管道工程河流顶管技术难点的解决措施 3页

2009钲麓技术5设各2009第1期PipelineTechniqueandEquipmentNo．1管道工程河流顶管技术难点的解决措施刘罡，步海洋，杨子峰(1．中国石油管道公司沈阳调度中心，辽宁沈阳110031；2．CPPE东北分公司，辽宁沈阳110031；3．中国石油管道公司长春输油气分公司，吉林长春130062)摘要：分析了给川气东送管道工程河流项管施工带来影响的几种因素，提出了相应解决措施，为河流的顶管穿越提供可行的方案和施工方法，很好地解决了顶管施工中的一些技术难题，特别是洞口止水措施及套管的严密封堵。止水措施使施工安全有序地进行，加快了工期，套管的严密封堵为日后的安全运行提供了保证。关键词：管道工程；河流；顶管；穿越；技术难点中图分类号：TE973．4文献标识码：B文章编号：1004—9614(2009)01—0056—030引言泥水平衡式顶管方式是以含有一定量黏土且具国内的现代穿越顶管技术起步较晚，技术发展和有一定相对密度的泥浆水充满掘进机的泥水仓，并对国外有较大的差距。但是，该技术在国内有巨大的市它施加一定的压力，以平衡地下水压力和土压力的一场需求，西气东输黄河顶管工程，顶管长度2．3km．近种顶管施工理论。按照该理论，泥浆水能在挖掘面上几年来，随着管道行业的发展，顶管设备也随之更新，形成泥膜，以防止地下水的渗透，然后再施加一定的兴起了以土压平衡法和泥水平衡法为主的先进的顶压力就可以平衡地下水压力，同时也可以平衡土压管施工方式。力。施工时由循环泥水将残土带走。川气东送管道工程主干线在浙江省内需多次穿顶管穿越施工中，套管的选择主要由两种：钢筋越中小型河流，且工程管径大，设计压力高，工期要求混凝土套管和钢套管。钢筋混凝土套管主要用于距紧，施工难度大，质量要求高。离较短的顶管施工，且其防腐施工较为简便；钢筋混文中分析了给河流顶管施工带来影响的几种因凝土套管接口形式，主要可分为企口型、T型接口和F素，针对各影响因素提出了相应措施，为河流的顶管型接口，其中F型接口的密封性能最好。基于以上考穿越提供可行的方案和施工方法。虑，该工程顶管选用了F型钢承插口式钢筋混凝土套1选择顶管穿越的理由管，套管执行标准JC／T640—1996，规格为DRC2m顶管穿越的优势主要有以下几个方面：无需隔断(内径)X0．2m(壁厚)×2m(外径)GIIIA．交通；对施工周围的影响很小；可以在很深的地下敷顶管施工分为套管的顶进和主管道的安装，主要设管道；可穿越障碍物；可以安全穿越河流、公路、铁工艺流程见图1。路；噪音以及振动都很小。主管道安装的主要工艺流程见图2。另外，施工现场位于水网地区，且多数河流都通2．2顶管穿越难点技术分析航或有航道拓宽升级规划，若采用定向钻技术，因主顶管穿越河流的施工难点主要有：工作坑和接收管道口径大，定向钻一次穿越的最小距离都在500m坑的尺寸及制作；工作坑和接收坑的降水措施；顶管以上，不但成本高，而且受场地限制。因此，为了保证过程中的纠偏技术；长距离顶管的顶进阻力；顶进过河流的正常通航，只有采用顶管方式穿越河流。程中各部位的防水措施；套管的严密封堵。2顶管穿越工艺流程和难点技术分析2．3主要影响因素的确定2．1顶管穿越的设备和工艺流程随后技术人员对以上几个施工难点进行了认真目前，河流顶管的施工承包方都采用了现在国际的分析，并对末端原因进行分析确定，见表1。上比较流行的泥水平衡式顶管掘进机进行河流顶管3施工方案及施工措施的施工。