市政管道頂管穿越市政道路設計要點分析

李美玲 黃小邕

[ 作者簡介 ]

李美玲，女，河南湯陰人，中國市政工程中南設計研究總院有限公司，工程師，碩士，研究方向：市政結(jié)構(gòu)工程。

黃小邕，男，廣東中山人，中國市政工程中南設計研究總院有限公司，工程師，碩士，研究方向：市政結(jié)構(gòu)。

[ 摘要 ]

燃氣管網(wǎng)作為現(xiàn)代化城市的重要基礎設施之一，在安裝的過程中需進行大量埋地敷設，不可避免地需要開挖已成型路面。但因地下已建各類管線的復雜性、地質(zhì)情況的特殊性以及施工現(xiàn)場情況的多變性，很難采用傳統(tǒng)的明開挖方式進行施工建設。為解決這一難題，在燃氣管道經(jīng)過交通繁忙、人口密集、地下管線復雜的道路時，常采用頂管穿越技術(shù)進行施工。其主要特點是可以不拆除地面障礙物，不中斷地面交通，同時可在一定程度上縮短工程周期，節(jié)約工程成本。

[ 關鍵詞 ]

燃氣管道;頂管穿越;市政道路

1 頂管穿越技術(shù)

頂管穿越（以下簡稱“頂管”）施工就是在工作井內(nèi)借助頂進設備產(chǎn)生的頂力，克服管道與周圍土壤的摩擦力，將套管按設計坡度頂入土中，以實現(xiàn)非開挖敷設地下管道的施工方法。頂進時將套管分管節(jié)從工作井推進到接收井，套管內(nèi)土壤隨頂隨挖，在支撐好滑塊支架后，將燃氣管道固定于套管內(nèi)，完成管道的穿越。

為避免頂管頂進中豎井坍塌、穿越段路面沉降或隆起等狀況的發(fā)生，頂進方式的選擇必須科學合理。頂管施工前應掌握詳細的地勘資料和水文資料，應進行地質(zhì)勘察和現(xiàn)場放線，厘清燃氣管道施工范圍內(nèi)及施工處地下及地上所有障礙物，調(diào)查施工對生態(tài)環(huán)境和生活環(huán)境的影響，積極采取相應防范措施。在進行施工組織設計時，應充分考慮管道所處土層性質(zhì)、地下水位、附近地上與地下建筑物，并充分考慮各種設備的布置、操作空間、工期長短和挖掘泥土的運輸方式等各種因素的影響。另外，燃氣管道頂管穿越道路的敷設期限、程序以及施工組織方案應征得相關部門同意。

頂管法適用管徑為300～4000 mm，施工速度約50 m/d，施工方向控制精度可達500 mm。頂管施工系統(tǒng)主要包含工作井、接收井、主頂設備、頂管機、基坑導軌、頂鐵、后背墻、起重設備、注漿潤滑設備、泥水分離設備、出土設備及通風照明輔助設備等。

2 頂管理論計算

2.1 工作井與接收井參數(shù)計算

燃氣管道頂管施工現(xiàn)場必須要有足夠位置布置工作井和接收井。在頂管施工中，雖然不需要全線開挖地面，但需在頂進管道的兩端分別開挖工作井和接收井。工作井是頂管機和首節(jié)管材頂進的地方，井內(nèi)放置所有頂進設備，同時井內(nèi)設有后背墻，承受主頂油缸的反作用力。后背墻的最低強度應保證在設計頂進力的作用下不被破壞。接收井是接收頂管機的地方，是頂管頂進的端點。

工作井和接收井的形狀通常選用矩形。其長度、寬度和深度尺寸的大小主要取決于頂進管道的口徑、單節(jié)管道長度、管道覆土厚度、頂管施工方法等，并受地下水位、土壤性質(zhì)等條件影響。

2.1.1 工作井主要參數(shù)

L1≥l1 + l3 + k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （1）

且? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? L1≥l2? + l3? ?+ l4 + k? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （2）

H1≥H3 + D1 + h? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

當? ? ? ? ? ? ? ? ? ?H1≥5 m時，B1 = D1 +（2.0～2.4）? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （4）

當? ? ? H1≥5 m時，B1 = 3D1 +（2.0～2.4）? ? （5）

式中：L1 ——工作井最小凈長，m;

H1 ——工作井底板面最小深度，m;

B1 ——工作井內(nèi)徑最小寬度，m;

l1 ——頂管機下井時最小長度，m;

l2 ——下井管節(jié)長度，m;

l3 ——千斤頂長度，m;

l4 ——留在井內(nèi)的管道最小長度，m;

k ——后座和頂鐵的厚度，m;

