斜井穿越法在黄土塬地区天然气管道铺设中的应用分析

杨颜璐

（山西天然气有限公司，山西 太原 030000）

黄土塬又称为黄土平台、黄土桌状高地，是对顶面平台宽阔、周边沟谷切割的黄土堆积高地的俗称。由于黄土塬主要地形为冲沟和黄土坡，施工场地受限，若采用开挖法土方量过大，且生态恢复较难，因此采用斜井穿越法是最为理想的施工方式[1]。

1 工程概况

山西孝义-临县天然气输气管道工程起点为孝义市梧桐镇北姚村北姚阀室，终点为吕梁市枣林乡十里村的离石分输站，管道全长152km，途经孝义市、汾阳市、中阳县、柳林县，管道经过地区地势变化较大，地形为东边低，中部最高，西边较高，线路山区敷设段长度约104km。经地质勘查，线路涉及山区、冲沟及湿陷性黄土等地区。其中中阳县段家庄有一处施工难点，山脉较陡，最大坡度达60°，高度70～80m；离石区杜家山一处施工难点，山脉较陡，最大坡度80°，高度60～70m。经专家组考察，设计采用斜井穿越法完成这些区段管道施工。

2 斜井穿越法工艺流程介绍

斜井穿越法的本质是在原地貌基础上顺着黄土陡坡地面挖斜井越过沟坡，之后将预制管道放入挖好的斜井洞，最终安置到预定位置（见下图1）[2]。斜井穿越法施工主要包括斜井开挖和管道穿越两大流程，下面进行详细介绍。

图1 斜井穿越法示意图

（1）斜井开挖

本项目斜井开挖工艺流程主要包括：测量放线、修筑施工便道、开挖沟槽和斜井，每个流程的主要工作如下：

①测量放线

准确测量管道中心线和转角点，并将预制管道场地和施工道路占用区域划定；对斜井段顶口和底口高程进行测定，确定斜井坡度、长度、井口位置。本项目井口尺寸设计为5×5m，选择井口位置时要求有足够宽阔场地，以便施工时放置物料和废土。确定斜井长度后大致计算出需要管道的长度和数量，一般要求斜井顶底两口间距不超过80m,本项目设计斜井长度分别为65m和70m。

②施工便道施工

施工便道是为了大型机械可以进入施工场地，要求便道安全性较好，地质条件稳定，且占地尽量少。其中在汾阳市地段，要求施工便道宽度在5～8m，本项目盘山道路采用“Z”字型，为防止设备运输时将斜井压塌，要求盘山便道与管道中心线的距离不得小于6m，坡度要求小于20°；在冲沟地段，施工设备很难进入，此时本项目利用小型冲沟及山间小道修筑施工便道。

③开挖沟槽和斜井

开挖沟槽和斜井是斜井穿越技术的核心。由于本项目区土质多为黄土，表层因受风化影响，沙土质地较为松软，而底层因为压实作用质地较硬，需要在采取安全措施后再进行开挖，具体可通过人工掏土、牵引推土机或卷扬机牵引手推车等方式，将挖出的土方从斜井洞内运出[3]，本项目采用人工掏土进行清除表层土。

（2）管道铺设

本项目管道铺设工艺流程主要包括：修筑作业平台、管道预制和包裹布放、组对焊接和安装等。每个流程主要工作如下：

①修筑作业平台

在正式铺设管道前需要修筑一定面积的作业平台，要求作业平台面积至少50m×50m，作业平台完成后利用推土机和压路机对场地进行了平整和碾压作业，场地内的沉陷、大型裂缝等病害也逐一整治。

②管道预制

在施工场地内完成“二接一”预制管道施工，管道的焊接、防腐、检测等工序都严格按照相关标准实施。经检查，本项目预制管道合格率达到100%。

3 斜井穿越法施工重点分析

采用斜井穿越法的施工重点集中在斜井开挖、管道下放两个方面：

3.1 斜井开挖施工重点分析

（1）开挖方案的确定

本项目设计在斜井开挖时，坡度要控制在10～35°范围内，单段斜井长度要求在80m以内。斜井开挖方案主要有两种：若工期要求较松，一般是从一侧进行单侧掘进的方式；若工期要求较紧，可以采取两端同时掘进的方式。本项目工期时间要求较松，因此采用“从上到下”单侧掘进形式开挖施工，开挖角度设计为30°（±5°）。

（2）斜井水平方向和坡度控制措施

在斜井开挖中，管沟的水平方向控制是管道铺设质量的基础。本项目借助测斜仪器监测斜井管沟开挖方向，对不需要动土作业的斜井洞上部打入木桩，形成斜井洞后洞口也设计了打桩。本项目设计在洞口方向的延长线外1m打桩。打桩后将木桩以工程线连接，作为管沟控制的参考。斜井洞挖到一定深度后（5m），将方向控制由洞外向洞内延伸，在洞壁上部打入小木桩，同样利用工程线连接。

斜井坡度控制也是重要质量参数之一。在开挖初始阶段采用人工掏土方式，通过仪器对其进行实时监测。随着作业深入，坡度逐步加大，要求按照设计坡度和已开挖的合格坡度进行顺延性的小木桩打入，通过工程线连接后控制坡度，同时进行工程线与地面垂直距离的测量，实现更加精准的坡度控制。斜井坡度控制精度良好，误差率低于5%。

（3）塌方预防措施

塌方是斜井开挖中最需要注意的问题之一，为应对塌方问题，设计在每开挖一定距离（5m）斜井后及时设置支撑架。支撑架的形状和洞口保持一致，尺寸略微小一些（0.1m）。本项目所用单个支撑架由4根架子制成，架子间距为0.4m，通过表层覆盖钢板的形式焊接在一起，单块钢板的适宜规格为长、宽、厚分别为4m、1.2m、2mm。随着掘进深度增加，设计逐步加密支撑架，中间段间距为0.5m。

（4）安全措施设计

为确保洞内作业人员安全，在洞口安装鼓风机，并通过尼龙管进行洞内供气。斜井洞开挖后进行了3～4d自然风干，随后进行支撑架撤出等作业，换为坑木支撑，其尺寸与支撑架规格一致。在作业方案设计时，本项目还考虑采取了以下预防措施：①在洞口的作业坑处搭建防雨棚，防止积水进入洞内，外部挖出挡土墙和排水沟，确保积水排出；②每天完成后在洞口设置封盖措施，防止人员进入。

3.2 管道安装施工重点分析

当检测预制管道质量符合要求后便进行管道安装作业，主要按照以下步骤进行管道安装施工：

（1）对管沟斜井段部位管道进行封头和吊耳等装置焊接，并将其与卷扬机和推土机通过钢丝绳连接起来；

（2）溜管作业要做好收缩套和防腐层保护，毛毡对管道进行包裹，外部用竹片包裹。做好保护后用吊管机直接放到斜井洞内，在首个预制管道的尾端达到洞口部位后停止溜管，用吊装机械对第二个管段吊入坑道内进行连接头的焊接，循环作业，直至达到管道长度要求。

4 结语

斜井穿越法在地形地貌复杂地区应用较为广泛，尤其是黄土塬地区，可以最大限度降低工程成本和对自然生态环境的影响。本项目应用该技术后，工期和成本均在规定要求的范围内，且应用效果良好，值得进行推广。