工程技术人员根据质量管理体系要求，进行质量控制及管理，并最终针对以上要因制定了相应的对策。收稿日期：2008—11—03收修改稿日期：2008—12—03\n第1期刘罡等：管道工程河流顸管技术难点的解决措施57进机的始发场所。工作坑还须承受主顶油缸顶进的工作井位置放样，基坑开挖Il接收井位置放样，基坑开挖反作用力。工作坑的施工成本，尤其当埋深较大时，工作井的制作Il接收井的制作在总成本中占有很大的比重。为此，国外的很多厂商都试图最大限度地减小顶进设备的尺寸，以减少工作}井下测量放样l=二二][=坑的尺寸。安装主机架及主顶装置——=I][=一工作坑的宽度主要取决于套管的外径、套管两侧进洞l的操作空间及支护设施的厚度。顶进机的顶进，安装套管B=D1+26+2c式中：D为顶进管的外径，D=2．4m；b为套管两侧管节顶进的操作空间，根据管径的大小、操作工具及设备的吊顶完第一节管，吊下一节管装需要而定，该工程可取3m；c为支护设施的厚度，C管节安放拼装=0．2m．——了一经计算，B=8．8m，再考虑到其他未知因素，工作坑的宽度可取10m．依次循环直至套管顶工作坑的长度主要取决于顶管管节的长度、顶进图1套管顶进的主要工艺流程图设备的长度、后座墙的厚度等，但考虑到钢管需在工I±堡I工作井形成作坑内组对焊接，因此工作坑的长度应大于每节钢管的长度，即大于12in，因此工作坑的长度可取15in．设备安装二二接收坑的宽度可以与工作坑相同，为10m，而接[●]顶进收坑的长度只需接收顶管掘进机或工具管即可，尺寸二[顶管完成可比工作坑小，长度最终确定为10m．工作坑的深度应根据水文情况来确定。工作坑套管封堵及接收坑的制作应根据水文地质资料选择施工工艺，电火花检测回填及地貌恢复该工程所处地区地质条件较好，因此可采用钢板桩式工作坑和接收坑。它施工成本低，构筑比较容易且施图2主管道安装后主要工艺流程图工速度快。表1主要影响因素确定3．2工作坑和接收坑降水及支护措施3．2．1工作坑和接收坑的降水措施由于地下水位较高，而多处河流顶管的工作坑和接收坑的深度均要在12m以上，如果不采取有效的降水及支护措施，很难保证工作坑和接收坑内的安全。采用井点降水的方式，将地下水降至施工平面以下0．5～1．0rn．施工中还应加强抽水，并且避免在雨季施工，防止雨水和地下水向工作坑及接收坑中渗漏。3．2．2工作坑和接收坑的支护措施开挖工作坑和接收坑时，先放样，然后按照钢板桩的走向挖一条深约0．5m的地槽，钢板桩沿已挖好的槽打成所需的形状。由于该次工程中地层的渗透系数比较大，钢板桩打好以后还应在其~'l-fl01m处打一圈井点，用以降低地下水，当井点的水位降到预定水位以后，3．1对工作坑和接收坑的尺寸确定就可以挖坑内的土，当土挖到地表下0．8m左右时，应顶管施工虽不需要开挖地面，但工作坑和接收坑对钢板桩坑设置第一道支撑，支撑可以使用框形，四个必须开挖，工作坑和接收坑的尺寸要在满足施工条件角加45。的斜撑。以后每挖到1～1．5m就设置一道支的情况下，更加经济合理。撑，考虑到河流顶管穿越中工作坑和接收坑的挖深较工作坑是安放所有顶进设备的场所，也是顶管掘大，应在框架的中间设置一道支撑，如此一直挖到底面\n58PipelineTechniqueandEquipmentJan．2009为止。在距离坑底板0．3m处设置最后一道支撑，在基压F不渗水。础和底板浇注以后，把此道支撑拆除。3．4套管的严密封堵3．