H3 ——管頂覆土層厚度，m;

D1 ——燃氣管道外徑，m;

h ——管底操作空間，m。

2.1.2 接收井工作參數(shù)

接收井最小凈長L2需滿足設備拆除吊出。

接收井最小深度H2參照工作井深度。

B2 = D2 + 2? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

式中：B2 ——接收井內(nèi)徑最小寬度，m;

D2 ——頂管機外徑，m。

為保證施工作業(yè)的安全性，防止坍塌發(fā)生，工作井與接收井上部需進行放坡處理。工作井底部一般用不小于200 mm的現(xiàn)澆混凝土板加固，井內(nèi)承受頂力的后背墻處加20 mm厚鋼墊板，工作井及接收井的長度、寬度和深度都應經(jīng)過計算確定。

燃氣管道頂管穿越時宜與道路正交通過，若需要斜交，交角不宜小于60°。穿越點宜選在道路的路堤段和管道的直線段，穿越需避開高填方區(qū)、路塹、路兩側(cè)為同坡向的陡坡地段，穿越處應設置標志樁。一般情況下，頂管處的覆土厚度不小于3 m，或者不小于1.5倍的管道外徑，否則應采取相應技術(shù)措施。

2.2 頂力計算

對于整個頂管施工而言，頂力計算至關重要，計算的準確性直接影響最終設計方案的合理性。頂力可根據(jù)式（7）計算：

Fp =? Dg 2 p + D0 L f? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

式中：Fp ——總頂力，kN;

Dg ——頂管機外徑，mm;

p ——土壓力，kN/m2;

D0 ——管道外徑，mm;

L ——頂距，m;

f ——管道外壁與土的單位接觸面積的平均摩阻力，kN/m2。

根據(jù)頂力計算所得數(shù)值選用合適的推力油缸。

在頂進過程中，通過后背墻將頂力傳給墻后的土體，后背墻的土體對頂進產(chǎn)生反作用力，所以要求后背墻要有足夠的強度，壓縮回彈量盡可能地低，充分分擔頂進過程中產(chǎn)生的后坐力。在最大頂力條件下保證后背土體不被破壞;為確保頂進過程中后背墻的穩(wěn)定性和安全性，需對后背墻土抗力進行核算，其值不應低于總頂力的1.2倍，這樣才能滿足安全施工條件。

在整個施工過程中，應嚴格按照施工規(guī)范和工序流程進行，精心組織施工，嚴禁出現(xiàn)偷工減料的情況。為防止基坑變形、道路塌陷或隆起等狀況出現(xiàn)，頂進過程中需做好土壓力控制、泥漿置換和監(jiān)測工作，同時通過施工技術(shù)手段，做到勤測量、勤糾偏，確保頂進質(zhì)量和對周邊地貌的保護。

3 燃氣管道要求

3.1 質(zhì)量要求

燃氣管道采用頂管法穿越道路時常采用鋼制管道。鋼制燃氣管道在外觀檢驗合格后，還須進行超聲波探傷檢驗和射線照相探傷檢驗。管道焊縫應進行100 %的外觀檢驗，焊縫應達到GB50683—2011《現(xiàn)場設備、工業(yè)管道焊接工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》要求的Ⅱ級質(zhì)量要求。超聲波探傷檢驗不得低于現(xiàn)行標準NB/T 47013.3—2015《承壓設備無損檢測第3部分：超聲檢測》中的Ⅰ級質(zhì)量要求。射線照相探傷檢驗不得低于現(xiàn)行標準NB/T47013.2—2015《承壓設備無損檢測第2部分：射線檢測》中的Ⅱ級質(zhì)量要求。

3.2 燃氣管道防腐要求

穿越管段應采用與相鄰埋地管段相同的防腐涂層進行有效防腐，并應比相鄰管段提高一個涂層防腐等級，故通常管道外防腐等級為3PE特加強級。鋼制燃氣管道頂管時在工作井內(nèi)應設置陰極保護，一般根據(jù)管道管徑、陽極棒規(guī)格及土壤電阻率確定犧牲陽極的數(shù)量和間距，并且穿越前必須對管道防腐層進行100 %的外觀檢驗和100 %的電火花檢漏，另外還需對防腐層完整性進行全線檢查，不合格必須返工處理，直至檢驗合格。

