燃氣管道穿越河流搶修施工技術(新版)

燃氣管道穿越河流搶修施工技術(新版)燃氣管道穿越河流搶修施工技術(新版)Safetytechnologyisguidedbysafetytechnology,basedonpersonnelprotection,andanorderlycombinedsafetyprotectionserviceguaranteesystem.Safetytechnologyisguidedbysafetytechnology,basedonpersonnelprotection,andanorderlycombinedsafetyprotectionserviceguaranteesystem.(安全技術)單位：_______________________部門：_______________________日期：_______________________本文檔文字可以自由修改燃氣管道穿越河流搶修施工技術(新版)備注：安全技術防范是以安全防范技術為先導，以人力防范為基礎，以技術防范和實體防范為手段，所建立的一種具有探測、延遲、反應有序結合的安全防范服務保障體系。備注：安全技術防范是以安全防范技術為先導，以人力防范為基礎，以技術防范和實體防范為手段，所建立的一種具有探測、延遲、反應有序結合的安全防范服務保障體系。敷設地下燃氣管道時，常需穿越河流，其施工工藝根據(jù)施工現(xiàn)場條件而定。目前一般采用的施工方法為架空跨越和水下敷設兩大類。

一、架空跨越法

穿越河流的管線從水面上架空而過，適用于附近有橋梁或河流較狹窄的情況。

架空跨越可分：附橋架設法、管橋法和拱管法等三種類型。

1．附橋架設法

由于城市地下燃氣管道一般敷設于公路旁，在穿越河流時即可依附于公路橋梁兩邊架設，故也稱“橋管”。該方法在施工中最為常見。

(1)橋管安裝位置橋管安裝位置一般由橋梁管理部門指定。一般布置如下：

①新建橋梁預留的管孔內(見圖2—9—26)。

圖2—9—26架設在橋梁上的預留孔

②原有橋梁無預留孔而需擱置在特制鋼架上(見圖2—9—27)。

(2)吊裝荷重計算有關管道架空繞度計算參閱第三章。橋管繞度的平衡安裝見圖2—9—28。

由于鋼管的吊裝在離水面數(shù)十米的高空進行，與陸地上正常施工相比應增加吊裝安全因素。

計算最大吊件質量的方法與鋼管施工同。根據(jù)吊裝的落點、吊機停放位置的距離，選擇吊機類型。為確保吊機操作時的穩(wěn)定，應考慮吊臂與水平仰角為60。。吊機停放位置應選擇在平整的場地，距離橋欄桿應大于一米。

吊機選定后應將吊裝時的總荷重與該橋梁的載荷作校核，滿足下式才可施工：

∑m＜F；∑m=m1

+m2

+m3

式中m1

——鋼管質量(噸)；

m2

——吊機質量(噸)；

m3

——工具、操作人員的質量(噸)；

F——橋梁載荷能力(噸)。

當∑m＞F時可采取加鋪鐵板使載荷分散或移動吊機停放位置等方法來彌補。

圖2—9—27鋼管過橋架空安裝示意圖

1—橋樁；2—鑲接鑄管；3—絕緣玻璃布瀝青(離地面700毫米以上)；4—支墩；

5—波形管托架；6—固定半圓環(huán)；7—波形管；8—橋欄桿；9—橋燈

(3)操作順序橋管施工應由專人負責指揮，吊裝按照先橋上后橋下的順序進行。吊裝中應遵守安全規(guī)程，按預先制訂的施工方案實施。

①根據(jù)撓度計算的數(shù)值，在地面平臺上完成直管部分拼裝焊接(跨距大的河流可分若干段)。

②直管部分吊裝就位時，為防止鋼管扭轉(特別稍帶拱形的鋼管)，應采用“八字型”雙索吊裝。為減少架空焊接量，吊裝長度應根據(jù)吊機荷重選擇最大值。吊裝的直管用抱箍加以固定后，方可拆除吊裝繩索。較窄的河流，直管部分可以一次吊裝完成。較寬的河流可分若干段，在支架上拼接，但必須引放樣線，使各段拼接的直管保持同心。