3顶进过程中各部位的防水措施如果套管空间密封不利，地下水位很容易进入套由于该工程顶管埋深大，地下水压力高，土壤层管空间，从而对套管内的管道产生浮力，使管道受到的渗水系数大，如果止水不好，不仅设备安全无法保破坏。河流顶管不同于公路、铁路顶管，由于公路、铁障，而且会造成施工的安全隐患。所以，应针对不同路顶管套管埋深一般较浅，地下水位不宜进入；而河的部位采取不同的止水措施。流顶管套管埋深很大，地下水位很高，封堵不严就很当采用钢板桩支护时，在套管顶进前方的竖井容易使套管内部渗进地下水。内，用C25的素混凝土浇注一道厚0．5m、高3．5m、宽普通的公路、铁路顶管的封堵一般采用MU10红5．0m的前止水墙。当地质条件较差，钢板桩之问的砖，MlO水泥砂浆砌筑，再用沥青麻丝封堵防水。而咬口封不住泥水时，止水墙的宽度与竖井的宽度一河流顶管对封堵严密性的要求要远高于公路、铁路顶致。止水墙施工完毕后，应在止水墙预留孔内安装橡管，因此最后决定该次工程套管两端封堵采用双层密胶止水圈。如是方形的钢筋混凝土竖井，则不用设前封，即砌筑两道红砖墙。止水墙，直接在预留孑L内安装橡胶止水圈；若是圆形为了防止双层封堵措施不能完全保证套管空间的钢筋混凝土竖井，则必须浇注一道弓形的前止水的严密性，采用了在管道上浇注混凝土，并在套管空墙，使洞口止水圈能够安装在平面上。间内部分均匀地填入素土，套管两端采用双层封堵的该工程中，工作井内必须设置2道洞口止水圈，前方法，保证了管道的稳定，有效地防止了套管空间地一道止水圈为充气式洞口止水圈，后一道为普通式的下水的进入，保证了管道的安全运行。洞口止水圈，前一道止水圈平时与套管不接触，当后4结束语一道洞口止水圈损坏或需要更换时，这时前一道洞口经过设计及施工技术人员的攻关，很好地解决的止水圈充气，起止水作用，等后一道洞口止水圈更换河流顶管施工中的一些技术难题，使施工安全有序地完后，再将前一道洞口止水圈的气放掉。进行，加快了工期。套管顶进过程中没有出现任何渗洞口止水圈橡胶质量要求：拉伸量>300％，肖氏水事件，基坑稳定，封堵工作也十分顺利。顶进完成硬度在50±5范围以内，同时还应具有一定的耐磨性后，轴线偏差仅为0．3m，不超过顶进长度的1．0％。和较大的扯断拉力。施工完成后，经验收，焊接、试压等各项技术指标均符该工程所用的套管接口形式为F型钢承插口式，合《输气管道工程设计规范》及《油气长输管道施工及两套管之间的钢承口密封材料选用遇水膨胀橡胶，遇验收规范》等国家标准及行业标准的要求。水膨胀率t>250％，钢承口密封性能为在0．20MPa水(上接第55页)都有很强的结合能力。外层与二层结胶粘带、环氧粉末、聚乙烯夹克等，与石油、煤焦构聚乙烯防腐层中的聚乙烯性能要求相同。表4为三油体系材料相比具有强度高、弹性好、耐撞击、化层结构聚乙烯防腐层各层的作用。表5为三层结构聚学性能稳定、吸水率低、电绝缘性能好、便于实现乙烯防腐层的构成。机械化作业的特点。表4三层结构聚乙烯防腐层各层的作用表5三层结构聚乙烯防腐层的构成性能主要功能层性能主要功能层耐化学性底层柔韧性底层、中间层、外层耐应力开裂外层机械性能中间层、外层绝缘性底层、中间层耐候性外层抗剥离底层、中间层、外层耐紫外线外层耐磨性外层抗阴极剥离底层7结束语需要强调的是，在油气管道防腐中，不存在最佳综上所述，各类防腐层特点各有不同，有的机防腐层问题，而应根据具体情况，如管道的状况、环境械强度差，有的针孑L率高、有的补口困难等，但总条件、施工方式、气候因素来选择最经济合理的防腐体来说，一些性能很好的塑性防腐材料，如聚乙烯层。