3.3 功能性試驗

中壓埋地燃氣管道設計壓力要小于等于0.4 MPa，吹掃壓力不得大于管道的設計壓力，且不應大于

0.3 MPa，吹掃介質(zhì)宜采用壓縮空氣，吹掃氣體流速不宜小于20 m/s。強度試驗介質(zhì)宜采用壓縮空氣，頂管穿越管段的強度試驗壓力應為該處設計壓力的1.5倍，試壓穩(wěn)壓時間不應少于4 h，嚴密性試驗壓力應為該處設計壓力的1.15倍，且不得小于0.1 MPa，穩(wěn)壓持續(xù)時間不應少于24 h。試壓時的環(huán)向應力不宜大于鋼管屈服強度的

90 %，有特殊要求的管段，可適當提高強度試驗壓力。

3.4 套管設置要求

頂管施工時套管一般選用鋼筋混凝土管，并需滿足GB/T 11836-2009《混凝土和鋼筋混凝土排水管》要求，套管公稱內(nèi)徑一般為800～1000 mm，常采用承插連接。套管兩端應比所穿道路路基坡腳邊緣長出2 m，一般采用管卡和管托或滑塊支架將燃氣管道固定于套管內(nèi)，滑塊支架按照每3 m一個均勻分布于混凝土套管內(nèi)，套管兩端采用木質(zhì)擋板和瀝青油麻封堵，外用防滲水泥砂漿封口，封口前需將套管內(nèi)積水排凈。

3.5 檢漏管設置要求

頂管段應設置檢漏管。檢漏管一般設置在頂進端，從套管一端向下風向引出。檢漏口常采用焊接鋼管，設置于地面標高相對較高處。可以通過檢漏孔，利用檢漏儀測試燃氣泄漏情況，以此判斷管道是否有腐蝕泄漏;也可采用管道內(nèi)窺鏡進行外觀檢查，將檢漏管插入內(nèi)窺鏡對其內(nèi)部情況進行檢測，觀察套管內(nèi)是否有水等引發(fā)腐蝕的介質(zhì)存在，檢查混凝土是否產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫，是否存在局部露筋現(xiàn)象，觀察混凝土絕緣支墩是否移位，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，以提前消除安全隱患。

4 安全管理措施

燃氣管道第三方施工破壞的主要原因，一是燃氣經(jīng)營企業(yè)安全管理不完善，二是第三方施工企業(yè)對燃氣管道保護意識不強。

4.1 建立完善的規(guī)章制度

完善的QSHE管理體系和企業(yè)規(guī)章制度是一個企業(yè)進行勞動管理和生產(chǎn)管理的準則。要制定適合于本企業(yè)安全生產(chǎn)管理的QSHE管理體系和企業(yè)規(guī)章制度，要結(jié)合《燃氣管道設施保護法》，專門制定燃氣埋地管道第三方施工管理辦法，明確規(guī)定各級管理人員（部門）的崗位職責、管道巡線路線、上報流程、交叉施工安全交底、施工綠卡辦理、現(xiàn)場監(jiān)護內(nèi)容、針對野蠻施工的應急處置以及考核，規(guī)范第三方施工監(jiān)護工程流程，為防止燃氣管道第三方施工破壞提供一個可靠依據(jù)。

4.2 加強燃氣管道基礎數(shù)據(jù)管理

埋地管道基礎數(shù)據(jù)錯誤是導致發(fā)生第三方施工破壞事件的原因之一。2013年，昆山市發(fā)生一起埋地燃氣管道第三方施工破壞事件，就是因燃氣經(jīng)營企業(yè)提供的管道埋深數(shù)據(jù)有誤，第三方施工頂進作業(yè)破壞了燃氣管道而發(fā)生燃氣泄漏事件。

燃氣經(jīng)營企業(yè)不僅要頒布燃氣管道管理辦法，還要指定專人負責建立并完善管道走向、埋深標識牌、陰極保護測試樁等統(tǒng)計臺賬;每年要定期使用燃氣管道探管儀對管道管位、埋深進行復查檢測，更新數(shù)據(jù);委托地區(qū)特種設備檢測研究院檢測管道數(shù)據(jù)，補充補全數(shù)據(jù)臺賬;及時更換管道走向標識、埋深標識牌等，確保管道基礎數(shù)據(jù)正確。加強管道基礎數(shù)據(jù)管理是燃氣經(jīng)營企業(yè)防止第三方野蠻施工破壞的手段之一。

4.3 提高巡線工作人員責任心和業(yè)務能力

燃氣經(jīng)營企業(yè)的巡線工作內(nèi)容單調(diào)、枯燥乏味、日巡線公里數(shù)大、無節(jié)假日休假，因此巡線員工容易麻痹大意、思想滑坡，進而出現(xiàn)巡線質(zhì)量下降和漏巡等情況。但巡線工作是企業(yè)能否及時發(fā)現(xiàn)第三方施工的“觸手”，是與第三方施工企業(yè)進行交涉的“代表”，是制止野蠻施工的“執(zhí)行者”，是第三方交叉施工現(xiàn)場安全施工的“保衛(wèi)人員”。燃氣經(jīng)營企業(yè)巡線工作是保障燃氣管道安全運行的重要防線。

