油氣長輸管道頂管穿越施工技術

葉隆長

(中交第四公路工程局有限公司，北京 100022)

通過對油氣長輸管道施工要點的分析，采用頂管穿越方式穿越公路、鐵路及小型河流，能夠保證油氣長輸管道施工質量，獲取理想的油氣長輸管道施工效果。

1 工程概況

工程實例頂管穿越長度為30 m。在施工過程中，需要穿越公路和鐵路。穿越段管線設置在河流沖洪積扇下游，周圍巖層主要以亞黏土、粉細砂層為主，地基承載能力小，并且地下水位深。在實際施工建設中，為了避免造成地下水沖刷地基，需要將管道鋪設在厚度為400 mm的卵石墊子層，卵石粒徑小于10 mm。在管線施工時，管線長度為29.4 m，縱坡在20%左右，管線都采用埋地敷設方式，管道順著地形坡度由西到東、由南到北進行鋪設。在設計中，要求施工過程不可存在倒坡，管頂覆土應大于1.5 m。因為該工程大部分管線鋪設在戈壁荒灘，要想保證工程質量，需要做好配水管線設計工作，將管線鋪設在地下，管線覆土厚度不得低于1.5 m。要想在今后管道檢查和管理中，及時找到管線鋪設位置，需要在管線每間隔400 m的位置設有一個電子標識器。

2 長輸管線頂管穿越施工技術

在長輸管線頂管穿越施工之前，應該結合工程現場實際情況，科學制定施工計劃。在現有的長輸管線頂管穿越施工設計中，即便沒有明確表示建筑、管道之間距離，但是也不能表示不需要設有凈距離，應該結合實際情況衡量檢修和施工之間的距離。城市燃氣管道除了需要保證其整體合理性之外，還要滿足相關施工標準，低一級壓力的管道和建筑物之間的凈距離應該大于高一級壓力管道與建筑物之間的距離，這樣可以降低對燃氣輸送壓力的影響[1]。頂管機頂管穿越示意圖見圖1。

2.1 安裝頂管設備

在頂管設備安裝過程中，應該使用型鋼結構的頂管進行，其安裝要求在于：兩導軌平行、等高、順直，確保設計的導管坡度和縱坡度相統一。在頂管安裝過程中，允許偏差控制在1 mm之內，軸線允許偏差應小于3 mm，頂面高層允許偏差在3 mm左右。在頂管安裝中，應該檢查安裝穩定性，如果存在偏差應及時處理，例如天然氣管道需要計算出應力、水力等數值，在實際操作中，應對管線穿越不良問題進行保護，追蹤工程施工質量，及時找出存在的問題，統一處理[2]。

2.2 千斤頂油泵安裝探討

在使用千斤頂時，需要將其固定在支架上，和管線中心位置處于垂直對稱狀態，其作用點在于給管線設立一個垂直線，并查看與千斤頂位置是否對稱，保證管道中心軸線和軸線之間處于相同位置。在安裝油泵過程中，應嚴格按照要求進行操作，在頂管施工時，采用的油泵和千斤頂相迎合，在完成油泵安裝工作后，需要及時調試處理，注意運行速度，在油泵和接觸位置相融合時，再調整運行速度。在頂進過程中，如果油壓突然發生變化，應該停止操作，檢查問題所在，在處理以后再進行頂進。

2.3 丁鐵使用及安裝

在安裝丁鐵過程中，需要保證軸線對稱平行于管線。在軸線、頂管和丁鐵之間、丁鐵與丁鐵之間不得存在雜物。頂進過程中，在丁鐵上方和后側不可站有操作人員，隨時對頂進情況進行檢查，利用緩沖材料進行處理，在頂力大于管節抗壓強度的情況下，將U型丁鐵安裝在管端[3]。

2.4 主管道穿越施工

在檢查完穿越管道后，需要在挖掘機的作用下，根據穿越主管道長度，實施穿越通道挖設，讓其與操作坑連接，套管底部標高應高于管溝標底，這樣有利于后續穿越、連接工作開展。在實際操作中，利用焊接的形式把托管頭安裝在主管道前端，接受坑一段掛以低錨，安裝卷場機。在穿越主管道前，需要清理套管中的雜物，結合設計要求，在管道穿越之前安裝一個塑料滑塊。通過使用吊管機，起吊主管將其安裝在溝底，利用鋼絲處理，帶動主管穿越，拖入主管線到指定位置，切下拖管頭。在穿越主管線過程中，需要將其慢慢拖入到預定套管中，把拖頭切下，主管絕緣電阻利用搖表進行檢查，如果和設計要求不相同，需要拖出管線，處理以后再拖入到指定套管中。

