基于小直徑長距離隧道內(nèi)管道安裝的推管機(jī)技術(shù)研究

上海天然氣管網(wǎng)有限公司 顧華金

1 引言

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)天然氣的需求量也越來越大，天然氣作為清潔能源，可以減少二氧化硫、二氧化碳、氮氧化合物以及粉塵的排放，減少酸雨，能舒緩地球溫室效應(yīng)，有助于從根本上改善環(huán)境質(zhì)量。為了進(jìn)一步完善和優(yōu)化整個(gè)上海市天然氣主干管網(wǎng)，為長興島和崇明島安全供氣提供通道，目前正在實(shí)施上海市天然氣主干管網(wǎng)崇明島-長興島-浦東新區(qū)五號(hào)溝 LNG站管道工程項(xiàng)目(簡稱崇明過江管)。該工程主要分為隧道A線和隧道B線，以隧道A線為例，其平面布置圖見圖 1。該項(xiàng)目需用盾構(gòu)法建設(shè)一條小直徑長距離隧道穿越長江北港和南港，并在隧道內(nèi)敷設(shè)一條天然氣管道。

圖1 隧道A線平面布置

崇明過江管隧道工程項(xiàng)目A線和B線的長度分別約為8.2 km和6.9 km，隧道內(nèi)徑為φ3 400 mm，隧道平臺(tái)設(shè)計(jì)高度為H=700 mm，平臺(tái)操作面長度L=2 750 mm，隧道內(nèi)管道設(shè)計(jì)壓力6.0 MPa，管徑Φ813 mm，壁厚15.9 mm，管材L415M直縫埋弧焊管，單側(cè)布置，本項(xiàng)目隧道內(nèi)管道布置見圖2。

圖2 隧道內(nèi)管道布置

2 推管機(jī)技術(shù)在小直徑長距離隧道內(nèi)管道安裝中的運(yùn)用

2.1 推管機(jī)概述

推管機(jī)是國外引進(jìn)的一項(xiàng)管道施工技術(shù)，常用于管道穿越工程施工，如圖3所示。推管機(jī)主要由機(jī)器底座、液壓系統(tǒng)、夾緊器等組成。管道是通過推管機(jī)的管道夾緊器對(duì)管道夾緊后，在液壓油缸的作用下，向前推進(jìn)管道。本研究中將推管機(jī)技術(shù)運(yùn)用于小直徑長距離隧道內(nèi)管道安裝，可以克服在常規(guī)隧道內(nèi)逐根布管施工的運(yùn)輸、焊接、探傷和防腐及補(bǔ)口，產(chǎn)生的安全隱患和通風(fēng)問題，可以降低對(duì)操作和管理人員的危害。

圖3 推管機(jī)實(shí)物

推管機(jī)的基本型號(hào)和設(shè)計(jì)范圍見表1。

表1 推管機(jī)基本型號(hào)和設(shè)計(jì)范圍

2.2 隧道內(nèi)推管機(jī)的運(yùn)用

2.2.1 隧道內(nèi)管道推進(jìn)支架布置

本項(xiàng)目隧道內(nèi)每10 m管道設(shè)置一個(gè)管道滾輪托架，管道滾輪托架實(shí)物見圖4。

圖4 管道滾輪托架實(shí)物

滾動(dòng)支座用于鋪設(shè)預(yù)制好的管道，一旦完成管道鋪設(shè)工作，滾動(dòng)支座就被拆除，以鞍式支座代替，如圖5所示。

圖5 管道托架滾輪實(shí)物

2.2.2 隧道內(nèi)推管機(jī)的選型

崇明過江管隧道工程項(xiàng)目 A線內(nèi)推管機(jī)的選型計(jì)算如下：

圓柱體的滾動(dòng)摩擦系數(shù)μk取值范圍為0.121±0.007，參照管道穿越工程實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，一般取μk為 0.2～0.25。小直徑長距離隧道內(nèi)管道安裝，應(yīng)從隧道兩端同步向隧道中心推進(jìn)。A線天然氣管道長度為8.2 km，則單側(cè)管道長度為4 100 m，管道理論重量312.56 kg/m，總質(zhì)量m為1 281 483.7 kg，推管機(jī)需克服的滾動(dòng)摩擦力F計(jì)算如下：

即推管機(jī)至少需克服3 139.64 kN的摩擦力，參看表1的相關(guān)參數(shù)后應(yīng)選最大推力為5 000 kN的HK500PT型推管機(jī)。

2.2.3 推管機(jī)技術(shù)的現(xiàn)場應(yīng)用

為保證管道安裝的效率，管道通過隧道口兩側(cè)的過江井吊至井內(nèi)，通過預(yù)制平臺(tái)將管道兩兩對(duì)接，在隧道口靠近工作井內(nèi)，逐根進(jìn)行焊接、無損檢測和防腐工作，將推管機(jī)固定于工作井隧道口向內(nèi)500 m處，利用H型鋼和預(yù)埋螺栓，在水平與豎直方向進(jìn)行錨固，如圖6所示。管道預(yù)制到500 m推管機(jī)處，HK500PT推管機(jī)通過夾緊器對(duì)管道夾緊后，在液壓油缸的作用下，向前推進(jìn)管道，直至將500 m管道推進(jìn)結(jié)束。在推管機(jī)工作的同時(shí)，隧道口兩側(cè)管道可繼續(xù)進(jìn)行管道的預(yù)制工作，大大提高了施工效率。

圖6 隧道內(nèi)推管機(jī)的布置

3 結(jié)語

本文介紹了推管機(jī)的技術(shù)特點(diǎn)、型號(hào)和設(shè)計(jì)范圍，綜合結(jié)合上海市天然氣主干管網(wǎng)（崇明島—長興島—浦東新區(qū)五號(hào)溝 LNG站）管道工程項(xiàng)目的工藝特點(diǎn)，計(jì)算后選用HK500PT型推管機(jī)配合滾動(dòng)支座，用于該過程中小直徑長距離隧道內(nèi)的管道安裝。