管道穿越运行中燃气管道的施工方法

李占东

（辽宁省参窝水库管理局有限责任公司，辽宁辽阳111000）

1 工程概况

辽宁省某重点供水工程（三段）管道建安工程六标，在GC120+560处与沈康燃气管道52°斜交。穿越处辽西北供水管道设计为4排DN3200mmPC⁃CP管道，为四管同槽，从沈康燃气管道下方倒虹式穿越。辽西北供水管道管顶埋深为6.3 m。经调查，燃气管道为1条DN300钢管，工作压强4 MPa，不具备停供临时改线的条件。燃气管道东侧7.8 m为康平发电有限公司水源管道，为1条DN1200 mmPCCP管，管道设计压力为0.6 MPa。燃气管道和水源管道平行布置。详见图1，图2。

图1 穿越沈康燃气管道平面图

图2 穿越沈康燃气管道纵断面图

2 设计方案

穿越燃气管道的设计方案为：

燃气管道穿越辽西北管槽部分，暴露全长55 m，设计采用斜拉钢梁上部悬吊方案。即：在管槽左岸架立一座铁塔，铁塔一侧是60 m长的承重梁用于悬吊燃气管道，另一侧是平衡梁。通过斜拉杆联接，铁塔和承重梁、平衡梁形成一个自平衡系统。在斜拉杆作用下，整个承重梁分为几个小段，最大跨度为25.2 m。

将燃气管道悬吊在承重钢梁上并采取严格的防护措施。详细设计见图3。

图3 燃气管道悬吊系统图

3 施工方案

穿越燃气管道总体施工方案为：先两边后中间。即先进行上下游的管道施工，最终集中力量进行穿越处的支撑体系施工，在底部的钢管段进行合拢。

施工程序为：开挖探坑→降水井施工→悬吊管道→管槽开挖→管道安装→管道回填

3.1 开挖探坑

进入现场施工的首要工作是开挖探坑，确定燃气管道的准确位置。根据管道的走向，每10 m人工挖一个探坑。探坑上开口尺寸为3 m方形，要开挖至管道顶部，以确定管道的准确平面位置，从而确定支撑的位置。

3.2 降水井施工

3.2.1 井点平面布置

为确保穿越施工始终在干地进行，边坡稳定不易发生塌方。计划在管槽两侧上开口线外2 m各打1排降水井。

1）基槽降水深度要求。该工程沟槽最深10.5 m，底宽22.1 m，坡比1∶1.25～1∶1.5。要求地下水位降到槽底0.5 m以下，综合考虑最小降水深度为11 m。

2）基槽涌水量计算和井点设计。根据工程地质勘察报告所提供的工程水文地质条件，该工程降水按无压非完整井计算。渗透系数K=4～8 m/d，取6 m/d，滤水管选择长l～2 m。

采用大口井法来预测基槽涌水量。将窄长式基槽看作一个“大井”，该方案按100 m一单元计算，其计算半径X0=34.11 m。

基槽渗水量Q=907 m3/d

计算每根井点最大出水量q=34 m3/d

确定井点数为28口，井点管最大间距为7 m。

潜水泵型号为150QJ 32－30。

管槽降水区以燃气管道为中心，长度计划100 m，每7 m布设1眼钻井，每侧布设14眼降水井。开挖时注意对降水井的保护。

井深20 m，管槽底部距离管井井底9.5 m，排水井中心距离管槽开挖中心的水平距离为：右侧28.8 m，左侧26.2 m。

3）排水沟设置。在两侧开挖边线外1 m处设置排水沟，将地下水明排至自然沟渠。排水沟底宽0.5 m，沟底铺设塑料布防止水回渗。

在沟槽底部两侧设置排水沟，但它只是收集基槽中和坑壁局部渗出的地下水和其他施工时的地下水，将收集的水通过3寸泵排到地面排水沟内。

4）井点降水结构。降水井钻孔直径为ϕ600，全孔下入外径ϕ400，内径ϕ300的无砂滤水管，管底封死，管外填滤料。滤料的规格2～7 mm。滤料填至孔口以下1.0 m，上部回填粘土封至孔口。

3.3 燃气管道悬吊

人工开挖燃气管道顶部土方。暴露出燃气管道后，在其顶部铺设5 mm石棉布和40 cm宽的闭孔泡沫板进行防护。

在管槽两侧共设计3座桁架钢梁的混凝土，然后绑筋立模浇筑混凝土平台。钢筋搭接全部采用绑扎，禁止电焊。模板为木模板。采用混凝土泵车入仓。

在平台混凝土强度达到设计值后，用安装管道的400 t履带吊分别吊装铁塔，承重梁和平衡梁，并安装好承重梁和平衡梁的斜拉杆。

在U型吊杆的位置，即每2 m用人工开挖一个工作坑，然后安装U形吊杆将燃气管道固定在承重梁上。U形吊杆和管道间衬垫橡胶垫。

人工开挖燃气管道周围土方到燃气管底1.5 m，用5 mm石棉布将管道完全包裹，禁止管道曝晒。最后安装管道防护架，防护架为螺栓连接。在此期间，对管道进行连续监测，高程如有变化，用U型螺栓进行调整。

3.4 管槽开挖

燃气管道5 m范围内用人工开挖，在安全距离外用大型机械开挖管槽。

管槽为分层开挖，在高度8 m处设置一层马道，马道宽度1.5 m。管槽边坡，坡比为左侧静载为1∶1.25，右侧动载为1∶1.5。管槽开挖土方采取挖掘机接力的方式，从管槽底部倒运到管槽上方再装车外运。

