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地下燃气管道特殊施工

第一节　燃气管道穿越河流施工

敷设地下燃气管道时，常需穿越河流，其施工工艺根据施工现场条件而定。目前一般采用的施工方法为水下敷设和架空跨越两大类
一、水下穿越工程
1. 穿越点的选择
穿越点的选择应考虑线路走向以及不同的穿越方法对施工场地的要求。穿越点宜选择在河流顺直 , 河岸基本对称，河床稳定，水流平缓，河底平坦，两岸具有宽阔漫滩，河床地质构成单一的地方。不宜选择在含有大量有机物的淤泥地区和船泊抛锚区。穿越点距大中型桥梁（多孔跨径总长大于30m）大于l00m，距小型桥梁大于50m。
穿越河流的管线应垂直于主槽轴线，特殊情况需斜交时不宜小于60º。
2. 穿越工程的设计内容
在选定穿越位置后，根据水文地质和工程地质情况决定穿越方式、管身结构、稳管措施、管材选用、管道防腐措施、穿越施工方法等提出两岸河堤保护措施，并绘制穿越段平面图和穿越纵断面图。
3. 敷设方式
(1) 裸露敷设
裸露敷设运用于基岩河床和稳定的卵石河床。管道采用厚壁管、复壁管或石笼等方法加重管线稳管，将管线敷设在河床上。裸露敷设不需挖沟设备，施工速度快，缺点是管道直接受水力冲刷，常因河床冲刷变化后而引起管线断裂；在浅滩处石笼稳管影响通航；常年水流中泥砂磨蚀也可能造成管线断裂。裸露敷设只适用于水流很慢、河 床稳定、不通航的中、小河流上的小口径管线或临时管线。
(2）水下沟埋敷设
采用水下挖沟设备和机具，在水下河床上挖出一条水下管沟，将管线埋设在管沟内。开挖机具有拉铲、挖泥船，当采 用水力气举开沟时还可采用水泥车和高压大排量泵。对于中、小型河流或冬季水流量很小的水下穿越也可采用围堰法断流或导流施工。围堪法施工将水下工程变为陆上施工，可采用人工开挖或单斗挖沟机、推土机开沟。
沟埋敷设应将管道埋设在河床稳定层内。沟槽开挖宽度和放坡系数视土质、水深、水流速度和回淤量确定，当无水文地质资料，采用水下挖掘机具时可参照表5-1选定沟底宽度和边坡系数。
开沟务须平直，沟底要平坦，管线下沟前须进行水下管沟测量，务必达到设计深度。
4. 燃气管道河底穿越
燃气干管穿越主要河流宜双管敷设，每条管道的通过能力应为设计流量的75%。若燃气管网已形成环路，或有其他 措施保证管道故障检修时的供气，可敷设单管。燃气管道采用倒虹吸管形式穿越河流。应尽可能从直线河段穿越并与水流轴向垂直，从河床两岸有缓坡而又未受冲刷，河滩宽度最小的地方穿过。
水下管沟尺寸　　　　　　　　　　　　　　表5-1
土质名称
沟底最小宽度/m
管沟边坡
沟深<2.5m
沟深≥2.5m
淤泥、粉砂、细砂
亚砂土、中砂、粗砂
砂土
砾石和卵石土
岩石
+2.5
1：3.5
1：5.0
+2.0
1：3.0
1：3.5
+1.5
1：2.0
1：2.5
+1.2
1：1.5
1：2.0
+1.2
L：0.5
1：1.0
注：为输气管公称直径，m。
河底管道的埋设深度，应根据水流冲刷条件、河道疏泼、投锚深度 要求和管道的稳管要求而定。对不通航或无浮运的水域，经管理部门的同意，采取措施后可减小管道的埋设深度。水下管道的稳定措施必须根据计算确定，一般应有足够厚度的覆盖层，或加钢筋混凝土重块，或浇 灌混凝土套管抗浮。
往水下管沟底直线下放长的管段时，管子的柔性起着最重要的作用。 铺设大直径的管子时，不是经常都能使管子按照允许弯曲半径呈均匀的曲线形状。因此，铺设直径大于350mm的水底燃气管道时，管子往往会产生很大的纵向应力，燃气管道的防腐层会由于管道弯曲过大而损坏。
假使用直线下放的方法在深河内铺设管道时，在将中间一段下放到管沟之前，先把管道的两端托在两岸的管沟底上，进一步利用其自身的重量把中间一段下放在沟底。在这种情况下，在管壁上会产生更大的拉应力，管道两端在管沟底上会移动。
根据管道两端移动时的摩擦力及管道的下垂管段的长度，如果管道在水中的重量过大时，会产生使管道断裂的拉应力。当管道重量小时，在以上情况下，它的中间部分可能不会下沉到管沟底而悬起来。因此，长管道应当以均匀的曲线形状，从一岸边到另一岸边或河的中间向两边逐渐下放。
穿越河流的方法很多，方法的选择决定于管径、地方条件、河流宽 度与深度、河底形状、水流速度、河床两岸的斜度及高度、岸边地上及 地下的构筑物等。水位较低、流速较慢、土质较好、允许封航的中小型河流 , 宜用围堪法。水位较高、流速较快、没有条件封航的中小型河流 , 可采用浮运下沉法施工。大型河流 , 没有条件封航的中型河流 , 可采用 顶管法。
水下管道敷设，施工技术复杂，易造成质量隐患 , 因此必须有妥善的技术安全措施，配备必要的机具，作好施工准备工作。
核对施工地区河流的水文地质资料指测量穿越河流的水位，并了解历史最高水位，测定穿越河流的流速，在河流两岸钻孔取样，了解河底的水质情况。
确定穿越施工地点。管位在符合设计要求的前提下，穿越地点应选择在河流平直、水流平缓、河底平坦、河床稳定、地质构造单一、两岸具有较宽阔的漫滩和具备操作场地的河段。下列地带不宜作穿越地点：桥梁上游300m或下游l00m的地区，船只可能停泊下锚处，沿岸建筑物和地下管线密集、无施工场地的河段。
施工时间的确定，应根据气象、水文与航运资料，将施工时间安排在雨水少、河流枯水期、航运淡季。这样，可减少人为、物力 , 增加工 程可靠性。
根据上述综合条件，确定施工方法，编写专门的施工方案，着重制定挖沟、下管、稳管的技术安全措施，保证施工中不使管道过份弯曲而损坏管道与防腐层，稳管牢固，不在使用后管道浮起。常用的施工方法如下：
１．围堰法
在待穿越水下管道的两侧，堆筑临时堤坝，阻挡水流并排除堤坝间的积水，然后开挖沟槽，敷设管道，回填土施工完毕后将围拆除。这种方法施工简单，需要设备少，但必须在断航的条件下施工。
(1) 如图5-1所示，先将河流的一半用围堰围住，用水泵排除围堰内的河水，然后挖沟，敷设管道，再将河中的管口用堵板焊住，以防泥水进入管内。施工中会有水渗入，应用水泵排出。安装完后拆除围堰。 用相同的方法将剩下的一半作围堰，挖管沟，将已施工管道堵板割去与后安装的管道连接起来，以后回填管沟，拆除围堰。为了减少河水冲刷，围堰迎流水方向的堰体应平缓，围堰高度应保证在施工期间河水的最高水位不至淹没堰顶。

