石油天然氣管道下穿高速公路施工技術研究

常昊

【摘?要】某天然氣管道徑向垂直下穿高速公路，采用大直徑鋼筋混凝土管道頂管非開挖頂進，可減少對交通影響及路基的穩定性。從頂管下穿過程的受力分析驗證頂管設計的正確性，并指出頂管施工的優點、施工控制技術及安全控制要點，為類似下穿高速公路的頂管施工工程提供了實踐經驗。

【關鍵詞】天然氣管道;下穿道路;施工要點;控制技術

1引言

某輸氣管線下穿某高速公路，與該高速公路垂直相交。該輸氣管道為內徑為1.0m，管徑426mm，壁厚10cm的Φ7冷軋帶肋鋼筋C40混凝土圓管，采取鋼筋混凝土套管非開挖頂管掘進形式下穿，其中覆土厚度為4.2m，長度為52m。大直徑管道下穿公路的研究主要集中于泥水平衡頂管法、大孔徑管棚支護體系、頂管施工對高速公路交通影響評價及頂進施工關鍵技術研究等方面。下穿頂管根據材質有鋼管及鋼筋混凝土兩類，天然氣鋼筋混凝土管道作為下穿管道，其受力敏感性較大，為保證頂管順利下穿已經高速公路下沉量符合要求，需對此進行技術論證。

2定向鉆穿越高速公路應依據的準則

查閱相關資料發現管線定向鉆穿越高速公路沒有指定相關規范參考。本文以《公路橋涵設計通用規范》、《公路安全保護條例》、《管線定向鉆進技術規范》、《油氣集輸設計規范》等規范作為參考依據，來探討能否安全穿越高速公路。

2.1《公路橋涵設計通用規范》的規定

根據中華人民共和國交通部發布《公路橋涵設計通用規范》JTGD60—2004中3.3.6條文中規定“嚴禁天然氣輸送管道、輸油管道利用公路橋梁跨越河流。天然氣輸送管道離開特大橋、大、中橋的安全距離不應小于100m，離開小橋的安全距離不應小于50m”[1]。此設計中最近有一通道與穿越點相距81.5m，滿足規范要求。

2.2《公路安全保護條例》的規定

根據國務院令發布《公路安全保護條例》中第十一條規定，在公路建筑控制區內，除公路保護需要外，禁止修建建筑物和地面構筑物。根據規定定向鉆施工現場應在建筑控制區外，公路建筑控制區的范圍從公路用地外緣起向外的距離標準不少于30m。而在給出的長晉高速穿越平面圖中鉆入點距用地界54m，鉆出點距長晉高速公路用地界50m，滿足條例中的要求。

2.3《管線定向鉆進技術規范》的規定

根據《管線定向鉆進技術規范》DG/TJ08-2075—2010中5.1.2穿越公路、鐵路、河流敷設管線的最小覆土深度應符合相關行業標準的規定;當無標準規定時，管線敷設最小覆土深度應大于鉆孔的最終回擴直徑的6倍，并應符合表1的規定。

依據規定回擴直徑不得超過穿越管徑的1.5～2.0倍，以最不安全為準，最終回擴直徑不大于D486，根據規范規定管線敷設最小覆土深度應大于6倍的鉆孔最終回擴直徑，即最小覆土深度為3.0m（D486×6），同時符合表1中路面垂直凈距2.5m，路基坡腳地面以下1.5m。要滿足上述兩者中的最不利厚度，取上述最不利厚度3.0m。根據施工單位提供長晉高速公路縱斷面施工圖中穿越管段路面至管頂最小深度為10m，滿足最不利覆土深度3.0m的要求，管頂距離長晉高速路邊溝最小深度為6m，滿足最不利覆土深度3.0m的要求。

2.4《油氣集輸設計規范》的規定

工程項目穿越管道擬選用6.3mm壁厚管道，穿越主管采用管徑為323.9mm，材質為L360NB直縫埋弧焊鋼管。主要計算該工程擬使用的管道壁厚是否滿足《油氣集輸設計規范》（GB50350—2005）8.1.4相關規定要求，其形成彎管后能否保障管道日常安全生產需求。

3頂管下穿受力計算

3.1荷載計算

荷載分為恒載與活載，其中恒載為頂管上覆土垂直壓力及管道自身壓力，其計算式分別為：q1=Hγ1與q2=γ2t。式中：H為上履土厚;γ為土容重;t為管壁厚度。因此求得活載為97.5kN/m2與2.5kN/m2。

為簡化計算且不考慮動力效應，按照規范計算車輛后輪單邊荷載橫向寬度為3.76m，荷載縱向分別寬度為8.53m，車輛荷取為5.29kN/m2。

3.2彎矩計算及內力組合

上覆巖土的彎矩3.76kN.m，頂管自重的彎矩為0.42kN.m，活載彎矩為0.21kN.m。

根據《公路橋涵設計通用規范》進行內力組合計算。承載能力極限狀態組合下為4.76kN.m，短期組合4.93kN.m，長期荷載組合下彎矩為4.63kN.m。

3.3 截面設計

鋼筋采用Φ7冷軋帶肋鋼筋，間距為45mm，布置成雙層鋼筋Φ7@75.1mm。經驗算可知其滿足截面強度要求。采用有限差分法數值計算頂管施工后的豎向位移場如下圖所示。由圖可知頂管施工對路基的影響較小，滿足路基穩定性要求。

4頂管施工的優點及控制要點

在預下穿時高速公路一定距離處深挖一工作坑（長4m寬3m、深為管底標高加0.6m），采用經緯儀測量穿越中心線及基地標高，將套管端部的刃腳部分頂入路基下方，在套管內人工開挖土的同時將套管頂入土內，直至達到設計位置。

4.1頂管施工的優點

頂管施工是一種非開挖技術，對上覆巖土體及附屬設施影響較少且管道的使用年限大于開挖回填管道，因而在市政管道工程中應用普遍。頂管施工適用范圍較為廣泛，可下穿高速公路、河流、建筑物等，安全有效并且對環境影響極小。在下穿高速公路施工過程中不需交通管制且對公路結構影響不大。

4.2頂管施工注意事項

（1）在施工前應掌握高速公路路基地質條件、地下管線及相應附屬設施的分布，應避開地下建筑物，當上覆土層厚度不足時應采取注漿加固的方法保障路面穩定性。

（2）工作井及接收井的布置的原則為保證每次掘進的長度滿足要求、盡量滿足施工組織的要求、降低施工成本及工程實際情況。

（3）工作井的尺寸應根據工作需要擬定，并需加強其穩定性，在埋深不大時可采用放坡開挖式，在場地受限等情況下可采用鋼筋混凝土樁或擋土墻。

（4）在頂管掘進的過程中應密切關注油泵壓力表的變化，當出現尖點時應立即停止頂進及檢查分析。

5結論

本文以某天然氣管道下穿高速公路工程項目為例，論證了大直徑鋼筋混凝土管道設計參數的可靠性及施工控制技術與安全控制要點。通過本文研究可知該輸氣管道滿足設計規范要求，頂管下穿高速公路時頂進施工對路面交通不造成影響，且路基穩定性滿足要求。

參考文獻：

[1]崔鵬宇.試論鐵路隧道下穿天然氣管道安全施工技術[J].中國新技術新產品，2012（06）：89-89.

[2]何剛.暗挖隧道下穿超高壓天然氣管道施工控制實例[J].城市建設理論研究，電子版，2011（33）.

[3]陳思勝.解析采用大孔徑管棚支護下穿高速公路施工技術[J].中華民居旬刊，2013（09）.

（作者單位：中油遼河工程有限公司）