下穿液化廠管線輸氣管道頂管穿越施工分析

趙新輝

(中鐵十八局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，天津 300308)

0 引言

輸氣管道的里程比較長(zhǎng)，在具體施工中經(jīng)常遇到下穿既有建筑和既有管線的問題，因此需要施工單位結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇合適的施工技術(shù)。常用的方法有兩種，一種是在既有管線下方或者上方進(jìn)行明挖，讓新建管線和既有管線在不同的高程上穿過，以免交叉碰撞。另一種是采取頂管穿越施工技術(shù)，利用掘進(jìn)機(jī)在設(shè)計(jì)的工作坑中頂進(jìn)施工。二者相比，前者需要大挖大填，工程量比較大，而且會(huì)影響液化廠的正常運(yùn)行[1]；而后者則無需考慮這些問題，在地下穿越現(xiàn)有管線，對(duì)地面和既有管線不會(huì)造成任何干擾，施工效率高，質(zhì)量比較好，是目前常用的施工技術(shù)。

1 案例分析

1.1 工程概述

臨長(zhǎng)線輸氣管道工程運(yùn)城支線項(xiàng)目是《山西省“十三五”綜合能源發(fā)展規(guī)劃》“三縱十一橫”天然氣輸氣管網(wǎng)的重要組成部分，管徑D508，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa,材質(zhì)L415M,本次建設(shè)進(jìn)、出站2條管線，平行布設(shè)，管道間凈距0.5 m。運(yùn)城支線管線經(jīng)過運(yùn)城市鹽湖區(qū)國(guó)新能源液化廠北側(cè)圍墻外綠化帶，距離圍墻5 m,與國(guó)新能源液化廠進(jìn)站管道并行約320 m,頂管穿越液化廠北側(cè)2條進(jìn)出廠道路，在液化廠管道進(jìn)站處下穿該管道。在國(guó)新能源液化廠圍墻西北角處施工，會(huì)對(duì)國(guó)新能源35 kV電纜井及電纜造成影響。本標(biāo)段起點(diǎn)山西省運(yùn)城市萬榮縣，樁號(hào)YC140，終點(diǎn)山西省運(yùn)城市鹽湖區(qū)，樁號(hào)YC305，管線全長(zhǎng)41 km。工程內(nèi)容包括：D508高壓管道安裝41 km,頂管穿越垣孫高速110 m，陰極保護(hù)1項(xiàng)，水工保護(hù)構(gòu)筑物573處，三樁埋設(shè)820個(gè)，地貌恢復(fù)41 km，開挖穿越縣、鄉(xiāng)級(jí)道路14次，其他道路38次，線路通訊光纜敷設(shè)，陰極保護(hù)施工，新建一座2#閥室。

1.2 施工重難點(diǎn)分析

液化廠進(jìn)站管線設(shè)計(jì)壓力4.0 MPa,管頂埋深1.7 m(地面標(biāo)示數(shù)據(jù)，實(shí)際施工時(shí)以雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)為準(zhǔn))，交叉處為南北走向；運(yùn)城支線管道管頂埋深2.4 m,東西走向，兩條管道交叉角度90°，凈距500 mm。如何在頂管施工中避免液化廠進(jìn)站管線和運(yùn)城支線管道相互干擾是本工程施工的重難點(diǎn)之一。

運(yùn)城支線在國(guó)新能源液化廠圍墻西北角施工時(shí)，會(huì)影響到國(guó)新能源35 kV電纜及電纜井，存在安全風(fēng)險(xiǎn)。國(guó)新35 kV電纜埋深1 m,運(yùn)城支線管道管頂埋深2.4 m。如何在頂管施工中不破壞既有的深埋電纜是本工程施工的重難點(diǎn)之一。

