石油天然气管道地下工程施工技术的运用

刘应国

摘要：文章首先阐述了钻爆技术的发展现状，并对石油天然气管道工程的地下施工技术做出讲解。其次重点探讨了地下工程的隧道施工流程，依次以定向穿越、顶管施工、盾构技术为例，详细介绍各项技术的运用技巧以及施工重点，帮助提升地下管道工程的施工质量。

关键词：石油天然气；地下管道；施工技术

一、石油天然气管道地下工程钻爆施工技术

1、钻爆技术的发展历程

地下施工埋设输送管道需要通过钻孔爆破来完成，既要满足施工的使用需求，同时不能对周边土壤造成破坏。这一技术最早的应用要追溯到18世纪，人们日常活动对交通需要越来越大，但当时的施工技术相对落后，部分地区环境复杂，修筑时要对地下层面进行挖掘加固处理。为解决这一问题，加快交通系统的建设速度，多个技术人员共同参与研发了世界上第一台风能发动的挖掘设备，凿挖岩石的速度远远大于人工作业。相隔几年后，用来爆破的火药也随之被发明，与原有的挖掘设备相结合使用在钻爆施工中，大幅度提升了工程的施工质量，可在短时间内完成建设任务。

2、钻爆技术在管道地下施工工程中的应用

将钻爆技术应用在油田地下施工中，可减轻人工劳动量，安全系数也得到提升。在开展钻爆前要对地方的土质情况做出调查，将钻孔点与图纸对比后作出标记，并对周围的矿物质环境做出调查，充分考虑可能发生的危险情况，并做出相应的防护措施。孔的深度要合理控制，可使用红外设备来探测需要凿挖的尺寸。完成这一系列准备工作后就要开展正式的施工了，将钻孔周围可能影响到爆破的不稳定岩石结构清理，在孔内放置定量的火药。使引爆系统与计算机控制设备相连接，方便在远距离完成引爆任务，避免人员受到伤害。钻爆结束后要对场地进行清理，为后续施工做好准备工作。输送管道安放时会消耗大量的时间，此时可在总工程分为若干部分，相互之间不会冲突的工作可共同进行，可将建设时间缩短。当施工隧道过长时要注意通风设施的完整性，避免在施工阶段发生危险。通风口的设计要科学分布，分段进行，当深度过大时可能对挖掘工作产生困难，这时也可在小范围内开展钻爆，随后再做出精密处理，对通风口的边缘做出清理，避免石块掉落到隧道内部影响管道安装。

二、石油天然气管道地下工程水平定向钻穿越施工技术

地下工程不单要考虑深度问题，水平跨度对管道铺设质量的影响也不容忽视。对钻孔技术的要求是可在地下层面进行，在跨度较大的石油管道安装工程中也可保障稳定性。水平施工则需要动用机械设备来完成，施工开展前对场地表面的杂草与垃圾清理干净，并使用探测设备初步了解岩石与土壤结构的基本情况，选择最合理的方案来完成施工。水平定向钻施工技术在使用过程中，先要进行导向孔的钻进工作，然后再进行预扩孔，最后进行管线回托即可。预扩孔的次数要依据管线的直径、大小和实际工程情况而定。个人认为，目前我国的水平定向钻穿越施工技术已经趋近于成熟，并具备较多优点，例如不会对地面的建筑物和地下的设施产生影响或损坏，且对路面的破坏也较小，不会影响到居民出行，社会效益较高，使用的施工设备安装简便，施工时效率较高，可以进行方向的控制和选择，因此施工精度较高等。

三、石油天然气管道地下工程顶管施工技术

顶管施工技术是在盾构技术之后发展起来的，至今经过了100多年的发展历程，在我国也经历了50多年的发展。顶管施工技术在我国的发展速度较快，且由于众多专业学者的努力，顶管技术正在经历着飞速的创新探索时期。在1986年，我国上海南市水厂的输水管道便使用这种方式穿越了黄浦江，根据当时施工资料显示，在施工过程中，单项一次顶进长度为1120m，这也是我国一次顶进长度记录。顶管技术也在我国的宁波-上海、南京进口原油管道工程施工过程中，得到了广泛的应用。由于顶管施工技术不需要对面层进行开挖，便能够穿过铁道、公路和建筑物等，因此适用范围较为广泛。

