长输油气管道常用公路、铁路、小型河流穿跨越方式的选择.pdf

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1、第 4 3 卷 第 1 0期 2 0 1 4年 1 O月 当 代 化 工 C o n t e m p o r a r y C h e m i c a l I n d u s t r y V o 1 4 3，N o 1 0 O c t o b e r ，2 0 1 4 长输油气管道常用公路、铁路、小型河流 穿跨越方式的选择 刘瑞凯，刘 杰，张国军，廖险生，王 佳 ( 中圜石油集团 r ： 程设计有限责任公司 华北分公司， 河北 任丘 0 6 2 5 5 0) 摘 要： 论述了长输油气管道穿跨越公路 、 铁路 、 小型河流方式的选择依据和原贝 IJ ， 总结了常用的公路、 铁路、小型河流穿跨越形式

2、，对各种穿跨越方式做了对 比和适用条件的分析，结合1 程实例重点论述了顶管、 定向钻等最常见穿越形式。 关键词：长输油气管道；管道穿越；管道跨越；经济比选；穿跨越方式 中图分类号：T E 8 3 2 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 1 0 4 6 0( 2 0 1 4)l 0 2 1 3 3 0 4 Cho i c e o f Co ns t r uc t i o n M e t ho ds f o r Lo ng Di s t a nc e Pi pe l i ne Cr o s s i ng Hi g h wa y , Ra i l wa y a nd Ri ve r L I U

3、Ru i - k a i ，L I U- J i e ， Z HA NG Gu o - J u n，L I AO Xi a n s h e n g， W A NG J i a ( Ch i n a P e t r o l e u m E n g i n e e r i n g Co ， L t d Hu a b e i Br a n c h ， He b e i R e n q i u 0 6 2 5 5 0，Ch i n a ) Ab s t r a c t ： T h e b a s i s a n d p rin c i p l e t o c h o o s e c o n s t r

4、 u c t i o n me t h o d s f o r l o n g d i s t a n c e p i p e l i n e c r o s s i n g h i g h wa y , r a i l wa y a n d r i v e r we r e d i s c u s s e d Th e c o mmo n c r o s s i r t g f o r ms we r e s u mma r i z e d a n d c o n t r a s t e d ， t h e i r a p p l i c a t i o n c o n d i t i o

5、n s we r e a n a l y z e d Co mbi n e d wi t h e n g i n e e rin g e x a mp l e s ， t h e mo s t c o mmo n c r o s s i n g f o rm s we r e d i s c u s s e d ， s u c h a s the p i p e j a c k i n g c o n s t ruc t i o n ， d i r e c t i o n a l d ri l l i n g ， a n d S O o n Ke y wo r d s ： Lo n g d i

6、 s t a n c e o i l a n d g a s p i p e l i n e s ；P i p e l i n e u n d e r c r o s s i n g ；P i p e l i n e c r o s s i n g ；Ec o n o mi c c o mp a r i s o n ； Cr o s s i n g wa y 随着我国管道事业的发展 ，全困油气管网逐渐 完善，油气管道工程的施工条件、地形条件渐趋复 杂化 ，经过城市边缘、复杂地层条件地区，穿越公 路、铁路、河流的情况越来越多，管道工程的发展 面临许多新的挑战。管道1 二 程对施工技术的要求逐 渐

7、提高。油气管道穿跨越工程作为管道工程的重要 节点或控制性工程，对于管道工程整体进展和管道 的运行具有重要作用。目前管道各类穿跨越施工技 术日渐成熟，各种穿跨越技术的发展为管道工程在 复杂地层条件及公路、铁路、河流穿跨越工程中提 供了更多的选择 。在不同的穿跨越项 目中选择合理 的穿跨越方式，既节省投资，又提高效率，因此， 有必要对穿跨越方式的选择进行研究和探讨。 1 穿跨越方式的选择原则和依据 长输油气管道的穿跨越工程应遵循下列要求： ( 1 )长输油气管道穿跨越工程应符合国家相 关法律和石油天然气行业相关标准要求 。 ( 2 ) 穿跨越段管线局部走向应与线路的整体 走向、环保部门要求 、规划

8、和用地基本保持一致。 ( 3 ) 长输油气管道穿跨越工程选址应避开军 事设施、易燃易爆仓库、国家重点文物区、国家级 生态林 、国家级环境保护区 、多年生经济作物区域 和重要的农田保护区等。 ( 4 ) 除长输油气管道专用的隧道和桥梁外， 长输油气管道穿跨越工程不应通过已建铁路或公路 隧道、跨河桥梁完成穿跨越。 ( 5 ) 穿跨越工程应避开地震区域、滑坡 、泥 石流等不 良地质区域 ，以减少施工的困难。 ( 6 ) 长输油气管道穿跨越位置尽量靠近已建 公路、铁路，方便穿跨越段管道施工和运行维护管 理 。 2 穿跨越位置选择 不同穿跨越形式所须考虑的影响因素不同， 水 域穿跨越应考虑穿跨越施工场地