運(yùn)城支線在國(guó)新能源液化廠北側(cè)圍墻外綠化帶內(nèi)敷設(shè)，距圍墻5 m, 需頂管穿越國(guó)新能源液化廠北側(cè)進(jìn)出廠道路及裝車站進(jìn)出廠道路，頂管采用DPRⅢ 1 000 mm×2 000 mm鋼承口套管，套管頂距路面1.8 m。國(guó)新能源液化廠北側(cè)進(jìn)出廠道路寬42 m,頂管長(zhǎng)度44 m,裝車站進(jìn)出廠道路寬32 m,頂管長(zhǎng)度38 m(見圖1)。如何在頂管施工中避免頂管和既有管線的交叉碰撞也是施工的重難點(diǎn)之一。

圖1 平面示意圖

2 輸氣管道工程頂管穿越施工技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

2.1 測(cè)量放線

在應(yīng)用輸氣管道工程頂管穿越施工技術(shù)前，需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，利用高精度經(jīng)緯儀和全站儀對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)放線測(cè)量。根據(jù)施工圖紙的要求確定輸氣管道的中心線位置，并進(jìn)行精確測(cè)量。確定輸氣管道工程頂管穿越施工的具體位置、樁號(hào)、標(biāo)高等，為后期施工提供必要參考和指導(dǎo)[2]。

2.2 開挖工作坑

測(cè)量放線完成后著手進(jìn)行頂管工作坑開挖，案例工程施工中，頂管工作坑到既有液化廠管線的距離比較近，需要提前確定好既有管線的具體位置?？拷夯瘡S既有管線的一側(cè)，要采取人工開挖的方法，開挖深度控制在2 m左右。頂管工作坑的規(guī)格尺寸為4 m×3 m×3 m，人工輔助挖掘設(shè)備開挖到設(shè)計(jì)標(biāo)高。在整個(gè)開挖過程中邀請(qǐng)液化廠管理人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)督，以免破壞液化廠的管線和其他既有構(gòu)筑物。

在頂管工作坑的前后兩側(cè)搭設(shè)兩排鋼板樁，要以密排為主，同時(shí)在鋼板樁上下各橫排上焊接兩道鋼梁，將鋼板樁連接成一個(gè)整體[3]?？拷夯瘡S管線的一側(cè)，要布設(shè)雙排鋼板樁，每個(gè)頂管工作坑共布設(shè)56根鋼軌，每根長(zhǎng)度控制在6 m左右。并在雙排鋼板樁后側(cè)寬約1.5 m、深度和坑底同標(biāo)高的范圍內(nèi)需要夯填上2∶8的灰土，進(jìn)一步提升頂管的反作用力。

在具體施工中，為避免在頂管施工中發(fā)生設(shè)備和管體下沉問題，當(dāng)頂管工作坑進(jìn)行加固和平整處理后，在基坑內(nèi)部鋪墊上厚度不小于100 mm的碎石，再澆筑上厚度不小于200 mm的C10混凝土作為墊層。套管頂進(jìn)位置下方按照套管大小和鋼軌的高度，澆筑成凹槽，以保證套管能夠穩(wěn)定落在導(dǎo)軌上，并在墊層內(nèi)部提前埋設(shè)鋼釘，為后期設(shè)備安裝提供良好的條件。

2.3 頂管頂進(jìn)

在測(cè)量放線時(shí)，根據(jù)施工圖紙標(biāo)注的地域，施工技術(shù)人員與國(guó)新能源液化廠相關(guān)技術(shù)、管理人員聯(lián)系，請(qǐng)有關(guān)人員到現(xiàn)場(chǎng)指明準(zhǔn)確的地點(diǎn)，并與國(guó)新能源液化廠達(dá)成共識(shí)，確定最終輸氣管道的穿越方案。技術(shù)及測(cè)量人員共同到穿越地點(diǎn)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)確認(rèn)，并明確標(biāo)記。具體的頂進(jìn)施工斷面示意圖如圖2所示。