圖2—9—28較大跨距橋管繞度的平衡安裝

③除較窄的河流外，一般橋管均需安裝溫度補償器。

補償器應設置于直管部分，為水平安裝。補償器的兩側鋼管應設支架，或預先制作托架作支點。目前橋管上廣泛采用“波形補償器”。

④分別用放樣線定出橋管和岸管的軸線，丈量出垂直距離，根據(jù)盤彎角度，計算出兩側引管具體尺寸，在地面平臺上制作成雙彎管配件(丈量方法見本章前述)，然后分別吊裝至橋管兩端拼接。

在口徑較小(一般φ5300毫米以下)、長度較短(一般10米左右)的情況下，橋管和引管可在地面上拼接為整體一次吊裝就位，可避免架空拼焊量，提高工效。

⑤與岸管鑲接應在最后階段進行。引管的岸側直管部份長度應大于200毫米，并砌筑混凝土基礎為支點，以防橋管載重引起下沉。

⑥除銹、防腐。清除鋼管表面鐵銹，涂二度底油漆，(大部分可預先在地面上完成)。引管的埋地部分防腐應采用外包玻璃布和瀝青(三油二布)，并延伸至地面上20厘米。

2．管橋法

當?shù)叵鹿艽┰胶恿鲿r無橋梁依附或有橋梁但無條件供管道架設時通常采用打樁、架空的穿越施工。這種方法稱“管橋法”。

(1)按照穿越管道的軸線位置定出管橋樁的定位直線，并根據(jù)設計要求確定打樁點，完成打樁。管橋樁橫梁上應預埋抱箍螺釘。

(2)由于無橋梁依附，管道拼接將在河流某一岸進行。由于吊機無法?？?，使吊裝就位發(fā)生困難，施工中采用牽引方法將管道拖移就位。因此，施工前必須在河岸選擇好橋管拼接位置，并制作好“拼裝平臺”，在“平臺”的對岸打樁(地錨)，安裝電動卷揚機。

牽引設備的牽引力的驗算式為：

Q＞N；N=PfK

式中Q——牽引力(牛)；

N——牽引載荷(牛)；

P——牽引管道所受的重力(牛)；

f——摩擦系數(shù)，鋼與土壤取0．4；

K——起動系數(shù)，取2。

(3)在較狹的河流上施工時，一般采用移動吊裝法。根據(jù)測量所得尺寸在河岸“平臺”上將“管橋”整體全部制作完成，兩端封口，然后啟動設置在對岸的牽引設備，將“管橋”移至水中，并借助于水的浮力將管橋的一端浮運至對岸，然后在兩岸各設一臺吊機同時協(xié)調起吊至“管橋樁”上就位，并隨即用抱箍加以固定。

(4)在較寬河流上施工時，由于跨度大“管橋”無法整體吊裝，可采用“浮運吊裝”法(見圖2—9—29)。

圖2—9—29過河橋管浮運起吊法安裝示意圖

1—滾動活輪組；2—吊車；3—船吊設備；5—敷沒鋼管；6—駁船；

7—鋼管安裝座；8—鋼筋混凝土管樁；9—牽引鋼繩；10—吊車；11—卷揚機；12—地錨

在河岸設置操作平臺，并安裝滾動活輪組。于河對岸打“地錨”，安裝電動卷揚機和滾動活輪組呈一直線。并選用小型駁船，在船上搭建平臺，其高度與河岸平臺呈同一水平(以吊裝時水位計)。

操作時，先將鋼管吊至活輪組上組裝焊接(活輪組可視現(xiàn)場條件設若干組)，完成后運用對岸牽引設備，將已組裝的鋼管往對岸方向移動，并將移至河中鋼管擱置于駁船平臺上，并加墊塊將鋼管調整至水平位置，再往鋼管下墊入木板或橡膠板，防止滑動。然后啟動卷揚機牽引鋼管，利用駁船的浮力即可很方便、平穩(wěn)地將鋼管逐漸移動。與此同時，在河岸的平臺上逐段組裝鋼管，依次逐段進行，當橋管全部組裝完成后，按圖示要求運用河二岸停放的吊機，將鋼管吊裝至橋樁上就位。如：二臺吊機荷重無法承受，則可在河流中設“浮吊”配合吊裝。