9、， 河流沟渠的河床、 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 1 I 一 2 6 作者筒介： 刘瑞凯 (1 9 8 6 一) ，男，山东潍坊人，工程师，硕士，2 0 1 2年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，研究方向：管道完整性管理研 究。E - m a i l ：l i u r u i k a i 一 1 2 3 1 2 6 c o m 。 化 工 2 (3 1 4年 1 0 月 地质 、岸坡稳定性 ，与河道主流方向的夹角 ( 不宜 小于 6 0 。 ) ，与建 ( 构 ) 筑物之间的安全距离 ，是否 有地震断裂带 ，交通和运输条件等。定向钻方式穿 越公路、 铁路 、 河流时， 除出、 入土端

10、施工场地外， 还应考虑避让电力线、埋地光缆和管道、避让周围 钢质建 ( 构 ) 筑物， 以免影响定向钻穿越控向精度。 公路、 铁路穿越位置应考虑避让石方区、高填 方区、路堑、道路两侧为同坡向的陡坡地段，铁路 穿越避让已建铁路设施和建 ( 构 ) 筑物，穿越电气 化铁路时， 应避让回流电缆与钢轨连接处， 与公路、 铁路的交角不宜小于 6 0 。 ，山区地形交角不宜小于 3 0 3 常用穿跨越方式 随着管道事业的快速发展，长输油气管道穿越 公路、铁路、小型河流的情况也越来越多。但同时 人们对环保和社会效益的重视，使得传统的开挖方 式已不能适用所有油气管道穿越施工的需要 ，特别 是高等级公路、高速公

11、路、高铁穿越。而采用新的 施工技术， 例如水平定向钻、 顶管颀 箱涵掘进或隧 道方式铺设，具有不破坏现有公路、铁路、河床， 减少对环境及交通影响的优势，各类施工技术也因 此得到企业和政府等各部门的重视。 3 _ 1 常用穿跨越方式简介 目前长输油气管道公路、铁路、小型河流常用 的穿越方式包括： 水平定向钻、 顶套管 箱涵法、开 挖等；跨越方式包括：梁式直跨管桥、 轻型托架式 管桥、桁架式管桥、 拱式管桥等。 3 2 常用穿越方式 3 2 1 顶管法 顶管法是油气管道穿越铁路、道路、河流或建 筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。 顶管法原理是通过传力顶铁和导向轨道，用支承于 基坑后座上的

12、液压千斤顶或其他具有顶进 、牵引功 能的设备将套管按照设计高程、方位和坡度压入土 层中，同时挖除并运走套管正面的泥土，直至将套 管送至预定位置。将套管按次序连接并处理连接部 位形成涵管。顶管法施工的关键是保证方向控制与 设计轴线一致，采用中继环接力，工具管开挖面正 面土体的稳定性， 承压壁后靠结构及土体的稳定性。 按挖土方式和平衡土体方式不同，顶管法分为：手 工挖土掘进机、气压平衡掘进机、挤压掘进机、泥 水平衡和土压平衡掘进机。顶管法适用于长输油气 管道穿越已建建 ( 构 ) 筑物、高等级公路、高速公 路 、 铁路或小型河流、沟渠、通讯光缆等，其中， 泥水平衡式顶管对砂土、 砂砾土、硬土、地下

13、水压 力较高的地区及沼泽地带适用性较好。 3 2 2 横孔钻机 ( 套管 ) 顶横孔钻机也叫水平钻机。用横孔钻机顶管穿 越铁路及公路，克服了传统顶管法顶进速度较慢的 缺点。横孔钻机机械化程度较高 ，施工速度相对较 快， 施工相对简单方便， 在 2 1 世纪初的油气管道穿 越工程中应用较多。横孔钻机适合在软土、粘土 、 砂 土、 砂砾土以及多种砂岩层地层 中进行顶管施工 ， 但在卵石层中施工较困难。横孔钻机一般是水平顶 进穿越 ，也可作定向穿越 。横孑 L 钻机 ( 套管 ) 适 用范围为：油气管道及输水管线穿越铁路 、公路 、 小型河流及水渠。 3 2 3 顶箱涵 顶箱涵即在预制工作区域内完成