圖2 頂進(jìn)施工斷面示意圖

第一節(jié)頂管由16 t吊車吊運(yùn)到提前布設(shè)好的導(dǎo)軌上，并用高精度水準(zhǔn)儀對(duì)頂管的水平位置進(jìn)行檢驗(yàn)，保證各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)都能達(dá)到設(shè)計(jì)要求。然后施工人員進(jìn)入頂管工作坑中進(jìn)行挖土，及時(shí)運(yùn)走挖出的渣土。本工程采取人力小滑輪推車進(jìn)行運(yùn)土。頂管前端挖進(jìn)30～50 cm后，立即啟動(dòng)頂鎬進(jìn)行持續(xù)頂進(jìn)。每頂進(jìn)40～50 cm檢測(cè)一次中心和高程[4]。在頂管施工中開挖孔徑的大小不應(yīng)超過頂管外徑1 cm，將提前準(zhǔn)備好的過渡木襯墊對(duì)準(zhǔn)就位，同時(shí)添加橡膠密封圈后再入另一節(jié)頂管。在整個(gè)頂管頂進(jìn)過程中，要及時(shí)檢查和糾正管道的軸線方向，同時(shí)嚴(yán)格按照土壓調(diào)整頂進(jìn)速度。完成一節(jié)頂管頂進(jìn)施工后重復(fù)上述步驟，循環(huán)頂進(jìn)，直到達(dá)到設(shè)計(jì)位置后開挖對(duì)面管溝，完成頂進(jìn)施工任務(wù)，拆除頂進(jìn)設(shè)備。本工程輸氣管道工程頂管穿越施工現(xiàn)場(chǎng)如圖3所示。

圖3 輸氣管道工程頂管穿越施工現(xiàn)場(chǎng)

頂進(jìn)施工是輸氣管道工程頂管穿越施工的關(guān)鍵工序，為保證施工質(zhì)量，案例工程在正式頂進(jìn)前，先進(jìn)行了試頂操作，嚴(yán)格控制試頂力。試頂力通常為頂管自重的0.8～1.2倍，啟動(dòng)頂進(jìn)設(shè)備時(shí)，要控制好頂進(jìn)力，不宜超過此數(shù)值[5]。要采用頂鎬逐步加壓，每升壓一次要穩(wěn)定3～5 min后再進(jìn)行升壓。在整個(gè)試頂進(jìn)操作中，應(yīng)有專人對(duì)設(shè)備和層向軌道、后背墻、管體等進(jìn)行全面檢查。如果一切正常，則繼續(xù)頂進(jìn)。如果存在參數(shù)異常、后背墻位移破壞等，要及時(shí)停止頂進(jìn)，待所有問題都處理好后再繼續(xù)頂進(jìn)，以保證頂進(jìn)施工的安全性。在開始空頂時(shí)必須嚴(yán)格控制好頂進(jìn)的方向，以免偏離中心過大，增大糾偏的難度，保證刃腳吃土后完成空頂操作。

在進(jìn)行穿越施工前，邀請(qǐng)國(guó)新能源液化廠相應(yīng)技術(shù)及管理人員用雷達(dá)等儀器共同確認(rèn)管線交叉穿越的詳細(xì)位置，并由專人督管，開挖探坑，確定國(guó)新能源液化廠進(jìn)站管線位置、走向及埋深等數(shù)據(jù)，以便后續(xù)施工。下穿燃?xì)夤艿罆r(shí)，要保證在此處整管穿越，焊口距離交叉點(diǎn)至少5 m以上。對(duì)于施工區(qū)內(nèi)的已建管線，禁止施工設(shè)備及車輛在其上方碾壓。必須在管線上方通過時(shí)，需在已建管線兩側(cè)修筑土墻或鋪墊枕木，并在上方搭設(shè)枕木排或鋼管排，并鋪蓋0.5 m土層后才可通過。具體的施工工序如圖4所示。

