燃气高压管线过高速公路设计

燃气高压管线过高速公路设计

作者：张树俊 赵金涛

来源：《江苏商报·建筑界》2014年第03期

摘要：通过比较论证，燃气高压管线采用对高速影响最小的顶管的施工方式穿过高速公路。在离高速公路尽量远的地方设置顶管接收井，在场地较开阔的门站处设置工作井。根据规范要求进行计算以及与施工单位进行的前期对接，确定工作井、接收井的尺寸。考虑工作井和接收井埋深较深，采用钢筋混凝土沉井结构。经过设计时一系列的理论计算，提出工作井和接收井的施工建议，施工时需专业的施工队伍，制定完善的施工方案，采取可靠的措施保护现有管道和高速公路的安全。

关键词：高压管线，工作井，接收井，高速公路

过某高速的某处高压燃气管线，从高速公路南侧顶管穿越高速公路及其毗邻的一个深塘，进入北侧的天燃气门站，全程顶进距离约300m。相关设计条件：高速公路南侧距离栅栏约25m处有一中石油管道，埋深15m；高速公路路基采用搅拌桩处理，桩长11m，梅花形布置；高速公路北侧水塘，深约13m。拟设计管道为2根管径为600mm的钢管，输送介质为天燃气，工作压力4.0MPa，为高压管线。 现场情况如下图所示： 1.管道施工方案比选

管道穿越高速公路的主要方式有预埋套管法，顶管穿越法和定向钻穿越法等。其中预埋套管法为一般在高速公路实施阶段根据规划预留，方便在今后管道穿越时不对高速公路产生影响。既有预留管廊方便各类管线集中穿越，也有预留管道为今后某一专业管道单独穿越。 顶管和定向钻穿越法为非开挖穿越高速路的两种方式。按传统施工工艺，一般管径大于等于800mm的管道采用顶管的施工方式，管径小于800mm的管道采用定向钻的施工方式。但近年来随着施工工艺的不断发展，顶管工艺出现了微型顶管可以施工管径小于800mm的管道，定向钻施工工艺也有了一些大直径管道施工的工程实例。但管道穿越高速公路对施工工艺要求较高，高速管理部门审批也非常严格，因此，一般穿越高速实施方案都采用较为成熟可靠的传统工艺。因定向钻施工，有标高控制较粗，造斜段长度长，后期沉降难控制等因素，本工程采用比较成熟的、对周围环境影响较小的顶管工艺。 2.方案设计

本工程顶进距离全长约300m，管道穿越高速公路埋深较深，若采用钢管壁厚较厚，造价高，因此，设计采用顶进用钢筋砼管加中继间技术的方案。为了满足长距离顶进的要求及工艺

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要求[1]，顶管管径需加大为d1000，以顶管施工的管道作为套管，内衬DN600的钢管。顶管施工时需注意管道的埋深及工作井和接收井的设置。 2.1管道埋深设计

燃气管线端头的中石油管道埋深约15m，高速公路路基处理使用桩基深度约从自然地面往下11m，深塘最深处约12m，参照《给水排水工程顶管技术规程》[2]（CECS246：2008）的5.4.2条，穿越江河水底时，管顶覆盖层最小厚度不宜小于外径的1.5倍，且不小于2.5m。根据相关软土地区的顶管经验，结合此处实际情况，为确保顶管安全，设计管道覆盖层厚度为3m；保证河底覆土的前提下，穿越高速公路段，管道覆土厚15m，距离高速公路下桩基底约4m，与中石油管道标高相当。可有效控制对周边的影响。管道穿越土层为4层粉质粘土层。 2.2接收井与工作井的设计 （1）接收井与工作井的位置

高速公路南侧因毗邻中石油管道，工作面较窄，拟于此处设置尺寸相对较小的接收井，门站前场地比较开阔，将尺寸较大的工作井设置在此处。 （2）工作井和接收井尺寸

本次拟顶进管道为2根1000mm的钢筋混凝土管。参照《给水排水工程顶管技术规程》[2]（CECS246：2008）第5.3.1节，互相平行的管道顶管间距要求大于1倍的管径，考虑管道埋深较深、顶进距离较长，并双管有一根管道破坏对周边的影响，双管顶管间距设计采用净间距4m。

a.工作井尺寸确定

按规范要求工作井的最小长度 （1）

式中，L—工作井的最小内净长度（m）；l1—顶管机下井时最小长度，如采用刃口顶管机应包括接管长度（m）；l3—千斤顶长度（m），一般可取2.5m；k—后座和顶铁的厚度及安装富余量，可取1.60m。