14、顶进的箱体， 箱体尺寸由穿越管道的管径、压力和敷设方式等采 用暴决定并能符合铁路部门的要求。完成箱涵预制 后利用顶进装置顶进至预定位置，一般箱涵长度为 铁路两侧路边沟外或铁路路基堤角外侧 2 m。箱涵 两端利用麻丝或砖砌等方式进行封堵，箱涵内管道 下部设置绝缘支撑或垫细土进行敷设，箱涵内应设 置排气管。箱涵两端与一般段管道相接。顶进箱涵 穿越铁路路基时， 须加固铁道线路 ， 并限制行车速 度，在土质差、承载力低、土壤含水量高，铁路行 车繁忙 ，不允许限速太多的情况下，可采用低高度 施工便梁的方法。箱涵穿越管线时可露管线和加强 施工监测的管线保护方法。常用于水利工程或油气 管道工程中穿越公路、铁

15、路。 3 2 4 定向钻 定向钻施工技术是由定向钻机进行钻孔、扩 孑 L 、清孔等过程后进行管道回拖，并完成管道安装 的施工技术。定向钻穿越具有管道埋深能达到设计 要求，保证管道稳定，施工时受恶劣气候条件和施 工季节影响较少，对河流航运、铁路路基、公路路 面等没有干扰，以及对环境影响小的优点。鉴于定 向钻穿越的优越性 ，近年来定向钻技术在国内发展 迅速 ， 目 前定向钻在油气长输管道中被广泛应用 于各类型河流、高速公路、铁路等的穿越。 3 2 5 开挖 管沟开挖是传统的管道施工技术，管沟开挖主 要包括以下方式：全开挖、分部位开挖、分层开挖 和分段开挖等。全开挖适用于开挖深度浅、范围小 的油气管

16、道工程。开挖范围较大时，需采用分部位 开挖。如开挖深度较大，则采用分层开挖。对于石 方地段或河床基地较硬的开挖可采用爆破方式成 第 4 3 卷第 l 0期 刘瑞凯，等：长输油气管道常用公路、铁路、小型河流穿跨越方式的选择 2 1 3 5 沟。 分段开挖适用于长度较大的水利工程。 施工时， 钢丝绳作为托架的下弦， 考虑增大管道跨距，再以 根据施工场地的地形、地貌、水文、地质 、 气象等 三角形的组装钢托架作为中间连接构件，构成空间 条件选择合适的管沟开挖方式。穿越小型河流时， 组合梁体系，以此构成轻型托架式管桥。适用范围 一般采用围堰导流等方式施工，通过导流和围堰将 为长输油气管道或中低压城市燃

17、气管道跨越较的小 施工面与河流上下游分隔开，管道防腐、 焊接、 试压、 型河流或沟渠，以及无法实现穿越地段的管道跨越 下沟及检测等所有作业均在围堰内进行。 此外，截流 低等级公路。 开挖管沟常有大量地下水涌出， 在施工时应做好降 3 3 3 桁架式管桥 水工作， 防止管道埋深不够甚至塌方。 对于水量丰富 桁架结构主要是利用两片桁架组成正三角形或 的水下开挖管沟通常是利用挖泥船开挖管沟，根据 矩形的空间钢结构，下线两端采用滑动支座，该结 不同的河床情况及水流速度， 选择不同类型的挖泥 构整体稳定性好，结构刚度大。单跨桁架和多跨连 船。而对于地下水位较高的情况，可采用井点降水 续桁架跨越是管道工程

18、中常用的方式之一。但是桁 方式进行排水。 架跨越方式需要在河床中布设支撑桁架的支墩，容 3 2 6 隧道 易受到河水的冲击 ，影响河道的排洪，且桁架消耗 当穿越地质为硬岩层， 不适合定向钻或顶管方式 钢量较大， 因此桁架跨越适用于中小型河流的跨越。 通过时， 可采用隧道方式进行穿越， 隧道主要施工方 3 3 4 拱式管桥 式包括：明挖法、掘进机法、 沉管法、 钻爆法、 盾构拱式管桥分为两类， 一类是利用管道本身做成曲 法等。目 前应用较多的是钻爆隧道和盾构隧道敷设技 线形拱， 将两端放于受推力的支座上， 利用管道本身 术， 钻爆隧道是用凿岩台车或多臂钻车钻孔， 应用毫拱形受压的耗 ， 增大管路

