石油儲(chǔ)備庫(kù)戶外管線穿越華南山區(qū)段的若干問(wèn)題的探究

盧雪峰

摘? ?要：華南某石油儲(chǔ)備庫(kù)戶外管線因選址、法律法規(guī)、政策及規(guī)劃等原因必須穿越高速公路、自然保護(hù)區(qū)、文物古跡等障礙。本文提出了山體敷設(shè)、定向鉆及頂管3種施工方法，并對(duì)其關(guān)鍵點(diǎn)和施工中的核心問(wèn)題進(jìn)行了探討研究，為類似工程提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：戶外管線;翻越敷設(shè);定向鉆;頂管

1? ? 戶外管線施工背景

華南某石油儲(chǔ)備庫(kù)因其選址位于山地，雖然在勘察選線和實(shí)地踏勘階段已采取規(guī)避、繞行等方式，但還是無(wú)法完全避免穿越高速公路、自然保護(hù)區(qū)、文物古跡等障礙。再者，因當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)、政策及已有規(guī)劃等原因所限，不能采用常規(guī)的地面開挖的方式敷設(shè)管道。由于戶外管線所經(jīng)之處大多地形起伏大，地質(zhì)條件及水文地質(zhì)多變、雨量充沛等不利因素，造成施工異常困難。因此，如何解決戶外管線施工中各種穿越方式存在的難題，從而保證戶外管線的安全性及順利運(yùn)營(yíng)有十分重要的意義。

2? ? 施工階段的關(guān)鍵問(wèn)題及要點(diǎn)

目前，長(zhǎng)輸管線常見(jiàn)的穿越方式有以下幾種：大開挖法、跨越、定向鉆法、開挖隧道法、頂管法及隧道法等方式。其中，跨越方式主要有簡(jiǎn)支梁、桁架、拱跨、鋼架、斜拉、懸索與懸纜等十余種管橋型式[1]。由于本項(xiàng)目在平坦地段敷設(shè)管線所采取的措施比較簡(jiǎn)單，本文不作深入討論。本文著重討論管線沿橫坡和縱坡敷設(shè)、定向鉆、頂管等方式施工時(shí)所遇到的難題、施工要點(diǎn)及解決措施。

2.1? 翻越敷設(shè)

翻越山體敷設(shè)管線是本項(xiàng)目最常見(jiàn)的一種管道敷設(shè)方式，大致可分為：管道沿橫坡敷設(shè)和縱坡敷設(shè)兩種完全不同的敷設(shè)方式。橫坡是長(zhǎng)輸管線的，走向基本平行于等高線，或者說(shuō)與等高線相切。此種敷設(shè)方式多位于有一定高度的坡腳或坡面，經(jīng)開挖后形成路塹邊。橫坡敷設(shè)容易誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，原則上應(yīng)該避免[2]。當(dāng)谷底和山脊均不具備敷設(shè)條件時(shí)，才應(yīng)該選擇橫坡敷設(shè)[3]。管線沿縱坡敷設(shè)雖然總體開挖后的邊坡較為安全，但是此種敷設(shè)方式作業(yè)難度大，還需在一定位置設(shè)置作業(yè)平臺(tái)，完成施工作業(yè)后對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水保、植被破壞較大。

翻越山體敷設(shè)管線的關(guān)鍵點(diǎn)如下：施工前應(yīng)先做好現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際踏勘，尤其了解現(xiàn)場(chǎng)存在的安全隱患。針對(duì)巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面要仔細(xì)研究。特別注意在危險(xiǎn)段施工時(shí)，須經(jīng)各個(gè)專業(yè)反復(fù)討論之后方可施工，施工前設(shè)計(jì)單位必須做好交底。踏勘階段發(fā)現(xiàn)潛在滑坡和有崩塌趨勢(shì)的巖體，應(yīng)做標(biāo)記或立即處理。

在滿足管道最小埋置深度的前提下，對(duì)不管是巖質(zhì)還是土質(zhì)邊坡均應(yīng)盡量少擾動(dòng)。

地下水和地面水改變了主動(dòng)土壓力系數(shù)Ka、土的重度γ、內(nèi)摩察角等參數(shù)的取值，尤其水的潤(rùn)滑作用使支擋結(jié)構(gòu)的抗滑移和整體穩(wěn)定性變得更加不利，所以在支擋結(jié)構(gòu)的土壓力計(jì)算、抗滑移驗(yàn)算和整體穩(wěn)定驗(yàn)算都要充分考慮水的不利影響，應(yīng)對(duì)所取參數(shù)進(jìn)行修正。筆者在項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，曾多次親身經(jīng)歷水（包括地面水和地下水）對(duì)支擋結(jié)構(gòu)造成的破壞;尤其是管線沿縱坡敷設(shè)時(shí)必須設(shè)置截水墻（見(jiàn)圖1）、排水溝及鋼筋混凝土保護(hù)層防止山體坡面形成較大匯水，帶走管道頂層覆土，也可以防止巖塊崩塌對(duì)新建管道造成破壞。

