浅谈南水北调天津干线河北段穿越油气管线保护工程

刘江山 张亚格

南水北调中线一期工程天津干线（以下简称：南水北调天津干线）是中线干线主体工程的重要组成部分，主要任务是向天津市和沿线河北省保定市及廊坊市部分城镇提供生产生活供水，是解决天津市水资源紧缺、保证沿线地区国民经济可持续发展的重要战略工程。南水北调天津干线始于保定市徐水县西黑山村西北，总体走向由西向东，途经河北省保定市徐水、容城、白沟新城、雄县和廊坊市的固安、霸州、永清、安次共8个县(市)和天津市武清、北辰、西青3区，采用全箱涵无压接有压全自流输水方案，以现浇钢筋混凝土箱涵为主（箱涵断面主形式为3孔4.4m×4.4m×4.4m），设计流量 50m3/s，加大流量 60 m3/s。工程全长约155km，其中河北境内约131km。

1. 交叉油气管线的基本情况

南水北调天津干线在河北省保定地区的徐水县、白沟新城，廊坊地区的霸州市和永清县等县（区）分别与京邯输气管线、任京输油管线、港清天然气管线等16条长输油气管线交叉并从管线下方穿过，输油气管线设计压力从2.5Mpa～10Mpa，管材多螺旋缝埋弧焊钢管和无缝钢管，管径在159mm～711 mm之间，防腐形式多为环氧粉末或聚乙烯胶带加强级防腐，交叉角度多在60°以上。根据现场施工布置，南水北调天津干线施工占地大体划分为临时开挖区、临时道路区和临时堆土区3种类型。本工程主要是采取支护、铺设盖板等措施保护油气管线在南水北调天津干线输水箱涵施工过程中不被破坏。

2. 输油气管线施工方案

对交叉处的油气管线可采取两种施工方案，一种方案是对油气管线进行切割迁建，将局部管道迁改建至天津干线箱涵下部。此方案虽方便南水北调施工，但是油气管线迁改的安全风险较大，办理手续复杂，技术要求高，费用较大。而且作为能源供给动脉一般要求不停输作业，若出现断气或安全事故造成的影响和损失巨大。另一种方案是就地对南水北调临时开挖区内暴露的输油气管线采取桁架支撑措施、对施工道路和堆土区下方的油气管线采取铺设盖板涵等工程措施进行保护，此保护方案虽增加输水箱涵施工难度，但是不用切割油气管线，相对安全风险小，办理手续简单、现场操作性强、费用较小。综合比较，油气管线各权属单位均优先推荐采取保护方案。

3. 油气管线保护措施

3.1 开挖区两端固定措施

任京输油管线、霸岔输气管线等输油气管线因与南水北调天津干线交叉角度偏小，施工开挖暴露输油气管线的距离大，考虑热应力对输油气管线的影响，须在管线开挖两端设置固定墩，固定墩的受力大小F参见计算公式一。

公式一

式中：

P—设计压力，MPa

D—管道内径，mm

T0—安装温度，℃

T1—运行温度，℃

A—管道横截面面积，mm2

k—推力折减经验系数

α—线膨胀系数

E—钢材弹性模量MPa

3.2 临时堆土区和施工道路区保护措施

施工道路区内的大型机械设备以及堆土场地内的推土机等重型机械均需要通过输油气管道，对施工道路和堆土区内的管线采取盖板涵保护措施。根据大型机械的载重和堆土区堆土高度（含推土机重量）等荷载计算盖板涵结构，盖板涵的盖板一般采用C30钢筋混凝土,施工时盖板上加设桥面铺装层。基础及涵墙采用C25素混凝土浇注。盖板涵每隔4.5m设置一道伸缩缝。

3.3 临时开挖区内保护措施

在输水箱涵开挖边界内采用的是两边π型支撑与中间桁架相结合的保护形式。即在南水北调开挖边界内的管线两侧打钢管桩，作为承重的基础，由两侧向中间开挖土层，当土层开挖至油气管线底部时施工π型支撑。见图1。支护好管线。

全面放开船长尺度，船舶调头势必十分困难，必然影响其他船舶正常航行，引起航道堵塞。航道标准尚未完全到位，并由于拆迁、资金等原因，沿线仍有少数桥梁未达标，局部水域水下存在一些浅点。诸多航道码头按照45 m设计，岸线资源有限，靠泊困难，影响通航效率，甚至堵航。

图1 管道π型支撑

施工到中间部分（即南水北调天津干线输水箱涵顶部）时，先设置临时支撑支护这部分管线，防止管线下垂。当土层开挖至桁架底部留有足够空间时，安装桁架并支护好油气管线。见图2。当油气管线管底与输水箱涵之间间距不能保证输水箱涵的正常施工和输油气管道检修的最小间距时，可采取桁架从管线上方支撑。

图2 桁架在管线下方支撑

3.4 桁架及盖板涵拆除

待南水北调天津干线输水箱涵浇筑完成，土方回填至输油气管线底标高下500mm时，用500mm高400mm宽的砼墩，将管线支护好，墩顶用钢板与管线底顶紧，墩的位置应在相邻钢管桩和相邻吊架之间。按照分层夯实回填土方，待管线四周土方夯实不再沉降，拆除桁架。相应地，将盖板涵人工拆除，防止影响群众耕作。

3.5 管线附近土方开挖及回填要求

为了保证输油气管线的安全运行及桁架安全，在开挖南水北调箱涵作业坑时，管线中线两侧5m以内采用人工开挖，注意保护管线防腐层及相关管线光缆不被破坏。

当南水北调输水箱涵施工完毕后，油气管线附近被扰动的土层可采用人工分层夯实回填、新立支墩或压水沉土等工程措施防止管线发生沉降，严禁直接用机械震动碾压作业。

3.6 防腐保护措施

开挖后的管道裸露时间内应采用不透明遮盖物覆盖，避免管道外防腐层因阳光曝晒加速老化。输油气管线与π型支撑或桁架相接触部位加橡胶垫以保护管线防腐层不被破坏。

遇雨、雪、雾、风沙等气候条件应停止防腐层露天施工。环境温度低于5℃或高于40℃，或相对湿度高于80%时，不宜施工。修补前应先将修补处的泥土、污物、冰霜等对修补质量有影响的附着物清除干净。修补时应将破损的防腐层清理干净，如已露基材，应除锈至St3级。

4. 施工注意与存在问题

一是打钢管桩之前必须探明油气管线走向，预防钢管桩打在管线上破坏管线运行安全。同时，施工前再次复核油气管底部与南水北调天津干线箱涵顶的垂直间距是否满足检修、运行的间距要求。

二是人工开挖管线附近土方时切忌野蛮施工，破坏管线外防腐保温层。

三是南水北调天津干线施工期间，输油气管线方要加强对桁架和管线的高程监测和南水北调天津干线施工期间的安全监督和指导，防止出现意外的安全事故。

四是对于运行多年的老输油的热应力问题是否已经化解消除，固定墩是否有必要安放有待于进一步研究。