大型河流长输管道穿越施工技术及展望

摘要：油气长输管道穿越大型河流技术对于油气管道的建设发展起到了重要作用。文章总结了长输管道穿越河流技术发展历程中各种设计和施工技术，对定向穿越和隧道法穿越技术进行了比较介绍，分析了其在实际施工过程中的优点和缺点，并对今后穿越施工技术提出了新的展望。

关键词：长输管道；穿越施工技术；定向钻；隧道穿越

中图分类号：TE973 文献标识码：A文章编号：1009-2374（2012）06-0084-03

一、概述

我国油气长输管道建设在过去的十几年内已取得了很大的发展，成为生命线工程重要的组成部分。由于自然因素的限制，在长输管道的建设中不可避免会遇到大型河流、湖泊等自然障碍。目前，我国长输管道通过河流技术主要有跨越和穿越两种，对于窄而深，不通航的河流，跨越方式具有一定的技术和经济优势。但是对于大型河流穿越，一般不考虑跨越方式，多采用穿越方式。

河流穿越技术按敷设方式可分为开挖敷设和非开挖敷设两种。由于地质条件、水文条件的制约，以及管道技术和施工技术的逐渐进步，目前我国大型河流的穿越技术逐渐由开挖敷设向非开挖敷设发展，其中定向穿越和隧道穿越是最为常用的两种施工技术。文章针对长输管道穿越大型河流常见的施工技术进行分析和总结，深入挖掘穿越技术的特点及发展，对于我国穿越大型河流长输管道建设具有重要的指导意义。

二、长输管道大型河流穿越技术介绍

（一）定向穿越

定向钻穿越技术是在油田定向钻井和道路的横孔钻机相结合的基础上发展起来的一项穿越技术。其主要施工步骤是：按照设定的成孔轨迹，首先采用钻机在河底施工一个导向孔，换上合适的扩孔钻具，多次扩孔使孔道满足管道的敷设，最后将穿越管段连接在扩孔钻具上，拉动扩孔钻具和穿越管段，使管段敷设孔中。

随着定向穿越技术的不断发展，已经由最初只能穿越地质较软的河流到完成中等硬度的砂岩、泥岩等地层的穿越。定向钻穿越施工埋深大，工期快，穿越受水文条件的限制较少，环境友好；缺点是穿越受地质条件限制较大，对坚硬的岩石层不适合，穿越的长度和管径均受限制。

1．定向穿越工艺流程。定向穿越的设备主要包括钻机和钻具系统、控制方向设备、动力设备、操作系统、泥浆系统、锚固设备等。其中泥浆系统起着至关重要的作用，配比合适的泥浆具有较高的泥浆粘度和切力，起到冲刷土层、减少摩擦阻力和保证井壁稳定性的作用。同时，泥浆要合理回收，以减少工程投资，保护环境。钻机和钻具系统配套使用，可适用不同地质条件，提高钻孔的效率。定向穿越施工工艺流程如图1所示：

图1定向穿越施工工艺流程

2．定向穿越工艺设计要领。大型河流定向穿越工艺设计必须要满足穿越位置选点合理、地质适宜、距离较短原则。尽可能遵循“可行、经济、安全”的设计思路。主要需解决以下几个关键问题：

第一，穿越的位置点选择合理。要解决管道总体走向以及工程的安全经济性与适宜穿越位置点之间的矛盾，这需要充分搜集地质资料、水文资料，以及详细的地质勘查和物探工作。

第二，定向穿越的成孔曲线要满足管道的弹性铺设要求，工艺设计时要相对降低钻孔难度，保证成孔的质量，因此要多选择粘性土类和砂土类地质条件。

第三，由于大型河流穿越比较复杂和艰难，投资成本比较大，因此在穿越设计时要充分进行经济评价，在满足合理性和安全性的前提下，尽可能的缩短穿越距离以减少工程投资。

3．工程案例分析。上世纪80年代，我国从国外引进一套大型定向钻机，在中开输气管道工程上成功穿越黄河，穿越长度1302米，管径为406毫米。武汉天然气管道穿越汉江也采用了定向穿越技术。施工时，当地地势高低落差有2米，开挖发送沟非常困难。为此，工程管道进行弹性预制，弯曲在其弹性范围内；分段修坝、分段注水以减少管道回拖时的阻力；同时适度控制泥浆的流量和管道回拖的速度，最终实现了成功穿越。

