地鐵施工中高壓燃?xì)夤艿栏倪w工程分析

王飛龍，楊笑琴，黎瀚陽(yáng) （中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

合肥地鐵八號(hào)線南起珠江路站，沿徽州大道-阜陽(yáng)路-清河路-蒙城路-興隆路-阜陽(yáng)北路-湯都路-鳳麟路-五湖大道敷設(shè)，止于北城車輛段站。合肥軌道交通八號(hào)線是連接北城新區(qū)和廬陽(yáng)區(qū)南北方向的快線，時(shí)速達(dá)100km/h，也是北城等外圍組團(tuán)與中心城之間聯(lián)系的迫切需要。地鐵的建設(shè)將形成城市南北向快速走廊，可以節(jié)省市民出行時(shí)間，極大提升出行效率。

合肥市地鐵八號(hào)線工程的建設(shè)與合肥繞城高壓燃?xì)夤艿涝邙P麟路上的管位相沖突，需要對(duì)高壓燃?xì)夤艿肋M(jìn)行改遷。合肥繞城高壓燃?xì)夤艿涝陂L(zhǎng)豐縣敷設(shè)起點(diǎn)位于羅集門站，終點(diǎn)位于合水路調(diào)壓站，燃?xì)夤艿拦芫€主要沿著鳳麟路進(jìn)行敷設(shè)。改遷管線起點(diǎn)位于合肥市長(zhǎng)豐縣北城鳳麟路與五湖大道交口，管線沿著五湖大道道路中心綠化帶向東敷設(shè)約270m，然后管線沿著羅集路西側(cè)轉(zhuǎn)向南敷設(shè)，敷設(shè)至問禮路交口處，管線再沿著問禮路北側(cè)轉(zhuǎn)向西敷設(shè)至鳳麟路與原管道對(duì)接。改線管線管徑DN700，壓力4.0MPa，長(zhǎng)度約1.77km。改線段的高壓燃?xì)夤艿涝谖搴蟮郎吓c地鐵八號(hào)線存在交叉，因此需對(duì)交叉位置進(jìn)行方案設(shè)計(jì)及安全防護(hù)。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 地鐵與高壓燃?xì)夤艿澜徊鎯艟?/h3>

《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50157-2013）及相關(guān)行業(yè)規(guī)范并未提到地鐵與高壓燃?xì)夤艿澜徊鎯艟嘁蟆?/p>

《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50028-2006）規(guī)定了壓力不大于1.6MPa 的室外燃?xì)夤艿琅c鐵路（軌底）、有軌電車（軌底）垂直凈距，具體如表1 所示，同時(shí)要求高壓A 與鐵路（軌底）、有軌電車（軌底）垂直凈距不應(yīng)小于表1的規(guī)定。

表1 地下燃?xì)夤艿琅c構(gòu)筑物或相鄰管道之間垂直凈距（單位：m）

地鐵八號(hào)線采用盾構(gòu)法施工，盾構(gòu)法施工區(qū)間隧道覆土不宜小于隧道外輪廓直徑等相關(guān)要求，因規(guī)范并未明確燃?xì)夤艿朗欠衲軓牡罔F上方穿越，本項(xiàng)目采用安全措施并經(jīng)過(guò)各部門同意之后，從地鐵上方穿越。

2.2 高壓燃?xì)夤艿缆裆?/h3>

燃?xì)夤艿啦捎弥甭穹笤O(shè)，管道必須埋設(shè)在土壤冰凍線以下。地下燃?xì)夤艿缆裨O(shè)的最小覆土厚度（管頂至路面）按《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范（2020 版）》（GB 50028-2006）有關(guān)要求執(zhí)行。

埋設(shè)在機(jī)動(dòng)車道下時(shí)，不得小于0.9m；埋設(shè)在非機(jī)動(dòng)車車道（含人行道）下時(shí)，不得小于0.6m；埋設(shè)在水田下時(shí)，不得小于0.8m。