3．拱管法

拱管法是將穿越河流的等截面鋼管預制成拱形管，然后整體安裝。

拱管必須驗算其抗彎強度，主要考慮其空間穩(wěn)定性，因為風力吹動使管產生較大的扭矩?？諉柗€(wěn)定性可用對拱管的矢跨比進行驗算：

式中f——拱管高度(米)；

l——拱管彎曲長度(米)。

當管自重和風載較大時可采用較小的矢跨比，但溫差較大地區(qū)用較大的矢跨比。

為減少引管扭轉應力，拱管兩側應砌筑牢固的混凝土基礎并加抱箍(見圖2—9—30)。

拱管跨度大，可以不必設管橋樁，但安裝困難，只能在局部地區(qū)選擇使用。

圖2—9—30拱管法安裝示意圖

二、水下敷設法

當穿越河流的管道因水上航道限制而無法采用架空跨越方法時，則采用“倒虹吸管”方法在河底土層中埋設穿越。在水下敷設管道比架空跨越施工難度高，必須編制完整的施工方案，并報請航運部門批準和支持。

1．施工準備

水下管敷設涉及到較復雜的施工技術、安全機具等問題，施工前應按照設計要求作好充分的準備工作。

(1)核對施工地區(qū)河流的水文地質資料

①測量穿越河流的水位，并了解歷史最高水位。

②測定穿越點河流流速。河底流速一般取河面流速的0．85～0．9。

③在河流兩岸鉆孔取樣，了解河底的土質情況。

(2)施工方法選擇

①水位較低、流速較慢、土質較好的允許封航的中小型河流宜用“圍堰法”施工。

②水位較高、流速較快、沒有條件封航的中小型河流可采用“浮運下沉法”施工。

③大型河流、沒條件封航的中型河流可采用“頂管施工法”。

(3)穿越施工點的確定

①管位在符合設計要求的前提下，穿越點應選擇在河流平直、水流平緩、河底平坦、河床穩(wěn)定、地質構造單一、兩岸具有較寬闊漫灘，和具備操作場地的河段。

②下列地帶不宜穿越沙灘或淺水灘：橋梁上游三百米，下游一百米之內的地區(qū)，船只可能停泊下錨處，沿岸建筑物和地下管線密集、無施工場地的河段。

(4)施工時間的選定

根據(jù)掌握的航運資料和水文資料，將施工時間安排在雨水少、河流枯水期、航運淡季時，可減少人力、物力，增加工程的可靠性。

2．河底溝槽開挖

(1)圍堰法在待穿越水下管線兩邊，堆筑臨時堤壩，阻擋水流并排除堤壩間的積水。然后開溝敷管，回墊覆土。此方法簡單，需要設備少，但是必須在斷航下施工，有一定的局限性。

圍堰的種類較多，常見有土圍堰、草土混合堰、木排(槽鋼)樁圍堰和草麻袋圍堰等方式。詳見圖2—9—31。

圖2—9—31各種河底圍堰示意圖

1—石塊竹籠；2—粘土草包防沖層；3—粘土草包護層；4—砂質粘土；5—石塊護腳；

6—鋼板；7—槽鋼樁；8—土質堰體；9—滿布鉛絲繩：10—敷設管道；11—草(麻)包

粘性土；12—敷設管道；13—散草；14—捆草；15—粘性土壤

①土圍堰采用含有卵石的砂質粘土料堆成梯形并夯實，水流急時外層用粘土草包和石塊保護，防止水流沖涮。此方法簡單，在流速小、河流狹窄情況較適用。

②草土混合堰由草捆與粘土相問堆壓而成。草呈柔性以抗水，受土荷重而密實，有很穩(wěn)定的抗?jié)B性能。造價低廉、施工方便，適于水深在6米內，流速小于3米／秒的河流中。圍堰土和草的體積比為1：1．5左右，堰體底寬取水深4～5倍為宜。