（二）隧道穿越

对于地质条件坚硬的河流，不适宜采用定向钻穿越方式施工，这时可以采用隧道形式穿越。隧道由斜巷和平巷组成，以倒梯的形式穿越河床。由于隧道内作业空间狭小，科学合理的隧道内布管和管道组对非常关键。施工时，隧道内会经常出现地下水渗透现象，因此一定要保证隧道内的排水设施齐全；竣工验收时，隧道地板要平整，墩坑在一条直线上。

由于地质条件、水文条件的不同，隧道穿越技术施工工艺可能会有一些差别，以轻轨运管法和龙门架吊装焊接法为例，隧道穿越的基本工艺流程如图2

所示：

图2隧道穿越施工工艺流程

隧道穿越主要有顶管法、盾构法、钻爆法等三种方式：

1．顶管法。顶管穿越用于河流穿越，必须使用专用顶管机，顶管采用钢套管或钢筋混凝土套管，末端采用千斤顶顶进，前面盾构机刀盘切削土体或岩石，使用传送机或混合成泥浆的方法将土或岩削输出隧道。

该穿越技术施工截面小、造价低、顶进速度快。一般适合于长度在1000米之内的河流穿越，顶管轴线一般设计为直线。西气东输的郑州黄河穿越最终选用了顶管法，将河道及滩地分三次顶进穿越完成。

2．盾构法。盾构法是利用盾构机械在地表下暗挖隧道的一种施工方法，施工步骤主要为隧道开挖、弃土排运、盾构推进和衬砌拼装。盾构隧道法施工时，泥浆的配比比较重要，泥浆较高的浓度和粘度会使其在强渗透性水层中具有高效的造墙作用和稳定性；一定要严格控制盾构机的运行轨迹，按设计和施工规范操作，杜绝盾构施工的危险性。

盾构法的优点是适用于岩石及砂、土等多种地质条件，受气候条件、水文条件、航运等外界条件的制约较少。但是，由于盾构机适用范围具有一定的局限性，施工工艺相对复杂，工程造价较高。川气东送管道工程长江穿越、忠武输气管道工程长江穿越都是采用了盾构隧道穿越技术。

3．钻爆法。钻爆法，是指在河床底下通过人工钻孔、爆破掘进、模筑混凝土等一系列工序暗挖隧道实现管道穿越的方法。与其他隧道穿越方法相比，该方法不需要使用专门的盾构机或顶管机等复杂且价格较高的设备，能够形成较大直径、多条管道通过的隧道，工程质量易于控制。但是，相比较来说，钻爆法施工工期长，穿越地层必须是岩石层，隧道往往位于河床以下的较高深度，造成了管道施工和运行的复杂性和艰巨性。我国建设东北输油管道时，采用钻爆法曾在抚顺市和沈阳市两次成功穿越了浑河。

通过以上分析，对上述几种穿越技术进行了比较，见表1：

三、展望

总的来说，管道穿越河流的方法由开挖敷设逐渐向非开挖敷设方向发展，非开挖敷设地下管道也是当今国际管道工程推行的一种先进施工方法。但是，大型河流穿越是一项系统工程，除了受地质条件、穿越位置和穿越长度的制约，还受当地水利部门、施工季节等因素影响。因此，相关单位应增进穿越管道的设计理念与方法，施工与设计协调进行，加大技术装备的研制、引进力度；形成并完善相应的行业标准与施工作业规程，增强现役管道的风险评价；同时，政府应加强监督检验，提高工程的质量管理水平，使我国长输管道大型河流非开挖穿越技术得到进一步的发展。

参考文献

[1]张兴盛．长宁输气管道水平定向穿越黄河工程[J]．天然气工业，2002，22（3）．

[2]高河东，祁志江，刘建武，等．川气东送管道工程长江穿越[J]．油气储运，2011，30（5）．

[3]韩黎清，张宝林，孙力浩．长输管线大型河流穿越隧道内管道施工技术[J]．管道技术与设备，2005，（2）．

作者简介：叶观清（1973-），男，广西贺州人，供职于新疆石油工程建设有限责任公司工程二公司，中级职称，研究方向：油田地面建设工程。

（责任编辑：赵秀娟）