要整體建模分析土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡的整體穩(wěn)定性，可采用削坡減重、擋墻、土釘、噴錨支護(hù)及抗滑樁等多種方式保證邊坡穩(wěn)定。削坡減重法應(yīng)做到有效削坡，削坡的原則是：減少土體作為滑動(dòng)力部分的自重。土釘、噴錨支護(hù)和抗滑樁是3種有效支護(hù)方式，在一定程度下可以減少挖填方量和征地費(fèi)用。

施工前就應(yīng)該考慮綠化水保問(wèn)題。植被對(duì)水保綠化的意義重大，而且對(duì)邊坡穩(wěn)定意義重大。施工前應(yīng)做好表土剝離和收集。應(yīng)選擇根系發(fā)達(dá)、耐候、易于成活的植被。在本工程中，多處邊坡選用網(wǎng)格植草、客土噴播植草及植生袋等經(jīng)濟(jì)且見(jiàn)效快的方式，已取得不錯(cuò)的效果。

2.2? 定向鉆施工法

定向鉆作為一種比較成熟的施工工藝，在敷設(shè)大口徑、長(zhǎng)距離的石油和天然氣管道時(shí)經(jīng)濟(jì)實(shí)用，可以做到管道埋深達(dá)到安全可靠目的，宜作為管道穿越的第一優(yōu)選方法。定向鉆的優(yōu)點(diǎn)為：對(duì)地表的干擾較小、環(huán)境影響小、不影響交通、施工速度快、可控制鋪管方向、施工精度高，可以節(jié)省大量的征地時(shí)間和費(fèi)用。

出口位置和入口位置的確定。一旦確定采用定向鉆的穿越的方式，就應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和周邊環(huán)境，考慮鉆機(jī)、泥漿池和管道預(yù)制場(chǎng)地的布置問(wèn)題，從而確定管線的出、入口位置。

實(shí)際地質(zhì)情況和已有勘察資料不符或相矛盾，充分了解定向鉆穿越段的地質(zhì)情況，必要時(shí)可以加密勘察點(diǎn)。例如，本項(xiàng)目在定向鉆施工前，在出土點(diǎn)和入土點(diǎn)各設(shè)置3個(gè)勘察孔;當(dāng)遇到不良地質(zhì)時(shí)，也應(yīng)增加勘察孔的數(shù)量。一旦發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況不適合定向鉆施工，及時(shí)調(diào)整穿越線路。

本工程施工定向鉆施工過(guò)程中曾遇到淤泥、淤泥質(zhì)土、流沙、砂卵石層不良地質(zhì)情況。淤泥和淤泥質(zhì)土在飽和狀態(tài)下呈流塑狀，未經(jīng)處理無(wú)法成孔。工程中，對(duì)于少量或淺層的淤泥或淤泥質(zhì)土可以采用挖出的方式。如果淤泥或淤泥質(zhì)土是大面積且埋置深度較深，可以采取預(yù)注漿對(duì)其固結(jié)，再進(jìn)行定向鉆施工的方式。砂卵石層在地鐵和隧道修建過(guò)程中均屬于難以穿越的地質(zhì)環(huán)境。定向鉆穿越砂卵石層時(shí)也是一個(gè)值得高度重視的問(wèn)題。砂卵石層因自身硬度不均勻、摩擦阻力大，鉆頭鉆進(jìn)時(shí)較大塊石或礫石會(huì)隨鉆頭移動(dòng)，導(dǎo)致鉆進(jìn)困難。施工前，應(yīng)充分考慮上述問(wèn)題才能合理選擇鉆機(jī)和鉆頭形式。

泥漿作用是一個(gè)易忽視的問(wèn)題，尤其在鉆進(jìn)和回拖時(shí)發(fā)揮著重要作用，直接決定施工質(zhì)量和水平。一方面，配比合適的泥漿是一種護(hù)壁和潤(rùn)滑均俱佳的流體。協(xié)調(diào)泥漿壓力和鉆井速度，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，要不斷調(diào)整以獲得合適的泥漿配合比。另一方面，擴(kuò)孔時(shí)通常壓力較大，要避免出現(xiàn)真空，導(dǎo)致冒漿。再者，管道回拖時(shí)必須要保證泥漿循環(huán)不間斷。

穿越層、出入土角度、水平轉(zhuǎn)角及曲率半徑等參數(shù)的取值往往存在矛盾之處，其取值直接關(guān)系到工期和成本，須結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和自身的施工能力合理取值。通常，穿越時(shí)管道的出、入土角度直接影響到穿越的長(zhǎng)度和深度，出、入土角度越大，拖拽管道的阻力就越大，施工難度就越大[3]。