一般線路段管道以溝埋方式敷設(shè)為主，考慮到項(xiàng)目的實(shí)際情況，管頂覆土為1.2～1.5m，石方地段溝底應(yīng)比土壤區(qū)管溝深挖0.3m，并用細(xì)土或砂漿深挖部分墊平后方可下管。同時(shí)管溝回填應(yīng)先用細(xì)土回填至管頂以上0.3m，才允許用土、礫或粒徑小于250mm 的碎石回填并壓實(shí)。

2.3 改遷方案

地鐵八號(hào)線進(jìn)出站用地紅線寬度約6.2m，與高壓燃?xì)夤艿澜徊嫖恢糜玫丶t線寬度約10.0m、12.0m，地鐵頂部距離路面凈距約7.8m。改遷高壓燃?xì)夤艿涝诮徊嫣幝裆顬?.7m、1.5m，因此改遷后的高壓燃?xì)夤艿谰嚯x地鐵八號(hào)線交叉凈距為3.4m、5.6m。為防止地鐵盾構(gòu)法施工造成土壤局部塌陷，從而影響高壓燃?xì)夤艿赖陌踩虼嗽诟邏喝細(xì)夤艿老路皆O(shè)置整塊的鋼筋混凝土板，鋼筋混凝土板長(zhǎng)度分別為20.0m、22.0m，厚度為0.2m。

圖1 改遷后的高壓燃?xì)夤艿琅c地鐵八號(hào)線交叉位置平面圖

圖2 改遷后的高壓燃?xì)夤艿琅c地鐵八號(hào)線交叉位置斷面圖

2.4 管材及壁厚選取

2.4.1 管型選取

針對(duì)目前鋼管市場(chǎng)材料價(jià)格行情，本項(xiàng)目直埋段采用L485M PSL2直縫雙面埋弧焊接鋼管，冷彎彎管與穿越段采用L485M PSL2 直縫雙面埋弧焊鋼管，熱煨彎管采用L485N PSL2 直縫雙面埋弧焊鋼管。鋼管的制造及驗(yàn)收均應(yīng)符合《石油天然氣工業(yè)管線輸送系統(tǒng)用鋼管》（GB/T 9711-2017）要求。

2.4.2 壁厚選取

根據(jù)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50028-2006）規(guī)定，直管段鋼管壁厚按計(jì)算方式為：

式中，δ為鋼管計(jì)算壁厚，mm；P為設(shè)計(jì)內(nèi)壓力，MPa；D為鋼管外徑，mm；σs為鋼管的規(guī)定屈服強(qiáng)度最小值，MPa；?為鋼管焊縫系數(shù)，選取1；F為設(shè)計(jì)系數(shù)，四級(jí)地區(qū)等級(jí)為0.3。

根據(jù)式（1），計(jì)算直管段壁厚如表2所示。

表2 直管段壁厚計(jì)算表

考慮工廠加工偏差、管道腐蝕余量等原因，本次改遷高壓燃?xì)夤艿肋x用D711×12.7mm、L485M PSL2 直縫雙面埋弧焊接鋼管。

3 雜散電流的危害及防護(hù)

3.1 雜散電流的危害

地鐵在試運(yùn)行及運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生直流雜散電流、交流雜散電流，雜散電流會(huì)對(duì)本項(xiàng)目交叉段管道發(fā)生電化學(xué)腐蝕，它不僅能縮短燃?xì)夤艿朗褂脡勖?，同時(shí)也造成了安全隱患。雜散電流會(huì)腐蝕埋地高壓燃?xì)夤艿?，具有腐蝕強(qiáng)度大、危害性強(qiáng)的特點(diǎn)。當(dāng)埋地管道周邊沒有雜散電流時(shí)，只有土壤腐蝕，金屬表面會(huì)形成一種微電池，陽(yáng)極上發(fā)生氧化反應(yīng)，使陽(yáng)極發(fā)生溶解，陰極上發(fā)生還原反應(yīng)，一般只起傳遞電子的作用，腐蝕電流只有幾十微安。而雜散電流干擾腐蝕為電解電池原理，電位在幾伏至上百伏之間，1A 電流通過(guò)鋼管表面一年可溶解約10kg 的鋼鐵，由此可見雜散電流腐蝕對(duì)管道影響較大。

