天然氣管道搬遷技術(shù)方案和關(guān)鍵技術(shù)

中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院有限公司 劉 曦

上海市虹梅南路道路改造工程(S20外環(huán)線—放鶴路)中敷設(shè)有1根DN800 PN1.6 MPa天然氣管道。該天然氣管道目前部分位于虹梅南路高架道路內(nèi)，部分位于匝道的基礎(chǔ)下，嚴(yán)重影響天然氣管道的安全運(yùn)行和日常檢修維護(hù)。為配合虹梅南路道路工程，該天然氣管道需部分搬遷。搬遷工程總長(zhǎng)度為1.8 km，其中包括：頂管穿越興梅路、春申塘，定向鉆穿越金都路、曹建路，圍堰直埋穿越洪春涇。搬遷工程由于管徑大，現(xiàn)場(chǎng)地下管線極其復(fù)雜，所以施工難度相當(dāng)大。

1 工程實(shí)施難點(diǎn)分析

虹梅南路位于市區(qū)外環(huán)線內(nèi)，道路狹窄。改造工程需將現(xiàn)狀機(jī)動(dòng)車道下天然氣管廢除，并在現(xiàn)狀非機(jī)動(dòng)車道下新排1根DN800 PN 1.6 MPa天然氣管道，長(zhǎng)度為1.8 km。實(shí)際施工中會(huì)遇到以下難點(diǎn)：

(1) 此次改造的天然氣管道為上海浦西南部地區(qū)供氣主干線，一旦停氣可能會(huì)影響浦西的供氣安全。

(2) 施工區(qū)域內(nèi)人/車流量較大，項(xiàng)目實(shí)施期間對(duì)周邊居民生活會(huì)產(chǎn)生較大的影響。

(3) 現(xiàn)狀道路下各類公用管線錯(cuò)綜復(fù)雜，工程實(shí)施難度大，對(duì)其他各類管線的影響也較大。

(4) 施工場(chǎng)地受限，規(guī)劃管位條件較為苛刻。

(5) 施工期間，部分其他管線施工單位也在同時(shí)施工，需進(jìn)行多方面配合，協(xié)調(diào)難度大。

(6) 部分區(qū)域還涉及到穿越河道、道路。

2 技術(shù)方案

2.1 搬遷總體方案

虹梅南路道路改造時(shí)間緊、協(xié)調(diào)難度大。本工程天然氣管道搬遷采用多單元隔離的設(shè)計(jì)理念，盡量利用現(xiàn)狀管道，僅對(duì)不滿足安全運(yùn)行要求的管段進(jìn)行改造。多單元隔離設(shè)計(jì)理念能夠有效地與道路改造節(jié)點(diǎn)相配合，不僅加快了建設(shè)進(jìn)度，還可以減小投資、減小對(duì)現(xiàn)狀燃?xì)夤芫W(wǎng)的影響。

通過(guò)前期資料搜集，將此次搬遷工程分為5個(gè)單元，見(jiàn)表1。

表1 天然氣管道分段搬遷內(nèi)容

分段搬遷內(nèi)容如圖1所示。

圖1 搬遷工程分段走向示意

2.2 管道敷設(shè)方案

本工程新建管道管徑大，加之位于已建城區(qū)內(nèi)，地區(qū)人/車流量較大，因此，合理選擇管道敷設(shè)方案尤為重要。

管道常用的施工方法包括開(kāi)挖直埋、定向鉆施工和頂管施工等。在管道埋設(shè)不深和工作面條件許可的情況下，開(kāi)挖直埋管施工簡(jiǎn)單易行，工程造價(jià)較低。但開(kāi)挖直埋不足的是施工占地較大，周期較長(zhǎng)，對(duì)周圍環(huán)境以及交通影響較大，雨天易翻漿，晴天常揚(yáng)灰等。定向鉆管施工和頂管施工均屬于非開(kāi)挖施工，可遠(yuǎn)離現(xiàn)有建筑和地下管線，避免大面積破壞路面，降低對(duì)現(xiàn)狀交通的不利影響。定向鉆施工，可用于穿越河流、公路、主要城市道路，其深度適應(yīng)范圍大，適合的長(zhǎng)度為100～500 m及以上。當(dāng)管道不具備開(kāi)挖埋管條件，且穿越長(zhǎng)度較短時(shí)，可采用頂管施工。

