斜井穿越法在黃土塬地區(qū)天然氣管道鋪設中的應用分析

楊顏璐

（山西天然氣有限公司，山西 太原 030000）

黃土塬又稱為黃土平臺、黃土桌狀高地，是對頂面平臺寬闊、周邊溝谷切割的黃土堆積高地的俗稱。由于黃土塬主要地形為沖溝和黃土坡，施工場地受限，若采用開挖法土方量過大，且生態(tài)恢復較難，因此采用斜井穿越法是最為理想的施工方式[1]。

1 工程概況

山西孝義-臨縣天然氣輸氣管道工程起點為孝義市梧桐鎮(zhèn)北姚村北姚閥室，終點為呂梁市棗林鄉(xiāng)十里村的離石分輸站，管道全長152km，途經孝義市、汾陽市、中陽縣、柳林縣，管道經過地區(qū)地勢變化較大，地形為東邊低，中部最高，西邊較高，線路山區(qū)敷設段長度約104km。經地質勘查，線路涉及山區(qū)、沖溝及濕陷性黃土等地區(qū)。其中中陽縣段家莊有一處施工難點，山脈較陡，最大坡度達60°，高度70～80m；離石區(qū)杜家山一處施工難點，山脈較陡，最大坡度80°，高度60～70m。經專家組考察，設計采用斜井穿越法完成這些區(qū)段管道施工。

2 斜井穿越法工藝流程介紹

斜井穿越法的本質是在原地貌基礎上順著黃土陡坡地面挖斜井越過溝坡，之后將預制管道放入挖好的斜井洞，最終安置到預定位置（見下圖1）[2]。斜井穿越法施工主要包括斜井開挖和管道穿越兩大流程，下面進行詳細介紹。

圖1 斜井穿越法示意圖

（1）斜井開挖

本項目斜井開挖工藝流程主要包括：測量放線、修筑施工便道、開挖溝槽和斜井，每個流程的主要工作如下：

①測量放線

準確測量管道中心線和轉角點，并將預制管道場地和施工道路占用區(qū)域劃定；對斜井段頂口和底口高程進行測定，確定斜井坡度、長度、井口位置。本項目井口尺寸設計為5×5m，選擇井口位置時要求有足夠寬闊場地，以便施工時放置物料和廢土。確定斜井長度后大致計算出需要管道的長度和數(shù)量，一般要求斜井頂?shù)變煽陂g距不超過80m,本項目設計斜井長度分別為65m和70m。

②施工便道施工

施工便道是為了大型機械可以進入施工場地，要求便道安全性較好，地質條件穩(wěn)定，且占地盡量少。其中在汾陽市地段，要求施工便道寬度在5～8m，本項目盤山道路采用“Z”字型，為防止設備運輸時將斜井壓塌，要求盤山便道與管道中心線的距離不得小于6m，坡度要求小于20°；在沖溝地段，施工設備很難進入，此時本項目利用小型沖溝及山間小道修筑施工便道。

③開挖溝槽和斜井

開挖溝槽和斜井是斜井穿越技術的核心。由于本項目區(qū)土質多為黃土，表層因受風化影響，沙土質地較為松軟，而底層因為壓實作用質地較硬，需要在采取安全措施后再進行開挖，具體可通過人工掏土、牽引推土機或卷揚機牽引手推車等方式，將挖出的土方從斜井洞內運出[3]，本項目采用人工掏土進行清除表層土。

（2）管道鋪設

本項目管道鋪設工藝流程主要包括：修筑作業(yè)平臺、管道預制和包裹布放、組對焊接和安裝等。每個流程主要工作如下：

①修筑作業(yè)平臺

在正式鋪設管道前需要修筑一定面積的作業(yè)平臺，要求作業(yè)平臺面積至少50m×50m，作業(yè)平臺完成后利用推土機和壓路機對場地進行了平整和碾壓作業(yè)，場地內的沉陷、大型裂縫等病害也逐一整治。