圖4 施工工序

在整個(gè)頂進(jìn)過程中要做到不間斷頂進(jìn)，在保證行車安全的基礎(chǔ)上，最大限度縮短施工工期，保證機(jī)械設(shè)備都能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在頂管吊運(yùn)中應(yīng)有專人指揮，重車通過時(shí)要及時(shí)停止作業(yè)。并且在頂進(jìn)時(shí)，頂鐵上方嚴(yán)禁站人，以免頂鐵崩起傷人，邊頂進(jìn)，邊對(duì)中心線和水平角度進(jìn)行觀測(cè)，以免發(fā)生較大的偏移[6]。同時(shí)用鼓風(fēng)機(jī)對(duì)管道內(nèi)部進(jìn)行通風(fēng)，以保證管道內(nèi)部空氣能夠形成對(duì)流。采用吊車將預(yù)制好的管道穿入套管內(nèi)，用瀝青麻絲防水砂漿密封水泥套管，回填頂管工作坑，并將地貌恢復(fù)原狀。

為解決止水圈漏水和挖掘面平衡性難以開展的問題，在案例工程施工中采取了如下控制方法和措施：一是當(dāng)掘進(jìn)機(jī)停止工作時(shí)務(wù)必做好防止泥水流失措施，用洞口止水圈防止漏水，防止泥水從洞口、土層等地方流失，造成挖掘面失穩(wěn)；二是在掘進(jìn)中隨時(shí)關(guān)注地下水壓力、泥水倉(cāng)水壓力的變化，并及時(shí)采取措施對(duì)策，保持挖掘面穩(wěn)定平衡。

2.4 陰極保護(hù)

下穿液化廠管線的輸氣管道工程頂管穿越施工技術(shù)，對(duì)陰極保護(hù)質(zhì)量有嚴(yán)格要求，也是保證既有液化廠管線安全的主要舉措。在案例工程施工中，陰極保護(hù)過程如圖5所示。

圖5 陰極保護(hù)過程

在正式施工前由專業(yè)人員對(duì)照?qǐng)D紙審核，掌控埋設(shè)的具體位置及安裝方法，并做好設(shè)備機(jī)具和原材料的驗(yàn)收及準(zhǔn)備工作[7]。

在陰極保護(hù)測(cè)試樁正式安裝前采用GPS和全站儀相互配合，確認(rèn)每根陰極保護(hù)測(cè)試樁的安裝位置，并進(jìn)行標(biāo)記。本工程陰極保護(hù)測(cè)試樁埋設(shè)位置到管道中心之間的距離控制在1.5 m左右，挖出埋設(shè)基坑，但不能破壞管道防腐層。測(cè)試樁電纜和管道之間通過鋁熱焊連接成一個(gè)整體。本工程鋁熱焊模具如圖6所示。

1-輸油管道；2-帶鎖扣和把手的外罩；3、4-半壓印鐵板；5-蓋子；6-磁性底座；7-蓋上的引燃孔；8-燃燒室；9-鋁熱劑；10-膜片；11-鑄口；12-形成腔；13-陰極防護(hù)出線。圖6 鋁熱焊模具(單位：mm)

為監(jiān)測(cè)電化學(xué)保護(hù)參數(shù)，需在測(cè)試樁位置安裝硫酸銅參比電極，在管道底部水平面上安裝電極，與管道側(cè)表面的距離10 cm左右。將硫酸銅參比電極和測(cè)試電纜引入測(cè)試樁內(nèi)，保留足夠的電力余量，并將接線板柱和電纜連接為一體，測(cè)試樁放在水泥基墩上，確保測(cè)試樁豎直，并用虛土分層壓實(shí)到設(shè)計(jì)標(biāo)高[8]。本工程測(cè)試樁安裝示意圖如圖7所示。

