斜井在长输管道黄土塬冲沟地段施工中的应用

刘 欣 张存存 赵栋超

1 概述

为了适应国内经济的发展需要，随着近年国内长输管道施工在全国范围内的全面展开，管道敷设范围遍及黄土塬、山区断崖等高差较大的复杂地形，为了更好的解决管道在大高差地段的穿越施工难点，本文以“榆林—济南输气管道工程线路八标段冲沟施工”为例，重点解决长输管道在黄土塬冲沟地段的穿越施工难题。

榆林—济南输气管道工程第八标段管道沿线地质构造主要为汾西黄土丘陵及太岳山脉霍山地区，大体由土石山区、黄土丘陵区和平原区三个部分组成，地形起伏较大。黄土塬冲沟主要集中在JPY019～JPY041，地形起伏大，断崖陡坡角度多为80°～90°，施工困难。

2 实用价值

JPY034桩冲沟地处平遥县东泉镇附近，该冲沟的西侧沟壁边缘距离县道X375仅10 m，沟深40 m，坡度达90°，采用削坡方式敷设管道对县道安全通行产生严重影响，该冲沟土质为湿陷性黄土，遇水后易液化，采用单边定向钻方式穿越施工风险较大，易危害县道安全，不利于安全施工。根据现场多次勘察，为了降低施工难度，提高工效，减少对地貌的破坏，保护自然环境以及管道施工生产和运营安全，决定在本段冲沟的西坡采用管斜井穿越的方式施工，冲沟的东坡采用大开挖的方式进行施工。通过斜井辅助施工，解决了特殊条件下大型冲沟无法穿越的难题，大大降低难度和成本、确保工程质量、缩短工期，为长输管道在黄土塬冲沟地段施工探索了一条新工法，应用意义重大。

3 施工工法

3.1 施工技术方法

东坡采用人工斜井穿越的方式进行施工，采用人工挖掘成洞，管道从斜井中穿过，无须进行管线回拖，管道预制后从上向下进入斜井安装就位。

3.2 工艺流程

工艺流程为现场踏勘→施工准备→现场交接桩→测量放线→便道修筑→作业带清理→斜井施工→管道安装施工→洞口连头→管沟回填及封洞施工→余土外运。

3.3 现场踏勘

现场踏勘示意图见图1，图2。

3.4 施工准备

施工前先利用机械和人工对斜井洞口部位进行试探开挖，并核实斜井穿越桩点位置，配备必要的施工设备、材料、小型机具及检测仪器。

3.5 测量放线

对斜井出入口桩点坐标引线部位进行放线，测量斜井两端坐标数据及高差，以确定斜井坡度及操作坑位置，确保出入口位置与洞身轴线在一直线上，绘制掘进直线断面图。

图1 现场平面示意图

图2 现场断面示意图

3.6 斜井施工

1)定位。根据地面上洞口的控制点坐标，用白灰画出斜井进出口操作坑的边线，采用机械或人工挖出洞口的操作坑，用华测X90 RTK进行测量定位，确定洞口位置及高程，在线路接点上计算方向，并引出临时轴线控制点。将中心桩及高程桩牢牢固定在不易碰撞的地方。

2)斜井尺寸。根据以往经验，考虑到施工土方量大小和施工难度情况，经现场查看，确定斜井洞口截面尺寸高1.6 m，宽度为1.4 m，顶部为半圆拱形(见图3)。

图3 斜井断面尺寸图（单位：mm）

3)施工作业。a.用RTK进行测量放线，定出操作坑深度，操作坑是斜井施工时人员和材料、土方进出的通道，尺寸为5 m×5 m，目标坑尺寸为5 m×5 m。b.操作坑挖好后，将管道中心线及高程桩引至操作坑内前壁和后壁上，作为斜井施工的基准线及基准点，校准斜井坡度位置，再将红外线激光灯固定，在工人施工中以激光点为中心点施工。c.作为防护及安装吊运设备，操作坑上设活动式工作平台，平台用无缝钢管搭建，搭建后铺设钢板及竹排。在工作平台上设起重架，旁边装置电动卷扬机。在斜井西侧选取一处临时弃土场。d.斜井掘进2 m～3 m进行洞口支护，用钢管搭设骨架，上设木板支护。在进出口4 m～6 m范围内，以及中间部位的1/4～3/4处重点防护。斜井掘进3 m～6 m后，将移动支护棚装入洞内。斜井内出土采取卷扬机用钢丝绳牵引自制小车方式，所拉出土方堆放在临时堆土场内。在掘进中如发现有土质疏松，马上进行支护。e.洞内安全措施。为了防止在开挖过程中因塌方砸伤人体，在施工前必须制作长2 m的临时移动支护棚，高度和宽度小于斜井截面尺寸200 mm左右。在掘进长度超过2 m时，将支护棚装进洞内，人在支护棚内开挖，边掘进、边移动支护棚。支护棚钢架采用钢结构骨架煨制而成，外形与洞内口截面形式一致。为了保证移动轻便快捷，钢骨架可采用2寸钢管制作，顶部随洞顶弧形煨制，外用1 mm厚薄铁皮固定。形状尺寸见图 4，图 5。

图5 临时支护棚骨架结构组焊图（单位:mm）

图4 斜井支护棚示意图（单位:mm）

为便于挖掘小组作业并随时观察洞内情况，洞内应保证照明，在洞外配置一台小型柴油发电机，每10 m设一个100 W(36 V)的灯泡。小斗车上固定一个40 W(36 V)红灯泡。

由于操作坑较深，掘进距离较长，人员在洞内要消耗大量的氧气，使用离心式鼓风机通过软风管直接向工作面压入新鲜空气，排除洞内污浊气体。通风管采用1寸橡胶软管(内带钢丝)，随着洞内掘进，通风管要随之加长，每节胶管用活结头连接。并为洞内外人员各配置一部对讲机，确保通讯畅通。

在洞口作业坑外搭设遮雨棚，防止雨水进入洞内，并在遮雨棚外设置挡水墙，沿墙挖排水沟。

3.7 管道穿越

斜井主体管道安装完成后在管段前段设带牵引鼻孔的椭圆形封头，封头与管段连接处采用聚乙烯热收缩套保护，并安装发送架、发送轮。

采用三台吊车、卷扬机配合的方法下管穿越。由三台吊车将管道吊起，并互相配合将管道一端吊放到斜井内，再由吊车和卷扬机配合牵引，缓缓将管道溜放至沟底，并在穿越完成后进行连头。

3.8 管沟回填及洞口封堵

穿越及连头完成后采用人工溜土法向斜井中间部分回填细土。在斜井两端部分采用3∶7灰土进行填土夯实，完成后对斜井在坡脚处的洞口采用浆砌石进行封堵，坡顶洞口采用2∶8灰土夯填。

3.9 余土外运

回填结束后，进行地貌恢复，并将多余的土方运到弃渣场。

4 结语

斜井的应用解决了长输管道在山区及黄土塬地区特殊地段的施工困难，可以在确保工程质量的同时缩短工期、降低成本，能够大大减少管道施工对原始地貌造成的破坏，具有安全、环保、高效等优点，是一种值得推广应用的施工技术，可以在长输管道的特殊地段穿越施工中发挥极大作用。

[1]SY/T 4079-1995，石油天然气管道穿越工程施工及验收规范[S］.

[2]DL/T 5407-2009，水电水利工程斜井竖井施工规范[S］.

[3]GB 50424-2007，油气输送管道穿越工程施工规范[S］.