19、跨越能力。对于跨越小型 秒爆破、 预裂爆破、 光面爆破等技术， 对硬岩实施爆 河流、沟渠准确计算出土点管道的位移后，可省去复 破的施工手段。 盾构隧道则是利用盾构掘进机， 于地 杂支座的设置。管拱可组合成平面桁架，以增加结构 表下暗挖隧道的一种施工方法， 它可以连续进行隧道 刚度 ， 满足更大的跨度和抵御风力的要求。另一类是 开挖、 弃土排运、 盾构推进和衬砌拼装等一系列作业， 构建钢管拱桥， 将管道敷设于钢管拱桥上跨越小型河 使隧道一次成洞。隧道方式机械化程度高， 施工劳动 流。拱形结构具有结构稳定、 受力均匀、 施工方便的 强度低， 对周围环境影响较小， 但其成本昂贵且施工 优势。拱形结构

20、适用于中小型河流跨越。 工期较长。 适用范围多为管道穿越山岭地段和河底为 硬质岩层的各类河流穿越施工。 3 2 7 气举沉管法 气举沉管法是利用气举船的承载能力及稳定性 在水中进行沉管操作，其穿越深度受限制，操作困 难，适用于河床土壤松软的小型河流穿越。该方法 是油气管道穿越小型河流工程的一种相对较少使用 的穿越方式 。 3 3 常用跨越方式 3 3 1 梁式直跨管桥 梁式直跨管桥由支座和以管路作为梁体的两部 分组成，在河流两岸加支墩 ，作为管路的支撑，在 工艺管道外侧加钢套管 ，或者直接利用管道 自身的 支撑能力 以简单的梁式结构跨越河流。该方式施工 技术成熟， 简单方便。 当跨越河流宽度大

21、于2 0 m时， 可采用带补偿的多跨连续梁结构，但由于管道在试 压以及安全运行期间对管道变形量有严格的要求 “，因此直跨方案只适用于跨距较小的河流和沟渠。 3 - 3 2 轻型托架式管桥 油气管道往往截面刚度较大，因此以管道作为 托架结构受压弯的上弦，用受拉j生 能较好的高强度 4 公路 、铁路穿跨越方式选择 长输油气管道穿跨越高等级公路、高速公路和 铁路时，应根据穿跨越位置的地理、地质、环境等 诸因素进行方案比选，选择经济、环保、合理的穿 跨越方式。在进行经济比选时，鉴于隧道方式施工 成本较高，一般不推荐采用隧道方式穿越公路、铁 路。其他穿跨越方式经济比选差别不大时，应优先 考虑对环境影响较

22、小的顶管法和定向钻穿越，也可 采用横孔钻机顶管方式。 唐山液化天然气外输管道工程在穿越唐山西外 环高速公路时 ， 采用顶进规格为 D R C 1 5 0 0 x 2 0 0 0 l l I A J C T 6 4 0 昆 凝土套管方式穿越， 套管长度约 1 0 0 m； 中国石油天然气管道 三公 司在 北京通县的永 京输气管线工程中，使用横孔钻机顶进套管的方式 穿越 了朱大公路及凤港河 ； 齐鲁天然气长输管道工程，在穿越济青高速公 路、济南绕城高速公路和 1 0 2国道等施工中和齐鲁 石化一青岛天然气管道工程穿越蓝烟铁路，均采用 了水平定向钻施工工艺穿越，对周围环境影响较小 且成本较低 。 化

23、 工 2 0 1 4年 1 0 月 三种穿越方式均得到了较好的施T效果。对于 低等级公路、乡村道路，可采用开挖预埋套管或盖 板的方式通过 。在公路穿越条件不足时 ，可考虑采 用轻型托架式管桥跨越方式通过。 本着不影响铁路路基的原则， 目 前常用的铁路穿 越方式包括：顶箱涵 套管、水平定向钻等。其中顶 管和顶箱涵应用最多， 例如西气东输二线工程在新疆 某建设兵团 2 连驻地西北侧顶4 4 m箱涵穿越精伊霍 铁路。 港清三线输气管道工程在霸州市境内， 以顶混 凝土套管方式穿越京沪高铁，均收到较好效果。 5 小型河流穿跨越方式选择 小型河流的穿越主要有开挖 、顶套管 、小型定 向钻穿越等方式，主要跨

