新建市政道路跨越現(xiàn)狀石油管道保護(hù)方案研究

劉光禮，張睿杰

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，湖北 武漢）

引言

輸油氣管道是國家重點(diǎn)工程設(shè)施，是成品油市場主要供給線，對保證地區(qū)國民經(jīng)濟(jì)的健康、快速發(fā)展和社會穩(wěn)定具有重要意義，做好輸油氣管道安全保護(hù)工作關(guān)乎國家能源安全；隨著城市建設(shè)區(qū)域的不斷外擴(kuò)，以市政道路線性工程的特點(diǎn)極易與現(xiàn)狀油氣管道形成交叉影響，目前相關(guān)法律法規(guī)、地方政府、管理部門對油氣管道的規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)行管理愈加嚴(yán)格，如對輸油氣管道進(jìn)行改遷，改遷難度大、周期長、投資成本高，對與新建市政道路交叉的油氣管道采取合理的保護(hù)措施是一種切實(shí)可行的解決辦法，文章依托工程實(shí)例，對新建市政道路與現(xiàn)狀石油管道交叉的保護(hù)方案進(jìn)行研究探討。

1 工程概況

某新建市政道路為20 m 寬城市支路，道路同步配套建設(shè)地下市政管線（雨水管、污水管、電力管、電信管、給水管、再生水管），道路樁號K6+664.277 位置與現(xiàn)狀石油管道斜交，中心線交叉角度約20°，斜交影響長度約120 m,道路和石油管道整體均呈南北走向，目前石油管道已建設(shè)完成正常運(yùn)行，為華南片區(qū)石油主供給線，石油管道沿地面入地埋設(shè)，輸油管徑400 mm，管頂覆土約1 m，頂面采用1 m 寬0.3 m 厚混凝土覆蓋保護(hù)，沿線設(shè)置有警示樁及專職人員日常巡查；本次交叉區(qū)域道路設(shè)計為填方路基，現(xiàn)狀地勢整體呈鍋底狀，該區(qū)域需要填高4.93 m～10.50 m，按照常規(guī)路基填筑不滿足《中華人民共和國石油天然氣管道保護(hù)法》的相關(guān)規(guī)定，無法保證現(xiàn)狀石油管道的日常運(yùn)行及結(jié)構(gòu)安全，結(jié)合片區(qū)規(guī)劃發(fā)展計劃，該條石油管道路徑長，對區(qū)域發(fā)展影響重大，短期內(nèi)無法進(jìn)行改遷，為滿足市政道路建設(shè)的工期要求，需采取永久性保護(hù)方案保證石油管道運(yùn)行安全，同時兼顧道路主體及附屬配套地下管線順利實(shí)施。

2 方案研究

2.1 方案制定依據(jù)

（1） 依據(jù)《交通運(yùn)輸部 國家能源局 國家安全監(jiān)管總局關(guān)于規(guī)范公路橋梁與石油天然氣管道交叉工程管理的通知》（以下簡稱《通知》）的規(guī)定，新建或改建公路與既有油氣管道交叉時，應(yīng)選擇在管道埋地敷設(shè)地段，采用涵洞方式跨越管道通過；受地理?xiàng)l件影響或客觀條件限制時，可采用橋梁方式跨越管道通過。采用涵洞跨越既有管道時，交叉角度不應(yīng)小于30°；采用橋梁跨越既有管道時，交叉角度不應(yīng)小于15°[1]。

（2）《公路路線設(shè)計規(guī)范》12.5 條規(guī)定：各種管線跨越公路的設(shè)施不得侵入公路建筑限界，不得妨礙公路交通安全、損害公路設(shè)施，也不得對公路及其設(shè)施形成潛在威脅[2]。

（3） 依據(jù)《中華人民共和國石油天然氣管道保護(hù)法》第30 條在管道線路中心兩側(cè)各5 m 地域范圍內(nèi)，禁止下列危害管道安全的行為：①取土、采石、用火、堆放重物、排放腐蝕性物質(zhì)、使用機(jī)械工具進(jìn)行挖掘施工；②建家畜棚圈、建房及其他建筑物、構(gòu)筑物。第44 條后開工或者批準(zhǔn)的建設(shè)工程，應(yīng)當(dāng)符合先開工、已建成或者先批準(zhǔn)的建設(shè)工程的安全防護(hù)要求。