經(jīng)過(guò)綜合比較分析，本工程天然氣管道在短距離穿越河道、道路時(shí)采用頂管穿越的施工方式；而金都路—曹建路段附近居民住戶較多，車流量大，為減少施工對(duì)周邊居民及道路交通的影響，該路段段采用定向鉆穿越的施工方式；其余區(qū)域采用開(kāi)挖直埋施工。其中主要穿越段工程量見(jiàn)表2。

表2 搬遷天然氣管道穿越工程量

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 頂管技術(shù)

本工程天然氣管道與相鄰給排水管道需同時(shí)搬遷，且現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)地受限，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘并與業(yè)主、給排水管道設(shè)計(jì)單位和施工方多次協(xié)調(diào)，最終確定天然氣管道與給排水管道采用共用一個(gè)頂管井的設(shè)計(jì)方案。

此設(shè)計(jì)方案不僅為業(yè)主節(jié)省了投資，而且大大縮短了工期。

3.2 定向鉆技術(shù)

本工程采用天然氣管道定向鉆穿越金都路—曹建路時(shí)，此穿越段天然氣管位兩側(cè)1 m范圍內(nèi)均有其他地下管線，故對(duì)此次定向鉆穿越出土點(diǎn)橫向精度要求非常高。為保證定向鉆出土精度，現(xiàn)場(chǎng)采取了以下施工方式：

(1) 施工時(shí)先將鉆機(jī)放置管道出土點(diǎn)位置打?qū)蚩?，此時(shí)出土點(diǎn)精度就能夠保證在±0.5 m。

(2) 在定向鉆入土點(diǎn)側(cè)，開(kāi)挖長(zhǎng)20 m、寬3 m，深度5 m的監(jiān)測(cè)溝，以便能提前預(yù)判鉆頭出土位置，從而保證定向鉆入土點(diǎn)精度。

(3) 待現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)定向鉆導(dǎo)向孔精度達(dá)到要求后，將鉆桿留在導(dǎo)向孔內(nèi)，并將鉆機(jī)放置原設(shè)計(jì)入土點(diǎn)，進(jìn)行擴(kuò)孔，回拖。此時(shí)便能保證定向鉆穿越管道出、入土點(diǎn)精度滿足±0.5 m。

定向鉆穿越軌跡如圖2所示。

圖2 定向鉆穿越軌跡

3.3 不停氣封堵技術(shù)

此次改造的DN800 PN 1.6MPa天然氣管道為上海浦西南部地區(qū)供氣主干線，一旦停氣可能會(huì)影響浦西的供氣安全，故本次工程采用不停氣封堵技術(shù)。

輸氣管道較為常用的不停輸封堵工藝，主要包括氣囊式封堵、盤式封堵以及筒式封堵。其中盤式封堵和筒式封堵是高、中壓輸氣管道較為常用的不停輸封堵工藝，而囊式封堵常被作為筒式封堵和盤式封堵的一種補(bǔ)充工藝，也被廣泛應(yīng)用于城市輸氣管道。

結(jié)合本工程實(shí)際情況，本工程采用盤式封堵和囊式封堵相結(jié)合的施工工藝。封堵作業(yè)坑尺寸為15 m×5 m(長(zhǎng)×寬)，整個(gè)施工區(qū)域?yàn)?15 m×10 m (長(zhǎng)×寬)。不停氣封堵工藝示意如圖3所示。

圖3 不停氣封堵工藝示意

3.4 防腐技術(shù)

3.4.1 光固化套技術(shù)

本工程采用定向鉆方式穿越金都路—曹建路時(shí)，經(jīng)開(kāi)挖確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)較差，含大量碎石，為避免回拖時(shí)碎石刮傷防腐層，設(shè)計(jì)方案中穿越段管道全線采用光固化套進(jìn)行包裹。