上文提及到，顶管法是在盾构法出现之后，才逐步发展起来，因此可以说顶管发最初的产生就相对盾构法来讲，具有一定的优势，例如顶管法的掘进不需要进行衬砌，比较节省材料和资源，挖掘时出现的断面较小，且出碴较少，参与作业的人员较少，因此此种技术的工程造价相对较低一些。另外，顶管法产生的工作井和接收井，并不会占用较大的面积，且对周边的损害和影响较小，地面的沉降量也相对较低，安全性能较高。并且顶管法并不需要长时间的施工时间，隐蔽性也较好。

这些特点都决定了顶管法的广泛应用。例如在土质较软的地区或是交通干线较近、周围环境要求严格的地段中的管道工程，一般都会采用顶管法。石油天然气管道地下工程短管技术的使用，首先要进行施工准备，然后进行沉井施工和拼装调试工作，再利用顶管机进行掘进施工，完成之后将顶管机进行拆卸，最后进行全线范围内的测量和验收即可。

四、石油天然气管道地下工程盾构施工技术

1、盾构技术的起源及发展

盾构技术起源于1818年，由于受到食船虫在船身部位打洞的启示，Brunel研究出了盾构施工方法，并获得了专利，这便是开敞式手掘盾构机的来源。Brunel在1823年编制了伦敦东段到泰晤士河之间的公路隧道施工计划书，并在1825年开始实施，但是由于在施工过程中，发生了严重的塌方事故，因此不得而终。随后Brunel开始着手对盾构机进行研究和改进，并在1834年重新开始了公路隧道工程，经历了7年的施工之后，终于在1841年隧道得以贯通。在1887年的南倫敦铁路隧道工程中，Greathhead通过将盾构法和起亚施工法进行组合施工，为近代的盾构技术奠定了坚持的基础。随后，盾构施工技术逐渐得到了广发应用，在美国、德国、前苏联以及我国都得到了不同程度的发展，这一时期可谓是盾构技术的飞速发展时期，主要以气压式、半机械式、手掘式为主。到了20世纪60年代，盾构施工技术得到了真正的质的飞跃。通过在软粘土中使用挤压式盾构方法得到成功后，又在该基础之上，对封闭式盾构方法进行开发。封闭式盾构方法主要以土压的平衡式以及泥水的平衡式为主，通过泥水压力或者是土舱的压力来对开挖面中的土压力进行平衡，不仅节约了施工时间，而且提高了施工质量。

2、盾构法的特点

盾构法经历了长时间的探索和发展之后，目前广泛应用于各个工程项目中。盾构施工技术主要具备以下特点：

2.1不会对城市功能和周边环境产生较大影响

除了盾构竖井需要占用一些施工场地之外，其他的隧道沿线并不会占用施工场地，也不需要进行拆迁等工作。

2.2盾构机能够根据隧道断面的实际情况进行设计

例如断面的大小、地基围岩的条件以及埋深条件等，因此盾构机是能够适合某一个区间内的专用设备。盾构机这样的特点，同样也会为使用人员带来一定的麻烦，例如如果要将盾构机转到其他的区段或是工程中使用，那么就要先对断面的大小、开挖面的稳定情况以及围岩粒径的大小等进行综合考量，如果存在差异，那么变要先对盾构机进行改造后，方能正常使用。

小结：在石油天然气管道地下工程施工技术选择时，要结合具体施工情况。我们不能说哪一种施工技术好，哪一种施工技术不好，因为上述的施工技术都各有各的特点。个人认为，在石油天然气管道地下工程设计施工时，要根据不同的地质条件来选择合适的、经济的、合理的施工技术。

参考文献：

[1]安浩.浅析石油天然气管道地下工程施工工艺[J].山东工业技术，2014（11）.

[2]王燕.石油天然气管道防腐技术初探[J].中国石油和化工标准与质量，2013（05）.