③槽鋼(木排)樁圍堰用槽鋼樁或木樁打入圍堰兩側，間距為一米左右，入土深度視水深和流速而定。圍堰兩側用鐵板封閉，填土夯實。

由于填土量比土圍堰、草土混合堰少，一般適用于水深3米、流速2米／秒的河流。

④草(麻)袋圍堰在草(麻)袋中裝入松散粘性土(裝填量為袋容量的2／3)，堆筑于圍堰兩側，中間加砂質粘土。適用于水深3～5米，流速為1～2米／秒，河床不透水場合用。

各種圍堰構筑要求詳見表2—9—5。

表2—9—5各種圍堰構筑要求

分類

填料

頂寬(米)

邊坡

臨水面

背水面

土圍堰

草土混合堰

草(麻)袋圍堰

鋼(木)樁圍堰

松散粘土、砂粘土

粘性土及草

草袋、粘性土

粘性土

2～4

1～2

2～2.5

0.8～1.5

1:2～1:3

1:2～1:3

1:1～1:0.5

1:0

2:3～1:2

2:3～1:2

1:0.5～1:0.2

1:0

(2)水下開掘溝槽帶水開掘河底溝槽的操作既困難，又費時，當水深超過0．7米時用人工一般無法操作，則需采用機械來開挖。操作中必須隨時測量，以防水下溝槽超深。開挖方式可選用以下四種：

①拉鏟開挖(見圖2—9—32)拉鏟是鋼制的底部有齒狀鏟刀的鏟斗，在前后系上鋼絲繩經過滑輪引至卷揚機。操作時啟動卷揚機來回牽動拉鏟開挖河底溝槽。用此方法開挖溝槽．其底部成弧形，無法保持平整。

圖2—9—32水下拉鏟開溝示意圖

1—雙鼓輪絞車；2—尾塔拉繩；3—豎桿；4—曳引繩；5—曳引尾繩；

6—豎桿；7—尾塔拉繩；8—拉鏟

②采用挖泥船開溝挖泥船的類型根據(jù)土質選定。各類粘性土壤可選用絞吸式挖泥船，抓斗式挖泥船或輪斗式挖泥船。非粘性土壤可選用吞口式挖泥船。

③采用水力吸泥器或空氣吸泥器水力及空氣吸泥器的作用原理和射流泵一樣，是利用高壓水或壓縮空氣通過一個噴嘴，在管內造成負壓產生吸力將泥砂送出水面(圖2—9—33)。

這種方式適用于砂性土壤。對于粘土或較堅硬的土壤應配備射水裝置，先碎土、再吸泥，也同樣達到較好的效果。

④爆破開溝適用于基巖河床的水下開溝以及不適宜機械開挖的軟性土層。爆破法無需大量機具和人工，施工期較短，對于小型管道的水下溝槽，爆破后即成溝型。對于口徑較大的管道溝槽往往是采用爆破和其他方法配合進行，先爆破起松后，再用其他方法開挖。

(3)水下管道敷設

①河底拖運敷設當密封管體的自重大于水的浮力時，將自然下沉至河底。施工時先測量已開挖溝槽位置，在河岸邊預先把穿越管道拼裝成整體，然后通過對岸的牽引設備拖運至河底溝內。

牽引設備應與拖運管道保持較小的高差，設于水下管道軸線上。此方法一般適用于口徑小于φ400的鋼管。

圖2—9—33水力吸泥器工藝流程

1—泥漿吸口；2—擋石鋼罩；3—高壓水進口；

4—噴嘴；5—混合室；6—吸泥管；7—噴泥管；

8—泥漿噴出口

②浮運下管當密封管段的自重小于水的浮力時，可采用浮運下管方法。

施工前將穿越管道預制成整體，并在河的兩岸，用牽引設備將管段漂移至水下溝橫的上方位置，然后往管段內灌水使其沉入水底溝槽中。由于在往管段內灌水過程中，管段會產生不均勻下沉，因此灌水過程應緩慢、均勻，應考慮若干個進水點和排氣孔。