3.2 雜散電流的防護(hù)

本項(xiàng)目在管道下方設(shè)置絕緣隔板，絕緣隔板敷設(shè)在鋼筋混凝土板上方，寬度為1.5m。本項(xiàng)目在管道施工時(shí)，高壓燃?xì)夤艿琅c地鐵周邊設(shè)置三個(gè)測(cè)試樁，分別位于地鐵兩側(cè)及中間。由于本項(xiàng)目設(shè)置強(qiáng)制電流進(jìn)行管道的保護(hù)，因此不再設(shè)置臨時(shí)陰保。等到地鐵試運(yùn)行時(shí)，燃?xì)夤緦?duì)這三處測(cè)試樁進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如果不滿足《鋼質(zhì)管道外腐蝕控制規(guī)范》（GB/T 21447-2018）要求的保護(hù)電位在-0.85～-1.20V 之間時(shí)，應(yīng)單獨(dú)對(duì)地鐵交叉處進(jìn)行排流保護(hù)。

圖3 通電點(diǎn)電位測(cè)試樁接線示意圖

3.3 排流防護(hù)措施

3.3.1 固態(tài)去耦合器

圖4 雜散電流干擾防護(hù)安裝示意圖

固態(tài)去耦合器工作原理是采用整流裝置對(duì)交直流干擾，進(jìn)行電流泄放和電壓限制，采用壓敏電阻型電涌保護(hù)器的快速響應(yīng)特性和火花間隙型電涌保護(hù)器的大電流耐受特性及低殘壓特性，對(duì)直擊雷和感應(yīng)雷進(jìn)行排流和電壓限制，各器件之間采用特殊的智能能量配合方式，保證交直流干擾和直擊雷、感應(yīng)雷干擾之間的智能切換、有效動(dòng)作和能量配合。固態(tài)去耦合器通過(guò)電纜一端與管道連接，另一端與接地體連接。為了方便陰極保護(hù)參數(shù)的測(cè)量，固態(tài)去耦合器需要配具有測(cè)試功能的支架。將接地體連接電纜和管道線纜，通過(guò)支架內(nèi)置的接線板與固態(tài)去耦合器連接。

3.3.2 排流連接線纜

在管道施工時(shí)，在排流設(shè)施中采用YJV1×25 型連接電纜，為保證焊接的可靠性，防止焊接造成應(yīng)力集中，對(duì)管道金屬本體產(chǎn)生不利影響。排流電纜與管道連接點(diǎn)處推薦采用鋁熱焊方式，焊接位置不應(yīng)在彎頭上或管道焊縫兩側(cè)200 mm 范圍內(nèi)。采用鋁熱焊時(shí)焊接用的鋁熱焊劑用量不應(yīng)超過(guò)15g。

3.3.3 排流接地體

排流接地體的設(shè)置原則是使其接地電阻小于管道接地電阻，為雜散電流提供一個(gè)低電阻通道，將雜散電流通過(guò)接地體排出流入大地。排流接地體距離管道應(yīng)保持一定的距離，以防止排流電流從附近重新流回管道。

4 安全防護(hù)措施

4.1 設(shè)計(jì)方面

管道焊接完成后，強(qiáng)度試驗(yàn)及嚴(yán)密性試驗(yàn)之前，必須對(duì)所有焊縫進(jìn)行外觀檢查和對(duì)焊縫內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，外觀檢查應(yīng)在內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)前進(jìn)行。焊縫的外觀質(zhì)量不得低于《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工規(guī)范》（GB 50236-2011）規(guī)定的Ⅱ級(jí)質(zhì)量要求。焊縫內(nèi)部質(zhì)量檢驗(yàn)采用100%超聲波探傷和100%X射線照相檢查。

管道上方0.5m 埋設(shè)警示帶（板），加大標(biāo)志樁密度，地鐵兩側(cè)設(shè)置加密樁，同時(shí)單獨(dú)設(shè)置告知牌，且滿足通視性要求。在與地鐵交叉段增設(shè)視頻監(jiān)控措施，并將信號(hào)傳輸至鄰近的站場(chǎng)。

