基于小直径长距离隧道内管道安装的推管机技术研究

上海天然气管网有限公司 顾华金

1 引言

现代社会对天然气的需求量也越来越大，天然气作为清洁能源，可以减少二氧化硫、二氧化碳、氮氧化合物以及粉尘的排放，减少酸雨，能舒缓地球温室效应，有助于从根本上改善环境质量。为了进一步完善和优化整个上海市天然气主干管网，为长兴岛和崇明岛安全供气提供通道，目前正在实施上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟 LNG站管道工程项目(简称崇明过江管)。该工程主要分为隧道A线和隧道B线，以隧道A线为例，其平面布置图见图 1。该项目需用盾构法建设一条小直径长距离隧道穿越长江北港和南港，并在隧道内敷设一条天然气管道。

图1 隧道A线平面布置

崇明过江管隧道工程项目A线和B线的长度分别约为8.2 km和6.9 km，隧道内径为φ3 400 mm，隧道平台设计高度为H=700 mm，平台操作面长度L=2 750 mm，隧道内管道设计压力6.0 MPa，管径Φ813 mm，壁厚15.9 mm，管材L415M直缝埋弧焊管，单侧布置，本项目隧道内管道布置见图2。

图2 隧道内管道布置

2 推管机技术在小直径长距离隧道内管道安装中的运用

2.1 推管机概述

推管机是国外引进的一项管道施工技术，常用于管道穿越工程施工，如图3所示。推管机主要由机器底座、液压系统、夹紧器等组成。管道是通过推管机的管道夹紧器对管道夹紧后，在液压油缸的作用下，向前推进管道。本研究中将推管机技术运用于小直径长距离隧道内管道安装，可以克服在常规隧道内逐根布管施工的运输、焊接、探伤和防腐及补口，产生的安全隐患和通风问题，可以降低对操作和管理人员的危害。

图3 推管机实物

推管机的基本型号和设计范围见表1。

表1 推管机基本型号和设计范围

2.2 隧道内推管机的运用

2.2.1 隧道内管道推进支架布置

本项目隧道内每10 m管道设置一个管道滚轮托架，管道滚轮托架实物见图4。

图4 管道滚轮托架实物

滚动支座用于铺设预制好的管道，一旦完成管道铺设工作，滚动支座就被拆除，以鞍式支座代替，如图5所示。

图5 管道托架滚轮实物

2.2.2 隧道内推管机的选型

崇明过江管隧道工程项目 A线内推管机的选型计算如下：

圆柱体的滚动摩擦系数μk取值范围为0.121±0.007，参照管道穿越工程实际经验，一般取μk为 0.2～0.25。小直径长距离隧道内管道安装，应从隧道两端同步向隧道中心推进。A线天然气管道长度为8.2 km，则单侧管道长度为4 100 m，管道理论重量312.56 kg/m，总质量m为1 281 483.7 kg，推管机需克服的滚动摩擦力F计算如下：

即推管机至少需克服3 139.64 kN的摩擦力，参看表1的相关参数后应选最大推力为5 000 kN的HK500PT型推管机。

2.2.3 推管机技术的现场应用

为保证管道安装的效率，管道通过隧道口两侧的过江井吊至井内，通过预制平台将管道两两对接，在隧道口靠近工作井内，逐根进行焊接、无损检测和防腐工作，将推管机固定于工作井隧道口向内500 m处，利用H型钢和预埋螺栓，在水平与竖直方向进行锚固，如图6所示。管道预制到500 m推管机处，HK500PT推管机通过夹紧器对管道夹紧后，在液压油缸的作用下，向前推进管道，直至将500 m管道推进结束。在推管机工作的同时，隧道口两侧管道可继续进行管道的预制工作，大大提高了施工效率。

图6 隧道内推管机的布置

3 结语

本文介绍了推管机的技术特点、型号和设计范围，综合结合上海市天然气主干管网（崇明岛—长兴岛—浦东新区五号沟 LNG站）管道工程项目的工艺特点，计算后选用HK500PT型推管机配合滚动支座，用于该过程中小直径长距离隧道内的管道安装。