管道两侧的开挖要对称均匀进行，避免两侧土体产生高差，将管道挤偏。

在穿越期间，安全员每天要对边坡进行巡视。

为确保边坡安全，开挖土方全部外运至1 km外的临时堆土区，届时在管道回填时再倒运回来。

3.5 防洪围堰

为确保施工安全，防止暴雨天气，水淹基坑。计划在基坑外围设一圈挡水围堰。左侧利用开挖堆土，其他三面挡水围堰用开挖土填筑碾压成，右侧设在施工道路外侧，上下游仅在施工道路处预留豁口，在发生暴雨时，紧急闭合。围堰顶宽2 m，高2 m，坡比1∶1.25。在基坑内备用5台6寸水泵。

3.6 管道安装

为加快施工进度，尽量缩短燃气管道的暴露时间，管道安装顺序为：先安装上下游PCCP管道，最后安装穿越处钢管。

因穿越处PCCP管道工况为1.4 MPa/8 m，重量约59 t。穿越处管槽深度10.5 m，D线管道距离吊车中心40 m。所以从远至近依次安装D线，C线，B线，A线。

燃气管道底部GC120+542.09-GC120+557.09为钢管，长度15 m，单节钢管最长为12 m，重量约24 t。每条管线有2节钢管，钢管与上下游弯头采用手工电弧焊焊接，每条管线3道焊缝，共12焊缝。

为彻底解决后期燃气管道和供水管道的运行和检修相互影响，穿越处供水管道设计为外包钢筋混凝土。

PCCP供水管道防腐蚀采用锌阳极，10 m一组。燃气管道的阳极包为300 m一组，在穿越处未埋设。供水管道不会对燃气管道产生影响。

3.7 管道回填

穿越处管道安装完成后尽早进行回填，为避免回填后燃气管道基础沉降，从外包混凝土顶直到燃气管道顶部0.5 m全部采用水撼砂分层回填。回填土分层压实，每层虚铺厚度宜为0.2～0.3 m，管道两侧及管顶以上0.5 m内的回填土必须采用人工压实，管顶0.5 m以上的回填土可采用小型碾压机压实，每层虚铺厚度宜为0.25～0.4 m。

管道回填前必须对防腐层进行100%的外观检查和100%电火花检漏，检漏电压为15 kV。如有漏电应进行修补至合格。

回填后必须对防腐层完整性进行检查，不合格必须处理直至合格。

沟槽回填时，应先回填管底局部悬空部位，再回填管道两侧。

管沟回填土高出原地面0.3 m以上，覆土与管沟中心线一致，其宽度为管沟的上开口宽度

管沟回填后应对管道防腐层进行地面检漏，检漏时间为30 d后。发现漏点应进行开挖修补并做好记录。

3.8 管道沉降监测

管道开挖暴露后，安排专人每天进行不少于2次的管道沉降监测。在管线外较远坚固位置设置观测基准点，用水准仪进行测量。

同时，进行24 h不间断巡视。如果发现管道出现漏气，立即停止施工，及时报告。

4 施工进度

穿越燃气管道工程于2015年10月19日开始，2015年11月17日完工，工期约30 d。

5 施工机械设备配置

现场施工机械设备主要有：降水井中的水泵，土方开挖回填的挖掘机，吊装管道的履带吊，钢管焊接的电焊机等。

管槽降排水采用管井排水，保证最低处的管槽基础面无积水。管井井点降水每一个管井单独用一台水泵进行抽水以降低地下水位。选用深井泵式潜水泵型号为150QJ 32－30。

管道吊装采用1台400 t履带吊。最远吊装距离40 m，最重件59 t。

计划燃气管道周边5 m范围内的土方采用人工开挖，然后用挖掘机再进行大范围的开挖。

钢管焊接采用ZXT-400A电焊机，计划配置4台。

现场施工电源采用100 kW发电机2台。

6 安全保护措施

1）做好技术和安全交底，落实安全责任到岗位到人，坚决杜绝野蛮施工。严格实行两级旁站制度，即燃气公司现场人员和项目部现场人员全施工过程旁站。

2）紧邻管道采用人工开挖。专人指挥开挖和吊装机械，严禁碰撞或扰动管道。

3）配置足够的人员和设备，赶抢工期，尽量缩短管道的暴露时间。

4）因燃气管道的外防腐层禁止暴晒，所以在燃气管道顶部覆土剥离后，及时用0.5 mm的石棉布对燃气管道进行严密包裹。

5）履带吊车和挖掘机用柴油每天由加油车来现场加油。现场不放置储油罐或油桶。现场配备4只灭火器，以备扑灭小型危险火源。

6）施工人员配备手持式可燃气报警仪。

7）严格将燃气管道与其他钢构件绝缘隔离，严禁在燃气管道及与之联接的钢构件上进行焊接作业。严禁在燃气管道周围进行明火作业。

8）所有用电设备必须装置漏电保护器。电焊机可靠接地。

9）雨天施工时，加强施工人员的安全监护管理，电焊机、电源、开关等电器设备均需设置防雨罩，工作场所搭设雨棚或采取其它防雨措施。高温天气需采取可靠的防暑降温等劳动保护措施。

10）大雨天、雾天及六级以上大风天等恶劣天气应禁止吊装作业。事后应及时清理并应采取防滑和防漏电措施。雨后作业前，应先试吊，确认制动器灵敏可靠后方可进行作业。该项目施工中应实时监测施工现场的风力情况和天气情况，如果风力达到6级或者天气情况不适宜起吊作业，应禁止起吊作业。

7 总结

1）为大型PCCP管道或钢管管道穿越同类天然气管道工程提供了可行的参考方案，积累了类似施工经验。

2）解决了大型PCCP或钢管管道穿越高压燃气管道在无法停供的条件下如何安全穿越的问题。

3）在设计上对两种高压管线交叉穿越后独立运行，消除相互影响方面做出了大胆尝试，并取得较为理想的效果。