圖7 測(cè)試樁安裝示意圖

臨時(shí)陰極保護(hù)附著在絞盤上，確保陽(yáng)極絞盤的外保護(hù)套完好，并運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)。在敷設(shè)長(zhǎng)陽(yáng)極前需先完成設(shè)計(jì)長(zhǎng)度的陽(yáng)極安裝，并檢查陽(yáng)極表面狀況，保證外皮光滑平整、無氣泡裂縫。電纜敷設(shè)機(jī)沿地溝平行移動(dòng)，與地溝邊緣距離不小于地溝深度，陽(yáng)極地線從絞盤上自動(dòng)下滑，需平直鋪敷[9]。陽(yáng)極地線的鋪設(shè)要確保其不能觸碰到石油管道或其他建筑物，且不得損傷導(dǎo)線和陽(yáng)極。陽(yáng)極和石油管道之間的距離最小不低于30 cm，并用10 cm左右細(xì)土覆蓋。

輸氣管道與其他管道交叉時(shí)，其垂直凈距至少0.3 m，在交叉點(diǎn)兩側(cè)各延伸10 m以上的管段，采用最高絕緣等級(jí)。

輸氣管道與通訊、電力電纜交叉時(shí)，其垂直凈距至少0.5 m。交叉點(diǎn)兩側(cè)各延伸10 m以上的管段，采用最高絕緣等級(jí)。

3 施工效果分析

在臨長(zhǎng)線輸氣管道工程下穿液化廠管線施工中采取了頂管穿越技術(shù)，取得了良好效果，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1)采用頂管穿越施工技術(shù)，合理設(shè)置中間隔離保護(hù)措施,管道下溝后采用人工回填20 cm并夯實(shí)，接著人工回填至國(guó)新液化廠管道上方50 cm并分層夯實(shí)，有效降低了對(duì)既有液化廠管線造成的擾動(dòng)和影響，施工安全系數(shù)相比開挖等傳統(tǒng)方式提高了0.2，有力保證了施工的安全性。

2)對(duì)頂管穿越施工全過程進(jìn)行有效控制，不僅順利完成了施工任務(wù)，而且大幅度提升了施工效果，相比傳統(tǒng)開挖鋪設(shè)施工，在施工成本和時(shí)間上分別節(jié)約了8.3%和45 h，經(jīng)濟(jì)效果顯著。

3)自中標(biāo)日起，立即調(diào)動(dòng)人員、車輛、機(jī)械、設(shè)備進(jìn)場(chǎng)，主要施工隊(duì)伍、施工機(jī)械設(shè)備做到“三快”，即進(jìn)場(chǎng)快、施工準(zhǔn)備快、開工快，管理人員2 d內(nèi)就位，施工人員3 d內(nèi)到現(xiàn)場(chǎng)，自行設(shè)備及急需設(shè)備4 d內(nèi)到工地，生活及生產(chǎn)設(shè)施原則上5 d內(nèi)全部完成，積極創(chuàng)造條件，為全面開工做好各項(xiàng)準(zhǔn)備，按期完成了施工任務(wù)，取得了良好效果。

經(jīng)綜合分析，表明此項(xiàng)技術(shù)在臨長(zhǎng)線輸氣管道工程下穿液化廠管線施工中應(yīng)用效果比較好，值得在類似工程中大力推廣應(yīng)用，不僅能有效縮短工期，保證安全，還可以合理利用施工機(jī)具，大大提高施工效率，節(jié)約成本。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，下穿液化廠管線的輸氣管道工程頂管穿越施工技術(shù)在施工效率和速度方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，和傳統(tǒng)明挖鋪設(shè)施工技術(shù)相比，頂管穿越施工技術(shù)，既能有效保證輸氣管道工程順利完成，又無需改變既有設(shè)計(jì)線路，對(duì)液化廠管線造成的影響比較小，非常契合現(xiàn)代化輸氣管道工程施工的要求。同時(shí)對(duì)周圍環(huán)境、地面交通等造成的影響比較小，可在輸氣管道工程中推廣應(yīng)用。