24、越方式包括：梁式直跨管 桥 、 轻型托架式管桥、桁架式管桥、拱式管桥等。 可根据河流或沟渠的水文、地质等具体情况来选择 适 当的穿跨越施工方法” “ 。 目前长输油气管道穿越小型河流多采用施工 技术成熟的开挖方式，例如陕京四线输气管道工程 张家口段，在宣化县境内采用大开挖方式穿越包括 石里河在内的多条小型河流沟渠。对于穿越水量较 少但对农业灌溉影响较大的沟渠，若地方规划、国 土、水利、环保 、 林业等部门有特殊要求不能开挖 穿越时，可考虑采用顶管方式通过。中缅天然气管 道工程第四 E P C合同项防城港支线中， 由于位于广 西省防城港市防城区的长岐水渠为重要的农业水 源， 因此根据水利部门的要

25、求， 采用顶长度约为 6 0 m混凝土套管方式穿越。对于中型河流，若水利部 门要求不能开挖，应优先考虑小型定向钻穿越。当 经过地势险要的峡谷等地段，穿越方式不能满足施 工条件时 ，需考虑跨越方式。 钢拱桥跨越在跨度较小且有多条管道需要同时 敷设时，经济效果显著。例如，川气东送后巴河跨 越中在钢拱桥面上敷设了1 3条管道， 且多数为大管 径管道 。 6 结 论 大开挖 、顶管技术 、顶箱涵技术 、水平定 向钻 技术以及各类跨越技术相辅相成互为补充，极大的 丰富了油气长输管道穿跨越工程的选择方式 ，为管 道事业 的发展提供了技术支持。在进行穿跨越 翻翌 方案选择时，应遵循油气管道穿跨越工程设计规范

26、 的基本要求，本着环保、安全 、 经济的原则，根据 穿跨越工程的地理、 地质、 水文等特征并结合规划、 国土 、 环保 、 水利、水土保持等部门的有关要求， 合理选择穿跨越方案。 参考文献： _ 】 中华人 民共和国住房和城 乡建设部 油气输送管道跨越工程设计规 范 G B 5 0 4 5 9 - 2 0 0 9 $ 1 2中华人民共和闽住房和城 乡建设部 油气输送管道跨越一 翻鼙 施 I ： 规 范 G B 5 0 4 6 0 2 0 0 8 S 3中华人民共和国住房和城乡建设部 油气输送管道穿越工程设计规 范 G B 5 0 4 2 3 - 2 0 0 7 S 4中华人 民共和国住房和城

27、乡建设部 顶进施- I ： 法用钢筋混凝土排水 管 J C T 6 4 0 2 O L O S 5 原油 、 天然气长输管道 与铁路相互关系的若干规定 【 ( 8 7 ) 油建第 5 0 5号文 、铁基 ( 1 9 8 7)7 8 0号文 s 6 J关于处理石油管道和天然气管道与公路相互关系的若 干规定 ( 试 行 )【 ( 7 8)交公路字 6 9 8号文 【 s 】 7石油和化7 2 I 1 程设计工作手册编委会石油和化T E T _ 程设计 作手 册 第 4册 输油管道。 酬殳 计： 4 8 8 S 8 J吕泽彬 横 L 钻机 顶管穿越铁路及公路【 J 石油工程建设， 2 0 0 1 (

28、 4 ) ： 3 3 3 4 9 钱圉梁， 等定 向钻穿越在管道工程 中的应用 J 石油和化1 ： 设备，2 0 1 3 ， 1 6 ( 6 ) ： 3 5 3 7 1 0 于桂龙 燃气管道穿越河流 f 程的设计【 J 煤气 与热力，2 2 ( 3 ) ：2 6 6 - 2 6 8 1 1 阎庆华 ，等 长输管道河流穿跨越方案选择f J 石 油工程建设，2 0 1 1 ， 3 7 ( 3 ) ：1 6 (上接 第 2 1 3 2页 ) 未来 l O 年， 随着天然气被开发利用， 浮式 L N G 2 江 涛 ，孙 俊 才 _?孚 式L N G 接 收 终 端( F S R U ) 靠 泊 方

29、案 及 码 头 设 计 研 将大规模被开发，我国将在渤海湾，珠三角， 长三 g fo 大 连 ；大 连 海 事 大 学 ，2 0 1 2 角陆续建造，浮式 L N G终端 。 绍 平， 张 奕 ， 等浮式L N G接 收 终端 技术 及发 展fJ 航海技 浮式 L N G技术也会被F L N G所替代， 但按照现 4 式L N G 接 收 终 端 技 术 与 应 用 中 山 大 学 学 报 在目前技术条件看，还将有一段漫长的时间。 论 丛 ，2 0 0 7 ，2 7 (2 ) ：4 7 - 5 4 文 献 ： 拣L N升质Gj 铁ls 1 意 鬈 展 及 其 对 我 1 赵文华， 杨建民，胡志强， 等 大型浮式液化天然气开发系统关键技术 。 。