4.2 施工方面

施工時(shí)嚴(yán)格控制管道與特定場(chǎng)所、易燃易爆場(chǎng)所的間距，不得隨意更改路由，加強(qiáng)對(duì)防腐、補(bǔ)口質(zhì)量的監(jiān)督、檢驗(yàn)。

編制詳細(xì)的試壓施工方案，嚴(yán)格控制試壓頭質(zhì)量，試壓頭應(yīng)在安裝前進(jìn)行強(qiáng)度試壓，強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5 倍。試壓頭重復(fù)使用的次數(shù)不宜超過(guò)3 次，重復(fù)使用超過(guò)3 次時(shí)，應(yīng)對(duì)所有焊縫進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，達(dá)到Ⅱ級(jí)合格后方可再次使用。

試壓設(shè)備和試壓管線50m 范圍內(nèi)在升壓過(guò)程中為試壓禁區(qū)，嚴(yán)禁非試壓人員進(jìn)入，嚴(yán)密性試驗(yàn)時(shí)可巡檢，試壓禁區(qū)要設(shè)專人把守。試壓程序應(yīng)嚴(yán)格按照“分階段、緩升緩降”進(jìn)行，施工期間不得采用爆破方式。

4.3 運(yùn)營(yíng)方面

運(yùn)營(yíng)期間加大巡線力度，采用在線視頻監(jiān)控措施，實(shí)現(xiàn)高后果區(qū)全線監(jiān)控。運(yùn)營(yíng)期間制定應(yīng)急預(yù)案。運(yùn)營(yíng)單位應(yīng)與管道沿線鄉(xiāng)鎮(zhèn)政府、村居委會(huì)共同對(duì)當(dāng)?shù)鼐用褡龊冒踩枭⑴嘤?xùn)，事故狀態(tài)下向遠(yuǎn)離管道方向撤離。

5 前瞻性

在管道與地鐵交叉段設(shè)置視頻監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)控區(qū)域辨識(shí)結(jié)果并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)勘查，在現(xiàn)場(chǎng)安裝多個(gè)攝像頭，對(duì)管道與地鐵交叉段區(qū)域進(jìn)行24h 不間斷視頻監(jiān)控。新增加的視頻監(jiān)控與數(shù)字化管道系統(tǒng)進(jìn)行融合，利用4G+云儲(chǔ)存的方式實(shí)現(xiàn)視頻錄像存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查詢、回放等功能，定制攝像頭旋顯示控制功能、數(shù)據(jù)調(diào)取功能，研究圖像識(shí)別技術(shù)，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)源自動(dòng)識(shí)別預(yù)警功能，確保集成后的系統(tǒng)最大化地提高管理水平。

地鐵周邊設(shè)置的三個(gè)測(cè)試樁采用智能測(cè)試樁，配套Cello CP 遠(yuǎn)程監(jiān)控。全國(guó)性覆蓋范圍的GSM 或GPRS 網(wǎng)絡(luò)，可用于記錄站點(diǎn)傳送到控制中心的電腦里的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息。外表堅(jiān)固、防水密封等級(jí)高，內(nèi)置可更換鋰電池，典型使用模式下電池壽命為五年?？梢栽O(shè)置每個(gè)通道的高、低報(bào)警，當(dāng)雜散電流干擾防護(hù)不能滿足要求時(shí)，智能測(cè)試樁可以傳來(lái)報(bào)警信息到控制電腦里。

6 結(jié)語(yǔ)

地鐵的建設(shè)推動(dòng)了城市化發(fā)展，建設(shè)的過(guò)程中會(huì)與城市高壓燃?xì)夤艿澜徊?，地鐵與高壓燃?xì)夤艿赖陌踩g距以及防護(hù)措施尚在初步研究中，為消除交叉時(shí)發(fā)生的安全隱患，燃?xì)夤?、地鐵公司以及相關(guān)部門應(yīng)相互配合和深入研究，并組織召開專家會(huì)議，確認(rèn)安全間距及防護(hù)措施，將危險(xiǎn)性降到最小，既推進(jìn)地鐵建設(shè)的速度，也保證高壓燃?xì)夤艿赖陌踩?/p>