燃氣經(jīng)營企業(yè)要重視巡線人員的責任心和業(yè)務能力培養(yǎng)，每年應定期開展管道巡線工崗位業(yè)務技能知識培訓，使他們熟悉管道及設備設施情況，掌握第三方施工監(jiān)護管理工作流程，做到心中有管道公里數(shù)、腦中有巡線圖，并能牢記巡線困難點，做到有目的地巡線，并及時發(fā)現(xiàn)問題;每年要組織開展員工崗位練兵、崗位技術(shù)比武等活動，形成崗位員工之間、班組之間比拼的良好氛圍，從而分批次、分段式提高巡線員工、巡線班組整體業(yè)務能力。

定期開展第三方施工安全經(jīng)驗分享，讓他們知道在遇到拒不配合或者強行野蠻施工的施工單位時應該如何現(xiàn)場制止和求助政府職能部門。

4.4 實施第三方施工作業(yè)分級監(jiān)控

我國各大城市經(jīng)濟快速發(fā)展，城市容貌日益美化，交通越來越便利，相應的工程建設施工種類也逐年增多，威脅到埋地燃氣管道安全運行的因素種類也越來越多。主要風險因素可歸納為兩種：一是施工種類，包括打樁、穿越、頂管、勘探、綠化維護、光纜鋪設等;二是施工點與燃氣管道的距離。不同的風險因素導致燃氣管道破壞進而造成燃氣事故的嚴重程度也不盡相同。因此，建議各燃氣經(jīng)營企業(yè)根據(jù)施工種類和施工點距燃氣管道的距離對第三方施工實施分級監(jiān)控，對風險較大、施工周期較長的進行重點監(jiān)控，控制不利因素。

4.5 加強燃氣安全文化宣傳

2020年5月，應急管理部印發(fā)《推進安全宣傳“五進”工作方案》，提出安全文化宣傳要進企業(yè)、進農(nóng)村、進社區(qū)、進學校、進家庭，這給所有企業(yè)的安全宣傳工作指明了方向。燃氣經(jīng)營企業(yè)的燃氣管道存在“線長、面廣”的情況，單單依靠企業(yè)內(nèi)部員工發(fā)現(xiàn)、制止第三方施工破壞工作，明顯“心有余而力不足”。因此，燃氣經(jīng)營企業(yè)應以《推進安全宣傳“五進”工作方案》為契機，加強燃氣安全文化宣傳，動員人民群眾積極參與到燃氣管道保護工作中，發(fā)揮人民群眾的力量，彌補企業(yè)自身的短板。

在燃氣管道附近的農(nóng)村和郊區(qū)，可以通過自薦、村委推薦的方式，挑選一些離退休人員或者有威望的退休村干部，組成企業(yè)編制外的“燃氣管道協(xié)管員”隊伍，作為企業(yè)巡線人員的補充。定期對“燃氣管道協(xié)管員”進行燃氣管道安全運行相關知識的培訓，通過他們的人脈關系，引導、帶動周邊群眾發(fā)現(xiàn)并舉報或制止可能破壞燃氣管道的建設施工、村民違建違搭等。對于“燃氣管道協(xié)管員”，應定期給予一定的勞動報酬。對于發(fā)現(xiàn)并舉報或制止的群眾，應給予一次性的物質(zhì)獎勵或者經(jīng)濟獎勵，努力形成“蝴蝶效應”，形成群眾自發(fā)性宣傳的良好氛圍，帶動越來越多的群眾參與，使人民群眾成為燃氣管道安全運行的“護航者”。

5 結(jié)語

在城鎮(zhèn)燃氣管道敷設過程中，采用頂管施工技術(shù)可以提高施工質(zhì)量，節(jié)省工程投資，減少對周邊環(huán)境的影響，而且通過精心設計、優(yōu)化施工工序、合理安排工期、科學高效管理，還可以為燃氣管線的順利貫通提供可靠保障。

參考文獻

[1]韓旭. 頂管施工技術(shù)在城鎮(zhèn)燃氣管道建設中的應用研究[D]. 北京：北京建筑大學，2018.

[2]梁金強，趙曉梅，翟波. 油氣輸送管道頂管穿越公路施工設計[J]. 工程建設與設計，2013（1）：157-159.