圍堰法敷設管道比帶水敷設方便得多，與陸地上施工的主要區(qū)別是吊裝設備無法進入圍堰地區(qū)，所以一般采用河底拖運法施工，可以整體拖運至溝內，也可以逐段拖運、拼裝。

對于中小型河流水下管道敷設，一般采用圍堰法開溝敷管。帶水開溝敷管不僅施工困難，而且工程質量難以保證，應盡量少用。

(4)水下管道敷設要求水下管道是由河底管和引管二部分組成的倒虹吸管(圖2—9—34)。

圖2—9—34過河倒虹吸管安裝示意圖

1—鋼筋混凝土工作坑；2—集水井；3—排水管；4—倒虹吸雙管；5—波紋管；

6—水坑；7—支座；8—閥門；9—水井梗

①當河底管選用雙管時，兩管之間應保持50毫米間距，以利檢修。河底管敷設深度0．8～1．5米。為防止管道不均勻下沉，應保持較大坡度，一般選用10％以上，管道坡向成弧形。水井一般位于河床中間，有條件時應盡可能安裝在臨近河岸的位置。水井梗安裝于河底管內部，延伸至河岸操作室內。

②在完成河底部分管道敷設后再安裝引管(河岸部分)。

河流兩岸引入管均設操作坑?？觾仍O抽水泵、閥門和波形補償器，然后連接Y型三通管合并為一根管道與岸上地下管連通。

③因水下管道檢修難度大，對河底管道的強度和防腐應作特殊處理。

(a)鋼管焊縫(特別是環(huán)向焊縫)必須嚴格按照二級以上焊接規(guī)程要求進行，對每條焊縫必須進行無損探傷和X光拍片檢查。最后進行氣密性試驗，試驗氣壓應按正常數(shù)據(jù)提高一倍。河底管道多數(shù)整體牽引敷設，會產生對環(huán)向焊縫的彎曲應力集中，故應作加強措施。在環(huán)向焊縫外壁均布加強筋(圖2—9—35)，效果較為理想。加強筋的鋼材應與鋼管材料相同。

加強筋的數(shù)量至少四條，隨鋼管口徑的增加而相應增多。

鋼管環(huán)向焊接處的加強筋不僅用于河底管，同樣可以使用于其他地下鋼管中。各種口徑鋼管配筋數(shù)參見表2—9—6。

表2—9—6常用鋼管加強筋板數(shù)量

公稱管徑(毫米)

φ200

φ300

φ400

φ500

φ600

φ700

φ800

φ900

φ1000

加強筋板(條)

4

4

5

6

7

8

9

10

12

圖2—9—35河底管加強筋板焊接示意圖

(b)鋼管的防腐絕緣層。應選用四油三布加強處理，表面均應電火花測試合格。水井梗的防腐要求與鋼管相同。

(c)水下管道敷設后溝槽的回墊土比較松軟，存在著較大空隙，加上竣工后由于河水流動、沖刷，將大大減少管線表面的蓋土層，帶水敷設回墊土的效果更差，因此水下管道的防浮處理顯得十分重要。據(jù)國外有關資料介紹，水下管道的破裂大多數(shù)是由于管道荷重不夠，管道上浮而產生的。

考慮到水下回墊土層的不穩(wěn)定，所以一般埋設深度應大于河底沖刷以下0．5米位置；同時必須附加重塊防浮。驗算中可將覆蓋土層荷重忽略不計，作為安全因素。附加重塊可按下式計算：

