹系數(shù)

E—鋼材彈性模量MPa

3.2 臨時堆土區(qū)和施工道路區(qū)保護措施

施工道路區(qū)內(nèi)的大型機械設(shè)備以及堆土場地內(nèi)的推土機等重型機械均需要通過輸油氣管道，對施工道路和堆土區(qū)內(nèi)的管線采取蓋板涵保護措施。根據(jù)大型機械的載重和堆土區(qū)堆土高度（含推土機重量）等荷載計算蓋板涵結(jié)構(gòu)，蓋板涵的蓋板一般采用C30鋼筋混凝土,施工時蓋板上加設(shè)橋面鋪裝層?；A(chǔ)及涵墻采用C25素混凝土澆注。蓋板涵每隔4.5m設(shè)置一道伸縮縫。

3.3 臨時開挖區(qū)內(nèi)保護措施

在輸水箱涵開挖邊界內(nèi)采用的是兩邊π型支撐與中間桁架相結(jié)合的保護形式。即在南水北調(diào)開挖邊界內(nèi)的管線兩側(cè)打鋼管樁，作為承重的基礎(chǔ)，由兩側(cè)向中間開挖土層，當土層開挖至油氣管線底部時施工π型支撐。見圖1。支護好管線。

全面放開船長尺度，船舶調(diào)頭勢必十分困難，必然影響其他船舶正常航行，引起航道堵塞。航道標準尚未完全到位，并由于拆遷、資金等原因，沿線仍有少數(shù)橋梁未達標，局部水域水下存在一些淺點。諸多航道碼頭按照45 m設(shè)計，岸線資源有限，靠泊困難，影響通航效率，甚至堵航。

圖1 管道π型支撐

施工到中間部分（即南水北調(diào)天津干線輸水箱涵頂部）時，先設(shè)置臨時支撐支護這部分管線，防止管線下垂。當土層開挖至桁架底部留有足夠空間時，安裝桁架并支護好油氣管線。見圖2。當油氣管線管底與輸水箱涵之間間距不能保證輸水箱涵的正常施工和輸油氣管道檢修的最小間距時，可采取桁架從管線上方支撐。

圖2 桁架在管線下方支撐

3.4 桁架及蓋板涵拆除

待南水北調(diào)天津干線輸水箱涵澆筑完成，土方回填至輸油氣管線底標高下500mm時，用500mm高400mm寬的砼墩，將管線支護好，墩頂用鋼板與管線底頂緊，墩的位置應(yīng)在相鄰鋼管樁和相鄰吊架之間。按照分層夯實回填土方，待管線四周土方夯實不再沉降，拆除桁架。相應(yīng)地，將蓋板涵人工拆除，防止影響群眾耕作。

3.5 管線附近土方開挖及回填要求

為了保證輸油氣管線的安全運行及桁架安全，在開挖南水北調(diào)箱涵作業(yè)坑時，管線中線兩側(cè)5m以內(nèi)采用人工開挖，注意保護管線防腐層及相關(guān)管線光纜不被破壞。

當南水北調(diào)輸水箱涵施工完畢后，油氣管線附近被擾動的土層可采用人工分層夯實回填、新立支墩或壓水沉土等工程措施防止管線發(fā)生沉降，嚴禁直接用機械震動碾壓作業(yè)。

3.6 防腐保護措施

開挖后的管道裸露時間內(nèi)應(yīng)采用不透明遮蓋物覆蓋，避免管道外防腐層因陽光曝曬加速老化。輸油氣管線與π型支撐或桁架相接觸部位加橡膠墊以保護管線防腐層不被破壞。

遇雨、雪、霧、風(fēng)沙等氣候條件應(yīng)停止防腐層露天施工。環(huán)境溫度低于5℃或高于40℃，或相對濕度高于80%時，不宜施工。修補前應(yīng)先將修補處的泥土、污物、冰霜等對修補質(zhì)量有影響的附著物清除干凈。修補時應(yīng)將破損的防腐層清理干凈，如已露基材，應(yīng)除銹至St3級。

4. 施工注意與存在問題

一是打鋼管樁之前必須探明油氣管線走向，預(yù)防鋼管樁打在管線上破壞管線運行安全。同時，施工前再次復(fù)核油氣管底部與南水北調(diào)天津干線箱涵頂?shù)拇怪遍g距是否滿足檢修、運行的間距要求。

二是人工開挖管線附近土方時切忌野蠻施工，破壞管線外防腐保溫層。

三是南水北調(diào)天津干線施工期間，輸油氣管線方要加強對桁架和管線的高程監(jiān)測和南水北調(diào)天津干線施工期間的安全監(jiān)督和指導(dǎo)，防止出現(xiàn)意外的安全事故。

四是對于運行多年的老輸油的熱應(yīng)力問題是否已經(jīng)化解消除，固定墩是否有必要安放有待于進一步研究。