图5-1　围堰法示意
1-围堰 2-先埋管段 3-后埋管段
(2) 在待穿越水下管道两侧构筑临时围堰，在河岸开挖临时引水渠或在围堰间用管子组成渡槽，使河水通过引水渠或管子流向下游。根据河水流量决定引水渠断面尺寸或作为渡槽的钢管管径与根数。应保证河水顺利通过 , 不应使上游水位上升而淹没围堰。钢管与围堰之间应填好，防止漏水而增加排水量。
(3) 围堰的种类较多，常用的有土围垣、草土混合堰、木排（钢管或槽钢）桩围堰和草麻袋围堰等。
2. 水下开挖沟槽
开挖前应在两岸设置岸标，根据岸标确定沟槽开挖的方向。如图5-2 所示。也可以在水中设置浮标。
(1) 机械开挖
主要用拉铲式或抓斗式挖土机，挖土机主要用以挖掘岸边的水下管沟。挖土机有可更换的工具。同一台挖土机可以用正铲或反铲、拉铲或抓斗挖土。
在挖河床水下沟槽时，挖土机可以装在沿沟槽线路上用钢丝绳及绞车移动的平底船或其他船上。
各种围堪构筑的要求 表5-2
分类
填料
顶宽/m
边 坡
临水面
背水面
土围堰
松散粘土、砂粘土
24
1：2～l： 3
2：3～1：2
草土混合围堰
粘性土及草
12
1：2～1：3
2：3～1：2
草（麻）袋围堰
草(麻)袋、粘性土
2～2.5
1：l～1：0.5
1：0.5～1：0.2
钢（木）桩围堰
粘性土
0.8～1.5
1：0
1：0
3. 水下管道敷设
(1) 河底拖运敷设
当密封的管道自重大于水的浮力时，将自然下沉至河底。先将管道在岸边组对焊接并防腐，按规定检验合格后的管道沿管沟底从一个岸边拖到另一个岸边。将对岸钢丝绳的一头拴在管道的首端，另一头由对岸拖拉机或卷扬机拉拽。用此法将管道沿管沟底拖过。为了减少牵引力，在管端焊上堵板，以防河水进入管内。
(2) 浮运下管法
为了减少水下焊接，应在岸上将管子组对焊接成整体，并做好防腐层，如需要分段浮运时，应
尽量加长浮运管段的长度。管段的浮运可用拖拉加浮船的方法，即把管段放在浮船上，然后用设在对岸的卷扬机或拖拉机将管段拖至水下沟槽的上方。如图5-2所示。