单节钢筋砼管长度为2m，因此，工作井最小长度L=2.00+2.50+1.60=6.10m，设计取工作井的最小长度为7.00m。

深工作井内净宽度可按下列公式计算：B=3D1+（2.0～2.4） （2） 式中，B—工作井的最小内净宽度（m）；D1—管道外径（m）。

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管道的外径为1.20m，因此，B=3.00x1.20+（2.00～2.40）= 5.40～6.00m，设计取工作井的最小宽度为6.00m。

按照规范[3]，通过对工作井进行下沉和稳定及配筋的计算，工作井的壁厚确定为：-16.80～-6.00标高为1000mm，-6.00～0.00标高为800mm。工作井的外尺寸为14.60mx9.00m。 b.接收井尺寸确定

接收井内净宽度可按下列公式计算：B1=D2+2x1000 （3）

式中，B—接收井的最小内净宽度（mm）；D2—顶管机外径（mm）。

顶管机的外径为1.40m，因此，B1=1400+2x1000= 3400mm，考虑施工时距离的要求，接收井管道每边预留1.00m，拟顶管施工管道间距为4.00m，综上所述，设计取接收井的最小宽度为3.85m。

按照规范[3]，通过对顶管接收井进行下沉和稳定及配筋的计算，接收井的壁厚确定为：-16.80～-5.75标高为800mm，-5.75～0.25标高为600mm。接收井的外尺寸为9.80mx6.10m。 根据管道埋深及顶管所需空间确定，工作井深度为19.30m，工作井深度为19.05m。 （3）工作井和接收井施工方法

工作井和接收井可供选择的较常见的施工方法有刚性桩支护加止水帷幕开挖法施工和沉井施工法。考虑到本工程基坑面积较小，深度较深，若采用支护加止水帷幕施工法，取土出土比较困难，并涉及多道内支撑换撑工况，工况复杂且亦造成周边土体位移；与之相比较，沉井在深基础施工中具有明显的优势：占地面积小，不需要支护，技术比较稳妥可靠；与大开挖相比挖土量少，能节省投资，无需特殊专业设备，在精心组织和精心施工的前提下对周围临近的建（构）筑物影响较小，因此本工程拟采用沉井施工法。沉井施工要求施工单位要有相关的工程技术和经验。

由于本工程沉井高度较大，可分节浇筑，分次下沉，每节浇筑高度不宜大于6m。建议分两次下沉，第一次下沉高度约10m，第一次下沉至-10.50标高再进行第二节接高，接高时应注意混凝土浇筑的均匀性，井壁达到强度后进行第二次下沉施工。施工前应核算沉井下沉及稳定性，特别是接高时的稳定性等，并应采取必要的稳定措施（如灌砂、垫脚等），确保接高施工时下节沉井的稳定。施工时应及时检查沉井的沉降变化情况，严禁在接高施工过程中沉井发生倾斜和突然下沉；后续各节的模板不应支撑于地面上，模板底部应距地面不小于1m。沉井及管道施工完成后采用1：1砂石进行分层回填，回填过程中注意管道的保护，路面按原状恢复。

3.结论与建议

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由于本工程涉及到穿越河塘与高速公路，且为长距离顶管施工，工程比较复杂，因此，对施工单位的要求比较高，施工前应对周边影响范围分析，制定可靠的施工方案，施工时严格控制下沉稳定，确保施工的安全。由于石油管线与接收井距离较近，施工时应采用阻隔桩对管线进行保护。在今后的设计工作中，应进一步跟进研究顶管施工及施工完成后对高速公路及周边环境的影响。 参考文献：

[1] GB50028-2006，《城镇燃气设计规范》[S].

[2] CECS246：2008，《给水排水工程顶管技术规程》 [S].

[3]CECS 137：2002，《给水排水工钢筋混凝土沉井结构设计规程》 [S].