2.2 方案制定制約因素

根據(jù)《通知》規(guī)定油氣管道與兩側(cè)橋墩（臺）的水平凈距不應(yīng)小于5 m，同時應(yīng)油氣管道權(quán)屬單位要求，橋下（涵洞）凈空應(yīng)不小于2.0 m，滿足后期人員巡檢通行需求；在工程實(shí)踐中，填方路基位置處的油氣管道最常見的保護(hù)方式就是蓋板涵[3]，結(jié)合工程條件，采用蓋板涵蓋板上部覆土較厚，現(xiàn)狀地形起伏較大，要同時滿足凈空要求和水平距離要求，對蓋板涵的結(jié)構(gòu)承載力要求較高，根據(jù)《通知》規(guī)定采用涵洞跨越既有管道時，交叉角度不應(yīng)小于30°，本項(xiàng)目交叉角度為20°，交叉角度較小，理論上不滿足采用涵洞跨越的角度條件要求，同時保護(hù)方案后期需經(jīng)石油管道權(quán)屬單位備案審查同意后實(shí)施，采用蓋板涵方式實(shí)施可能性較低，針對本工程小角度交叉的情況，根據(jù)上述規(guī)定應(yīng)采用橋梁跨越既有管道，此外本次市政道路同步建設(shè)地下管線，管道埋深最深為污水管，管徑為DN600 mm，管道埋深約3.5 m，橋梁方案的制定要保證地下管線具備埋設(shè)條件，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，擬定三種方案進(jìn)行比選。

2.3 方案一:現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋

管道影響范圍為道路樁號K6+580～K6+720 段，橋梁方案采用(30 m+45 m+30 m)三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋跨越管道，橋長沿道路走向布置，石油管道與橋墩的水平凈距不小于5 m，橋梁全長105 m，橋?qū)?0 m，上部結(jié)構(gòu)采用三跨預(yù)應(yīng)力混凝土現(xiàn)澆連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)橋臺采用樁柱式埋置橋臺，橋墩采用花瓶墩，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，箱梁采用搭設(shè)滿堂支架現(xiàn)澆施工，滿堂支架局部位于管道正上方，采取管道臨時保護(hù)措施；新建市政道路地下管線電力管、電信管、再生水管、給水管沿橋面人行道下方布設(shè)，根據(jù)片區(qū)豎向規(guī)劃，交叉區(qū)域剛好位于道路變坡點(diǎn)一側(cè)，根據(jù)排水坡向及位置橋梁段取消雨水管、污水管埋設(shè)，該方案投資估算約1 350 萬元。

2.4 方案二:預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋

采用(4×25 m)四跨預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋跨越現(xiàn)狀石油管道，橋長沿道路走向布置，石油管道與橋墩的水平凈距不小于5 m，橋梁全長100 m，橋?qū)?0 m，箱梁采用預(yù)制吊裝方案，下部結(jié)構(gòu)橋臺采用樁柱式埋置橋臺，基礎(chǔ)采用樁基礎(chǔ)，箱梁為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)長度橋墩位置相對方案一有變化，存在兩個門墩位于規(guī)劃道路紅線范圍外，需考慮額外征地，現(xiàn)場不用搭支架，需要額外設(shè)置預(yù)制梁場，現(xiàn)場具備吊裝作業(yè)空間，但現(xiàn)狀地勢不平坦整體呈鍋底狀，對吊裝作業(yè)技術(shù)要求高，新建道路地下管線埋設(shè)同方案一一致，該方案投資估算約1 200 萬元。