光固化套是由聚氨酯、玻璃纖維、工程塑料和絕緣骨料等組成的復(fù)合材料，具有抗機(jī)械損傷、軟化點(diǎn)高、耐熱、耐磨損、自潤(rùn)滑性高、絕緣性能高、吸震性好、耐油、耐弱酸、耐堿等特點(diǎn)，光固化成形后能在高溫、高濕的條件下工作。采用該種保護(hù)套后，能更有效地保護(hù)管道防腐層不被劃傷。

相比于傳統(tǒng)的天然氣管道防腐層的保護(hù)方法(環(huán)氧玻璃鋼保護(hù)層)，光固化套技術(shù)主要有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1) 施工簡(jiǎn)便。前道工序完成后，可立即包裹光固化套，光照充足時(shí)太陽(yáng)光直射即可，光照不足時(shí)則可以用特種光譜燈照射。因此光固化套受氣候因素影響較小，基本不受現(xiàn)場(chǎng)施工條件的影響，從而大大降低了施工難度、縮短了施工時(shí)間。

(2) 抗剪切強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度高，抗剪切強(qiáng)度為46 MPa，抗拉強(qiáng)度為62.6 MPa。

(3) 保護(hù)層與防腐層黏結(jié)力強(qiáng)，其與經(jīng)打磨處理后的 3PE外防腐層的層間剝離強(qiáng)度可達(dá)到 27～35 N/m。

(4) 固化時(shí)間短。采用自然光固化過(guò)程需要的時(shí)間20 min～2 h。若采用特種光譜燈時(shí)，根據(jù)材料厚度不同，固化時(shí)間為2～20 h。

3.4.2 黏彈體防腐技術(shù)

黏彈體膏是一種非常理想的熱塑性填充材料，無(wú)毒、單組分、無(wú)熱硬化，具有固體膠黏材料和液體膠黏材料的雙重特性。

通常條件下，黏彈體膏的黏彈性能保持30 a以上。其防水密封性優(yōu)異，不固化。黏彈體膏是專門為一些難于防腐的異形設(shè)備諸如法蘭、閥門、各種管配件、吊環(huán)、人孔等所設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的一種防腐新產(chǎn)品，使用時(shí)無(wú)需涂刷底漆，適合手工涂抹，操作簡(jiǎn)單方便。長(zhǎng)期使用中無(wú)脫落、無(wú)開(kāi)裂、不固化、耐化學(xué)腐蝕、抗陰極剝離性能良好。

本工程不停氣封堵施工完成后，需對(duì)專用的封堵三通管件進(jìn)行防腐處理。由于封堵管件為異形管件，傳統(tǒng)的3PE防腐方式無(wú)法對(duì)其包裹嚴(yán)密，故本次工程中采用黏彈體膏+黏彈體膠帶+瀝青保護(hù)帶配合使用的防腐處理方式，使其形成優(yōu)異的復(fù)合結(jié)構(gòu)，達(dá)到防腐蝕和防應(yīng)力損傷的長(zhǎng)效性。

黏彈體包覆示意如圖4所示。

圖4 黏彈體包覆示意

4 結(jié)語(yǔ)

隨著城市快速發(fā)展，天然氣管道配合道路擴(kuò)建搬遷的案例也越來(lái)越多。天然氣管道搬遷工程往往是一場(chǎng)搶時(shí)間、爭(zhēng)速度、保暢通的關(guān)鍵戰(zhàn)役。設(shè)計(jì)人員應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況因地制宜、靈活運(yùn)用，找出最優(yōu)方案；同時(shí)，關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用及優(yōu)化，對(duì)復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的管道施工、改建項(xiàng)目的工期優(yōu)化十分有效。

本文針對(duì)天然氣管道在搬遷中遇到的重點(diǎn)、難點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)行分析，提出了充分利用現(xiàn)狀設(shè)施、減小管道搬遷工程量，合理選擇開(kāi)挖直埋、頂管穿越、定向鉆穿越相結(jié)合的施工方案，減小管道施工時(shí)對(duì)周邊環(huán)境的影響。同時(shí)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，以保證管道的本質(zhì)安全，為類似天然氣管道搬遷工程提供了經(jīng)驗(yàn)及參考。