②管道預制

在施工場地內完成“二接一”預制管道施工，管道的焊接、防腐、檢測等工序都嚴格按照相關標準實施。經檢查，本項目預制管道合格率達到100%。

3 斜井穿越法施工重點分析

采用斜井穿越法的施工重點集中在斜井開挖、管道下放兩個方面：

3.1 斜井開挖施工重點分析

（1）開挖方案的確定

本項目設計在斜井開挖時，坡度要控制在10～35°范圍內，單段斜井長度要求在80m以內。斜井開挖方案主要有兩種：若工期要求較松，一般是從一側進行單側掘進的方式；若工期要求較緊，可以采取兩端同時掘進的方式。本項目工期時間要求較松，因此采用“從上到下”單側掘進形式開挖施工，開挖角度設計為30°（±5°）。

（2）斜井水平方向和坡度控制措施

在斜井開挖中，管溝的水平方向控制是管道鋪設質量的基礎。本項目借助測斜儀器監(jiān)測斜井管溝開挖方向，對不需要動土作業(yè)的斜井洞上部打入木樁，形成斜井洞后洞口也設計了打樁。本項目設計在洞口方向的延長線外1m打樁。打樁后將木樁以工程線連接，作為管溝控制的參考。斜井洞挖到一定深度后（5m），將方向控制由洞外向洞內延伸，在洞壁上部打入小木樁，同樣利用工程線連接。

斜井坡度控制也是重要質量參數(shù)之一。在開挖初始階段采用人工掏土方式，通過儀器對其進行實時監(jiān)測。隨著作業(yè)深入，坡度逐步加大，要求按照設計坡度和已開挖的合格坡度進行順延性的小木樁打入，通過工程線連接后控制坡度，同時進行工程線與地面垂直距離的測量，實現(xiàn)更加精準的坡度控制。斜井坡度控制精度良好，誤差率低于5%。

（3）塌方預防措施

塌方是斜井開挖中最需要注意的問題之一，為應對塌方問題，設計在每開挖一定距離（5m）斜井后及時設置支撐架。支撐架的形狀和洞口保持一致，尺寸略微小一些（0.1m）。本項目所用單個支撐架由4根架子制成，架子間距為0.4m，通過表層覆蓋鋼板的形式焊接在一起，單塊鋼板的適宜規(guī)格為長、寬、厚分別為4m、1.2m、2mm。隨著掘進深度增加，設計逐步加密支撐架，中間段間距為0.5m。

（4）安全措施設計

為確保洞內作業(yè)人員安全，在洞口安裝鼓風機，并通過尼龍管進行洞內供氣。斜井洞開挖后進行了3～4d自然風干，隨后進行支撐架撤出等作業(yè)，換為坑木支撐，其尺寸與支撐架規(guī)格一致。在作業(yè)方案設計時，本項目還考慮采取了以下預防措施：①在洞口的作業(yè)坑處搭建防雨棚，防止積水進入洞內，外部挖出擋土墻和排水溝，確保積水排出；②每天完成后在洞口設置封蓋措施，防止人員進入。

3.2 管道安裝施工重點分析

當檢測預制管道質量符合要求后便進行管道安裝作業(yè)，主要按照以下步驟進行管道安裝施工：

（1）對管溝斜井段部位管道進行封頭和吊耳等裝置焊接，并將其與卷揚機和推土機通過鋼絲繩連接起來；

（2）溜管作業(yè)要做好收縮套和防腐層保護，毛氈對管道進行包裹，外部用竹片包裹。做好保護后用吊管機直接放到斜井洞內，在首個預制管道的尾端達到洞口部位后停止溜管，用吊裝機械對第二個管段吊入坑道內進行連接頭的焊接，循環(huán)作業(yè)，直至達到管道長度要求。

4 結語

斜井穿越法在地形地貌復雜地區(qū)應用較為廣泛，尤其是黃土塬地區(qū)，可以最大限度降低工程成本和對自然生態(tài)環(huán)境的影響。本項目應用該技術后，工期和成本均在規(guī)定要求的范圍內，且應用效果良好，值得進行推廣。