2.5 方案三:斜交鋼筋混凝土框架橋

采用1×12 m 跨徑鋼筋混凝土框架橋跨越管道，橋長方向沿現(xiàn)狀管道走向布置，橋梁與道路斜交，橋長100 m，上部結(jié)構(gòu)采用單跨12 m 框架橋，部分橋身超出道路紅線范圍，需協(xié)調(diào)用地問題，頂板采用搭設(shè)滿堂支架現(xiàn)澆施工，滿堂支架整體位于石油管道正上方，結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜，對基礎(chǔ)穩(wěn)定性要求高，需采取管道臨時保護(hù)措施，下部結(jié)構(gòu)采用承臺和樁基礎(chǔ)，在保證橋下通行凈空要求的情況下，框架橋頂面按照填方路段進(jìn)行覆土填筑，所有地下管線均按照常規(guī)路基反開挖形式埋設(shè)，橋梁兩側(cè)端頭通過擋土墻支檔結(jié)構(gòu)與路基邊坡銜接，橋梁側(cè)墻通過鋼筋混凝土搭板、放坡與路基部分銜接，該方案投資估算約1 000 萬元。

2.6 方案比選

橋梁方案比選見表1。

表1 橋梁方案比選

綜合上述分析，上述三種橋梁方案均可以滿足管道水平安全保護(hù)距離和巡檢凈空要求，但針對新建市政道路地下管線的可實(shí)施性、完整性，方案三優(yōu)于方案一、方案二，方案三框架橋頂部以路基形式填筑，覆土厚度滿足地下管線的埋設(shè)條件，方案三整體兼顧性較好，且方案三投資費(fèi)用低于方案一、方案二；唯一不足的是需要額外協(xié)調(diào)征地，考慮石油管道安全保護(hù)退距，協(xié)調(diào)難度較低，方案三經(jīng)過多輪技術(shù)評審論證及石油管道權(quán)屬單位的審查最終確定為推薦方案。

3 方案細(xì)化實(shí)施

3.1 方案細(xì)化設(shè)計

新建道路跨越現(xiàn)狀石油管道保護(hù)方案最終確定采用框架橋跨越，在道路K6+660.156 設(shè)置1×12 m 鋼筋混凝土框架橋，橋長100 m，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計基準(zhǔn)期為100 年，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計使用年限為50 年，結(jié)構(gòu)安全等級一級，結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)1.1，環(huán)境類別為I 類，抗震設(shè)防措施符合8 度要求。

上部結(jié)構(gòu)采用等截面形式，頂板厚0.8 m，側(cè)墻厚0.8 m，凈跨徑12 m，倒角為1.2 m×0.4 m，交叉區(qū)域現(xiàn)狀地面最高點(diǎn)為樁號K6+711.261 位置，為滿足橋下凈空高度≥2 m,以該點(diǎn)標(biāo)高作為參考確定頂板標(biāo)高；下部結(jié)構(gòu)采用承臺+樁基礎(chǔ),承臺高1.5 m，寬2.4 m，四節(jié)共長100 m，每節(jié)25 m，采用C35 混凝土澆筑，下設(shè)10 cm C20 素混凝土墊層。樁基礎(chǔ)樁徑為1 m，采用端承樁設(shè)計，樁長為13 m～22 m，實(shí)際樁長按照嵌入穩(wěn)定巖層有效深度不小于1.5 m 進(jìn)行調(diào)整，采用鉆孔灌注樁施工C35 水下混凝土澆筑?？蚣軜驑蛐筒贾靡妶D1。

圖1 框架橋橋型布置（單位：m）

受地形限制，為避免側(cè)墻高度過高影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，橋頂標(biāo)高按照1%坡度北高南低設(shè)計與道路坡向反坡，根據(jù)地形變化本次橋梁分為4 節(jié)實(shí)施，每節(jié)承臺、側(cè)墻高度根據(jù)現(xiàn)狀地面標(biāo)高確定，受限于道路征地范圍的影響，本次橋長確定為100 m，由于管線與道路交叉角度較小，橋梁范圍外區(qū)域形成道路與石油管道并行的情形，并行區(qū)域道路為填方路段，按照路基1:1.5 坡率分級放坡，坡腳線距離石油管道水平距離不滿足5 m 要求，無法消除路基荷載對管道的影響，根據(jù)相關(guān)研究當(dāng)?shù)鼗蚕禂?shù)和超載與管道的距離增大到一定值時，地面超載對其影響將減弱，需要考慮臨近超載對管道的影響，合理制定埋地管道的保護(hù)措施[4]。

