油氣長輸管道頂管穿越施工要點(diǎn)

王林燕

（中石化石油工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257000）

本文通過對長輸管道的建設(shè)技術(shù)進(jìn)行要點(diǎn)分析,得出輸油管道的施工質(zhì)量可以保障,石油和天然氣長輸管道要想取得理想施工效果，可以通過頂管穿越交叉道路的方式,穿越鐵路和小河。

1 石油管道施工概況

施工石油管道是頂管穿越，長度約為30m，在建設(shè)過程中，公路將需要穿過。管道穿越段位于河流沖積洪積扇下游，圍巖主要由亞粘土層和細(xì)粉砂層組成。地基承載力小，地下水位較深。管道鋪設(shè)中，為了防止地下水對地基的侵蝕，必須在礫石墊層上鋪設(shè)管道，其厚度為400mm，礫石直徑小于10mm。在管道施工中，管道長度為29.4m，縱向坡度約20%，管道埋地，沿地形坡度由西向東、由南向北鋪設(shè)。在石油管道施工中不得有倒坡，管道頂部的土壤應(yīng)大于1.5m。由于本工程大部分管道鋪設(shè)在沙漠戈壁中，為了保障工程質(zhì)量，有必要做好配水管道的設(shè)計(jì)。管道敷設(shè)在地下，管道土壤厚度不得小于1.5m。為了在以后的管道檢測和維護(hù)中方便查找管道的鋪設(shè)方位，需要在管道每間隔400 米處設(shè)置一個(gè)電子標(biāo)志[1]。

2 對輸油管道穿越技術(shù)的論述

長距離頂穿管道施工前，應(yīng)根據(jù)工程現(xiàn)場的實(shí)際情況，科學(xué)制定施工方案。當(dāng)前長距離輸送管道頂管施工進(jìn)行設(shè)計(jì)，即使沒有指定建筑物和管道之間的距離,也不能意味著沒有必要設(shè)置凈距離。養(yǎng)護(hù)與施工之間的距離應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行測量。城市燃?xì)夤艿雷鳛橐粋€(gè)整體的合理性需要滿足相關(guān)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。低壓管道與建筑物之間的凈距離應(yīng)大于高壓管道與建筑物之間的凈距離,以減少對氣體輸送壓力的影響。穿越圖如圖1 所示。

圖1 頂管機(jī)頂管穿越示意圖（mm）

2.1 安裝頂管設(shè)備

安裝過程中的頂管設(shè)備，應(yīng)采用鋼結(jié)構(gòu)頂管。安裝要求：兩個(gè)導(dǎo)軌平行、等高、直，保障設(shè)計(jì)的管道坡度和縱向坡度均勻。頂管安裝過程中，允許偏差應(yīng)控制在1mm 以內(nèi)，軸線允許偏差小于3mm，頂層允許偏差約為3mm。安裝頂管時(shí)，應(yīng)檢查安裝的穩(wěn)定性，如有偏差應(yīng)及時(shí)處理。例如，需要計(jì)算天然氣管道的應(yīng)力、水力功率等值。在實(shí)際操作中，對過差的管道要進(jìn)行保護(hù)，跟蹤施工質(zhì)量，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問題進(jìn)行統(tǒng)一處理[2]。

2.2 油泵和千斤頂?shù)氖褂?/h3>

在公路千斤頂?shù)氖褂?有必要在支架和管道的中心位置的垂直對稱,其使用的目的是建立一個(gè)垂直線的管道,并檢查是否公路千斤頂?shù)奈恢檬菍ΨQ的,要保障管道的中心軸線與軸線位置相同。油泵安裝施工中，應(yīng)嚴(yán)格按照要求操作。頂管操作施工中，油泵和千斤頂應(yīng)相互聯(lián)系。油泵安裝后，當(dāng)油泵與觸點(diǎn)位置熔合時(shí)，應(yīng)注意調(diào)整運(yùn)行速度。如頂升過程中油壓突然變化，應(yīng)停止作業(yè)，檢查問題，處理后進(jìn)行頂升。

2.3 丁鐵使用及安裝

但在安裝過程中，必須保障軸線與管道對稱平行，軸上、頂管與頂管之間、頂管與頂管之間不得有異物。在頂推過程中,操作員不能站在頂部和背面,在上方隨時(shí)檢查升降情況,使用緩沖材料進(jìn)行處理,對于頂推力大于管道的抗壓強(qiáng)度,把U 型鐵安裝在管端[3]。

2.4 主管道穿越施工

在檢查過穿越管道后，需要在挖掘機(jī)的工作下，根據(jù)穿越總管的長度進(jìn)行穿越通道的挖掘和設(shè)置，將其與作業(yè)坑連接起來。套管底標(biāo)高應(yīng)高于溝槽標(biāo)記底，方便后期施工的交叉連接工作。管道安裝穿越中，管理頭焊接模板安裝在主管的前端，低錨掛在接收坑的第一段安裝繞線機(jī)。在穿過主管前，應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求將套管清理干凈，并在穿過主管前安裝塑料滑塊。施工需要利用吊管機(jī)，將吊管安裝在溝的底部，使用鋼絲處理，帶動(dòng)總管穿過，拖進(jìn)干線到指定位置，切斷拖管頭。在過主線的過程中，需要將其緩慢拖進(jìn)預(yù)設(shè)的機(jī)殼，并切斷牽引頭，主絕緣電阻由振動(dòng)計(jì)檢查。如果不符合設(shè)計(jì)要求，則需要將其從管道中拉出，處理后拖進(jìn)規(guī)定的套管中。