P=K(q+p)／g-Q

式中P——單位長度管道上的附加重塊的質量(公斤／米)；

Q——單位長度管道在空氣中的質量(公斤／米)；

q——單位長度管道密封狀態(tài)下浮力(牛／米)；

p——單位長度管道上附加重塊浮力(牛／米)；

g——重力加速度(米／秒2

)；

K——安全系數(shù)取1．2～1．5(水流湍急采用較高數(shù))。

附加重塊可用鑄鐵或鋼筋混凝土制成馬鞍式或鉸鏈式平衡塊(見圖2—9—36)。用此種附加重塊穩(wěn)管較簡便，但由于數(shù)量不多容易產生應力集中，而且不能很好固定于管道表面，對于水流急、河床不穩(wěn)定地區(qū)不宜使用。

圖2—9—36馬鞍式及鉸鏈式河底管道平衡塊

也可在回墊土層上用水泥(配鋼筋)灌注成連續(xù)覆蓋層。此種方法對管道載荷均勻，但施工較為困難。也有采用鋼制框架穩(wěn)管或用抱箍穩(wěn)管(詳見第9章安全施工技術)。

(5)頂管施工在穿越水流急、寬度大、航運繁忙的江河時，目前較多采用頂管施工法。由于頂管施工可避免與河流直接接觸，施工時不受航運干擾，因此逐步為穿越大中型江河的主要施工形式。頂管施工示意圖見圖2—9—37。

圖2—9—37外加套管頂管法示意圖

1—套管；2—敷設管；3—鋼筋混凝土工作坑；4—集水井；5—集水坑；6—水井梗

3．大跨度管橋施工法

當受到河流船舶通行，管橋的支墩的設置受到局限，其跨距較大，無法滿足穿越鋼管的強度和剛度要求，此類稱之為大跨度管橋可采用以下施工方法：

(1)擴大管徑或增加壁厚：

此方法目的是增加鋼管的強度，方法處理簡便，但因管材增加和支墩的擴大，所以費用增加較大。

(2)增設管隴(木行架)

根據(jù)跨距，設計和制作方型的鋼制木行架(俗稱管隴)，安裝于支墩上，隨后將鋼管穿越木行架內。

此方法施工方便，但鋼制木行架制作安裝費用較高。

(3)采用斜拉法(雙塔或單塔)

此工藝來自斜拉橋結構原理，在管橋中間或二側設置強度較高的水下支墩，引出水面，并在支墩上安裝豎向木行架，二面或單面引出斜拉鋼索，牽引住管橋(參見圖2—9—38)。

圖2—3—38管橋雙塔斜拉結構示意圖

1—管橋椿；2—補償器；3—套筒；4—調整套；5—斜拉架；6—避雷針

(4)采用“增大管道慣性距”施工方法

“增大管道慣性距”是上海煤氣公司近年來開發(fā)的新技術，通過對大跨度管橋鋼管上下兩側焊接“槽鋼簡易方法，增大鋼管的“慣性距”，提高鋼管的剛度，燃氣管橋安裝必須符合管道(鋼管)的強度和剛度二個條件。

管橋的強度條件應符合下式要求：

式中L——架空管道跨距(米)；

[σ]s——許用彎曲應力(兆帕)；

Z——管道的斷面系數(shù)(厘米3

)；

φ——焊縫系數(shù)(碳素鋼，單面焊取φ=O．8，雙面焊取φ0．9)；

K——彎距系數(shù)的倒數(shù)(端跨K=8，中問跨K=10)；

q——計算荷載(管道自重+雪重+風載荷載引起的力)(牛／米)。

管橋的剛度條件(坡度)應符合下式的要求：

式中i——架空燃氣管道的坡度；

a——計算荷載(牛／米)；

L——架空燃氣管道的跨距(米)；

E——管道材料的彈性模量(兆帕)；

J——管道斷面慣性矩(厘米4)。

強度條件是指鋼管及焊口在受管內燃氣壓力和外力影響狀態(tài)下，保持足夠的強度。而剛度為鋼管抗彎曲的能力。為確保管橋保持良好的剛度。

從上式中，可知，增加慣性距(J)而不增加鋼管重量(q)，是提高管道(鋼管)剛度的有效途徑。

此工藝可操作性強，造價低廉，施工前先按上式計算，選定擬架設鋼管上下兩側全部增加的加強“板筋”(一般選