根據(jù)路基填土高度，通過設(shè)置擋土墻支護(hù)措施解決保護(hù)距離要求和超載影響，大樁號方向側(cè)道路設(shè)計標(biāo)高與地面高差約3 m,設(shè)置M7.5 漿砌片石路肩擋土墻收坡處理，小樁號方向側(cè)道路設(shè)計標(biāo)高與地面高差約12 m,如采用垂直支護(hù)措施，投資費(fèi)用高，水平安全距離為7.0 m～21.4 m,水平空間較為富余，在滿足石油管道安全保護(hù)距離要求的前提下，采用放坡+樁板擋土墻結(jié)構(gòu)形式，橋梁側(cè)墻無限制因素區(qū)域采用1:1.5 坡率放坡至自然地面。

在永久保護(hù)方案確定的情況下，結(jié)合施工工藝，在施工過程中對石油管道同步采取臨時保護(hù)措施，對管道中線兩側(cè)各5 m 范圍區(qū)域澆筑0.5 m C20 混凝土保護(hù)層硬化，混凝土保護(hù)層頂部滿鋪2 cm 厚鋼板作為施工作業(yè)面，保證管道運(yùn)行安全及頂板澆筑滿堂支架基礎(chǔ)具有足夠承載力，同時在施工過程中由石油管道產(chǎn)權(quán)單位和道路施工單位各指派一名專職安全員對現(xiàn)場作業(yè)情況進(jìn)行監(jiān)督檢查，對存在有損管道安全運(yùn)行的施工行為進(jìn)行糾正、制止?？蚣軜蚱矫鎯?yōu)化布置見圖2。

圖2 框架橋平面優(yōu)化布置（單位：m）

3.2 結(jié)構(gòu)承載力驗(yàn)算

為保證框架橋結(jié)構(gòu)受力穩(wěn)定性，本方案采用軟件Midas civil 2019 進(jìn)行建模驗(yàn)算，框架橋由4 個節(jié)段組成，以最不利的6.5 m 梁高節(jié)段進(jìn)行驗(yàn)算。結(jié)合工程實(shí)際和《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》（JTG 3362-2018）、《公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范》（JTG D60-2015）對混凝土、瀝青混凝土容重、收縮徐變、荷載等參數(shù)進(jìn)行取值。

按照《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》JTG D62-2004 第5.2.1～5.2.7 條驗(yàn)算正截面抗彎承載力，按照第5.2.7～5.2.8 條驗(yàn)算斜截面抗剪承載力，對裂縫寬度進(jìn)行驗(yàn)算，最大裂縫寬度＜規(guī)范0.2 mm,同時對樁基進(jìn)行驗(yàn)算，樁基入巖深度按照不小于1.5 m 計，經(jīng)驗(yàn)算框架橋正截面抗彎承載力、斜截面抗剪承載力、裂縫寬度、樁基承載力均滿足規(guī)范要求。

結(jié)束語

綜上所述，本研究以新建市政道路與現(xiàn)狀石油管道小角度交叉的工程情況作為切入點(diǎn)，分析了石油管道保護(hù)的硬性要求及現(xiàn)狀限制因素，探討了采用不同橋梁形式跨越石油管道的優(yōu)缺點(diǎn)，最終確定采用1×12 m 框架橋方案跨越現(xiàn)狀石油管道；對橋梁端頭與道路路基的銜接進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，保證了與石油管道交叉、并行工程方案的技術(shù)可行、銜接合理、安全可靠，方案同時兼顧道路及地下附屬管線的實(shí)施要求；目前工程主體已全部建設(shè)完成，石油管道運(yùn)行情況良好，無安全、質(zhì)量事故的發(fā)生，路基、橋梁主體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，達(dá)到石油管道保護(hù)和市政道路建設(shè)的預(yù)期目標(biāo)。對今后類似新建市政道路與現(xiàn)狀石油管道小角度交叉保護(hù)方案設(shè)計具有借鑒意義。