檢查合格后，在管道位置安裝80mm 厚的橡膠片進(jìn)行密封，管口用水泥砂漿封堵。其外觀需要用混凝土抹灰，強(qiáng)度C20，厚度25mm。示意圖如圖2 所示。

圖2 頂管穿越施工流程示意圖

3 對輸油管道穿越施工的要點(diǎn)進(jìn)行論述

3.1 頂管穿越施工

在頂管施工進(jìn)程中，需要進(jìn)行頂管處理。把千斤頂固定好，使其方向與軸心的中心位置一致。工作點(diǎn)可以作為管道中心的垂直線注意千斤頂?shù)奈恢檬欠駥ΨQ，保障中心軸線與管道軸線的一致性。頂管穿越施工中，結(jié)合工程現(xiàn)場的地理情況，采用頂管法和水平螺旋頂管法。其中，頂管法是指以千斤頂為主動(dòng)力的頂管法,而水平螺旋頂管法就是采用水平螺旋鉆進(jìn)的方法[4]。在實(shí)際施工中，結(jié)合工程設(shè)計(jì)的控制樁位置，應(yīng)采用全站儀等設(shè)備對交叉軸線進(jìn)行測量。作業(yè)坑的位置一般設(shè)置在給定套管位置外，作業(yè)應(yīng)在道路兩側(cè)均勻分布的位置進(jìn)行。在接坑開挖的過程中，工藝流程一般與作業(yè)坑開挖相同，要做好測放線路和支護(hù)作業(yè)。接收井的位置應(yīng)設(shè)置在給定套管位置外，形狀為矩形，底部尺寸為4m×4m，可根據(jù)段埋深確定。鉆穿時(shí)，頂進(jìn)鉆孔的每段混凝土套管的長度，須與鉆桿的長度相同，且每段套管的設(shè)置位置應(yīng)準(zhǔn)確。鉆孔1.5m 后，應(yīng)檢查鉆孔位置，檢查是否有鉆偏現(xiàn)象。如有，應(yīng)及時(shí)調(diào)整鉆機(jī)。在套管密封處理施工中，混凝土套管接頭的施工方法應(yīng)涂覆柏油,套管內(nèi)下端60°處應(yīng)平整無異物，保障監(jiān)理施工順利[5]。

3.2 頂管工程計(jì)算

對頂管施工過程進(jìn)行計(jì)算，通常有兩種方法：一種是無載拱法，另一種是無卸荷拱法。其中，在進(jìn)行隧道施工中適合選用卸荷工作拱法，在采用卸荷拱法時(shí)，需要利用管道上敷土的豎向土荷載，計(jì)算頂管在原土中土層中，對自然載荷進(jìn)行計(jì)算。結(jié)合拱軸理論，空拱的上界面自然形成拋物線：

卸荷拱的高度h1 按下式計(jì)算：

式中，fk 表示的是土壤的堅(jiān)實(shí)系數(shù)；a1表示意義見圖3。

圖3 卸荷拱的高度示意圖

在按卸荷拱計(jì)算土荷載過程中，f、k 應(yīng)滿足不小于0.6的要求，頂管土深度H 應(yīng)大于2h1。經(jīng)過練習(xí)，我們知道H可以適當(dāng)?shù)販p少，但它應(yīng)該大于1.3H1。在這種情況下，需要根據(jù)管道頂部高度H1計(jì)算管道上的豎向土荷載。在計(jì)算過程中，不能考慮地基活荷載的影響。頂管總豎向土荷載可按下式計(jì)算：

式中，γs 表示的是土的單位容重(kN/m3)；D0表示的是管道外直徑(m)。

當(dāng)頂管工程不能滿足Fk 大于0.6(土壤硬度系數(shù))，H大于2h1時(shí)，按頂管上方所有覆蓋土計(jì)算土柱壓力。管頂豎向土荷載的計(jì)算公式為：

頂管在砂土、碎石等土層中，或穿過河底的軟土層時(shí)，將無法形成卸荷拱。這種情況下，頂管豎向土荷載按式(4)計(jì)算[6]。

在頂升低于水位的情況下，有必要適當(dāng)降低水位。施工地域的水位較高，會(huì)產(chǎn)生泥石流等。需要將水位減低至最高坑底以下約100cm，盡量避免在雨季施工。當(dāng)頂管上方土層為飽和土和水時(shí)，不能形成卸荷拱，不能根據(jù)Protokiakanov 理論計(jì)算頂管力。

4 結(jié)論

長輸油氣管道工程是一項(xiàng)多學(xué)科的系統(tǒng)工程。在管道穿越施工中，有關(guān)人員應(yīng)提高工程施工質(zhì)量，根據(jù)施工設(shè)計(jì)檢查工程場地的地質(zhì)、水文條件，選擇恰當(dāng)?shù)氖┕すに嚭驮O(shè)備，保障管道施工符合質(zhì)量要求。但在實(shí)際穿越施工中，由于管道穿越難度大，施工措施如果不得當(dāng)，會(huì)給施工現(xiàn)場制造嚴(yán)重的質(zhì)量問題。一種新型頂管操作技術(shù)的問世，使得不拆除施工成為可能，保障了油氣長輸管道的穿越施工。在實(shí)際運(yùn)行中，應(yīng)掌握長輸油氣管道頂管施工要點(diǎn)，選擇頂管穿越的施工工藝，充分發(fā)揮施工技術(shù)優(yōu)勢,保障長輸油氣管道工程的長足發(fā)展。