在檢查通過以后，利用厚度為80 mm的膠皮，將其安裝在管線位置，對其進行封堵，利用水泥砂漿封堵管口，其外表則需要利用強度為C20的混凝土進行抹面，抹面厚度為25 mm。頂管穿越施工流程示意圖見圖2。

3 油氣長輸管道頂管穿越施工要點

3.1 頂管穿越施工

在頂管施工過程中，需要利用千斤頂進行頂進處理。固定千斤頂并使其方向與軸線中心位置保持一致，其作用點可以作為管道中心的垂直線，注意千斤頂位置是否對稱，保證管道中心軸線和軸線的一致，安裝油泵并使用，應滿足具體操作要求。在實際施工中，結合工程現場實際情況，頂管方式有千斤頂頂管法和水平螺旋鉆機頂管法。其中，千斤頂頂管法也就是指利用千斤頂當做原動力的一種頂管方法，而水平螺旋鉆機頂管法則是利用水平螺旋鉆機鉆進的方法。在實際施工中，需要結合工程設計的控制樁位，利用全站儀等設備進行穿越軸線測量，操作坑位置一般設置在給定套管位置外側，選擇在道路兩側平攤位置進行操作。在接收坑開挖過程中，一般和操作坑開挖流程相同，需要做好測量放線和支護操作工作，接收坑位置需要設定在給定套管位置外側，形狀以矩形為主，坑底尺寸為4 m×4 m，坑底根據地段埋設深度進行確定[5]。在穿越鉆孔施工中，鉆孔頂進混凝土套管每根長度和鉆桿長度保持一致，每節套管設置位置應準確無誤，鉆進1.5 m以后需要對鉆孔位置進行檢查，查看是否存在偏鉆現象。如果存在，應該及時調整鉆機。在管套密封處理過程中，混凝土套管接縫位置應采取涂刷石油瀝青麻絮施工方法，套管內部下端60°應平整無雜物，保證主管施工工作順利進行。

3.2 頂管工程計算

在頂管工程計算過程中，一般會采用兩種方法，一個是卸荷拱法，另一個是無卸荷拱法，其中，卸荷拱法適合應用在隧道工程中。在使用卸荷拱法時，需要在原狀土中頂管上，利用覆土作用在管道上的垂直土荷載，計算出土層內產生的自然卸荷拱荷載，結合拱軸相關理論，卸荷拱上界面自然形成拋物線

(1)

卸荷拱的高度h1按下式計算

h1=a1fk

(2)

式中，fk表示的是土壤的堅實系數；a1表示意義見圖3。

在根據卸荷拱來計算土荷載過程中，fk應該滿足不小于0.6的要求，并且頂管覆土深度H應該大于2h1。經過實踐得知，H可以適當縮小，但是應該大于1.3h1。在這種情況下，管道上垂直土荷載需要根據管頂高h1計算土柱，在計算過程中，可以不用思考地面活荷載影響，頂管總垂直土荷載按照以下公式進行計算

Gy=γsh1D0

(3)

式中，γs表示的是土的單位容重(kN/ m3)；D0表示的是管道外直徑(m )。

在當頂管工程無法滿足fk大于0.6(土壤的堅實系數)和H大于2h1的情況下，需要按照頂管以上所有覆土計算土柱壓力，管頂垂直土荷載計算公式為

Gy=γsHD0

(4)

頂管在砂石、卵石等土層中，或者穿越河底軟土層，將不能形成卸荷拱，在這種情況下，頂管垂直土荷載應該按照公式(4)進行計算。

在頂管處于地下水位以下的情況下，需要適當降低地下水位。由于地下水位比較高，將會產生流沙，如粉砂、細砂等。水位應適當降至到頂坑坑底以下的100 cm左右位置，盡可能避免在雨季施工。在頂管以上土層為飽和水土層的情況下，將無法形成卸荷拱，不能按照按普羅托基亞卡諾夫理論計算頂管頂力。

4 結 論

油氣長輸管道工程作為一項多學科結合的系統性工作，在管道施工建設中，相關人員應全面改善工程施工質量，按照施工要求，對工程現場地質、水文等情況進行檢查，選擇適宜的施工技術和設備，保證管道施工質量。但是在實際施工過程中，由于施工難度大，一旦操作不當，將會引發嚴重的施工問題。而頂管穿越技術的出現，給無拆卸施工工作的開展提供了可能，促進油氣長輸管道施工工作順利進行。在實際操作中，需要熟練掌握油氣長輸管道頂管穿越施工要點，選擇適宜的施工技術，將其價值全面發揮，保證油氣長輸管道工程穩定發展。