2.3? 頂管施工法

相對(duì)于傳統(tǒng)管道，頂管施工工藝具有以下特點(diǎn)：（1）不影響周邊環(huán)境，不破壞已有綠化和植被。（2）施工期間不影響交通。（3）具有挖方量少、工期短、造價(jià)低的特點(diǎn)。（4）尤其適用于公路等不宜放坡開挖溝槽的管道施工[4]。因頂管法施工具備上述優(yōu)點(diǎn)，另一方面為保證本項(xiàng)目按期投產(chǎn)，本項(xiàng)目有多處管道采用頂管法穿越高速公路，最終取得理想的效果，某處頂管法應(yīng)用如圖2所示。

頂管法施工應(yīng)著重注意以下幾點(diǎn)。

研究穿越段地質(zhì)資料和水文地質(zhì)情況，地貌、周邊不利條件，應(yīng)查清地下含水層，有無(wú)地下潛水，施工過(guò)程有無(wú)塌方或是塌陷可能，提前做好應(yīng)急方案。本項(xiàng)目在現(xiàn)場(chǎng)頂管作業(yè)時(shí)曾發(fā)生多次塌陷和流沙。塌陷和流沙是地下工程施工中經(jīng)常遇見(jiàn)的工程難題。本項(xiàng)目通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)地面向下垂直反復(fù)多次預(yù)注漿固結(jié)松散土體，然后通過(guò)人工掏土的方式成功穿越施工危險(xiǎn)段。

現(xiàn)場(chǎng)踏勘應(yīng)查明場(chǎng)地大小、高程、現(xiàn)場(chǎng)水源，作業(yè)坑及泥漿池的擬擺放位置。根據(jù)頂進(jìn)方式、管徑、管壁和接觸土體的摩擦力計(jì)算頂推力并合理選擇千斤頂，從而計(jì)算后背墻的受力和剛度。

頂進(jìn)過(guò)程中應(yīng)連續(xù)監(jiān)測(cè)作業(yè)面正上方土體變形情況，避免頂進(jìn)過(guò)快造成地面的隆起和下沉。遇見(jiàn)地下水豐富的土層，應(yīng)先采取降水、旁路引導(dǎo)等方式，盡可能避免過(guò)快頂進(jìn)增大管周對(duì)富含地下水土層的擾動(dòng)，從而降低管周和管頂土體的穩(wěn)定性[5]。

加強(qiáng)管道頂進(jìn)過(guò)程的軸線偏差的測(cè)量和糾偏。應(yīng)每頂進(jìn)一節(jié)測(cè)量一次，及時(shí)糾偏避免誤差積累過(guò)大而糾偏困難。激光導(dǎo)向自動(dòng)糾偏系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地下工程掘進(jìn)中。本工程因作業(yè)條件所限，在幾個(gè)地質(zhì)復(fù)雜的地段多采用人工挖土法和千斤頂糾偏。管頭偏高時(shí)多挖下半圓土，使其在繼續(xù)頂進(jìn)時(shí)借管子自重而進(jìn)軸心樣線;當(dāng)管頭低時(shí)，則多挖上半圓土，繼續(xù)頂進(jìn)中管頭自然抬起。也可采用千斤頂，調(diào)整管頭高度，達(dá)到糾偏效果。

完成頂管施工后，應(yīng)對(duì)施工段進(jìn)行監(jiān)測(cè)觀察，可對(duì)擾動(dòng)較大的土體進(jìn)行注漿加固或硬化處理，已消除頂管后的安全隱患。

3  ? 結(jié)語(yǔ)

戶外管線部分的順利貫通為石油儲(chǔ)備庫(kù)發(fā)揮作用奠定了基礎(chǔ)，幾年來(lái)，戶外管線部分一直發(fā)揮其積極作用。每2周一次的戶外管線巡查結(jié)果表明：沿線邊坡穩(wěn)定，定向鉆和頂管施工段安全可靠。本項(xiàng)目所采取的施工方法和措施可行，可以為其他項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]黃春芳.油氣管道設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)石化出版社，2008.

[2]郭存杰，張來(lái)斌，梁 偉，等.油氣管道橫坡敷設(shè)邊坡穩(wěn)定性計(jì)算[J].油氣儲(chǔ)運(yùn)，2016（12）：1342-1346.

[3]馮韶恒，陳曉虎，陳百超.油氣管道在山區(qū)橫坡段敷設(shè)方案[J].當(dāng)代化工研究，2018（8）：64-65.

[4]張長(zhǎng)青.油氣管道定向鉆穿越的設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析[J].上海煤氣，2018（6）：10-12，17.

[5]路 平.一種頂管穿越公路的安全性評(píng)價(jià)方法研究[J].山西建筑，2019（4）：156-157.