图5-2浮运下管法示意图
1—管子；2—预制浮船；3—船坞；4—浮船；5—浮运管段；
6—动滑轮；7—钢丝绳；8—定滑轮；9—拖拉机
(3) 冰上下管法
铺设水下管道时需停止航行，挖河底的土方工程，需要驳船、汽艇、平底船等浮运工具。当水流很急时，工作困难，因为敷设管子时，水流可能将管子冲出沟外。在严寒地区，冬季河水从结冰后到解冻之前，利用冰层进行土方工程、管道预制、下管及铺设管道，上述的困难就不存在了。
冰下挖管沟，用钢丝绳铲土设备、泥泵及水力冲击器挖沟，见图5-3。先在右岸装设铲土设备，开挖河流右侧沟槽，从岸上挖沟，铲土斗子的齿牙冲入土内，把土送到河底中间，留下泥土，并空着返回岸边，往返挖土。河底中间土堆，由潜水员顺水流方向用水力冲击器冲走。河流右侧挖好后，再将铲土斗子移至左岸，挖河流左侧沟槽。潜水员用水力冲击器平土，修整底部，清理水下管沟，清除沉在河底的木头。除了水力冲击器外，被铲土机铲到河中间的泥土，还可用移动式吸泥器清除。吸泥器由离心泵来带动。这样，挖出的土都顺河流送到下游，不需要弄到岸上，节省了运输设备与运费。

5-3铲土设备铲土和水力冲击器顺水冲土的简图
l —由 3IIC-5型发动机带动的双卷筒绞车； 2—首部滑轮；3—尾部滑轮； 4—工作钢绳；
5—辅助钢绳； 6—斗子；7—土堆； 8—水力冲击器； 9—水管
冰上组对焊接。将已作防腐层的管子沿管沟旁的冰上布管， 用焊管台或方木垫起，组对焊接，全部焊缝经射线探伤合格后，再进行强度与 严密性试验，合格后将焊口处作防腐层。
冰上往水下管沟下管。水下管沟挖好后，潜水员进行检查，沟底堵塞与不平的地方用水力冲击器清除。
为了防止河水把管子冲走，沿河底管道的全长在每个管子下水的一边安装直径为l00mm的钢管作导桩，导桩相隔15m。导桩插入河底的土壤为下端支点，冰为上端支点。
过河燃气管道焊接鹅颈管，鹅颈管端用堵板堵住。为了防止损坏防腐层，在防腐层包木条或塑料保护层。
开冰缝。水下管沟上方的冰需凿开，破开的冰块翻转放入水下， 冰块的光面沿着冰层的下面顺水流去。冰缝开好后，笔直的冰缝横截河床，其宽度与水底管沟相同。
沿冰缝铺木板。以便工人行走，整平滑道，严寒时可浇水使滑道冻冰，在解冻时可在滑道上涂固体润滑油。准备救生设备，如救生圈等。把管子放架子上，以托住鹅颈管。安装卷扬机可利用两岸铲土用的卷扬机，并在冰上装设卷扬机，数量由下管长度而定。左、右两岸的鹅颈管均用卷扬机拉住，冰上的卷扬机用作移动管道之用。
(4) 顶管施工
在穿越水流急、宽度大、航运繁忙的江河时，可采用顶管施工法，因为顶管施工可避免与河流直接接触，施工不受航运干扰。但应特别注意，工作坑的排水与挖土时，应采取有效防止塌方的措施。
(5) 水下管线稳管措施
水下管道敷设后，沟槽回填土比较松软，存在着较大的空隙，加上竣工后由于河水流动、冲刷 , 会减少管道的覆土层。水下管道受水流作用，除产生静水浮力以外，还同时产生动水浮力。动水浮力与管道外直径、水的容量和流速有关。要保持水下管道的稳定，必须保证管身结构有足够的重量，使管道在流水中仍具有一定的负浮力，输气管内燃气的重量很小，除小管径管子外，一般均需采用不同结构加重管身稳管。例如可直接选用厚壁无缝钢管，铁丝石笼稳管，散抛块石稳管，加重块等。
二、跨越工程
一般来说，管道跨越工程投资大，施工较为复杂，工期长，维修工作量大。因此，管线应优先采用穿越形式通过。但是当遇到山谷性河流、 峡谷、两岸陡峭、河漫滩窄小，河水流速大，河床稳定性差，平原性河流淤积物太厚、河床变化剧烈，或小型人工沟渠，铁路公路不适宜穿越通过的地段，可采用跨越亦式通过。
1. 跨越位置选择
(1) 跨越点应选河流的直线部分。
因为在河流的直线部分，水流对河床及河岸冲刷较少 , 水流流向比较稳定 , 跨越工程的墩台基础受漂流 物的撞击机会较少。
(2) 跨越点应在河流与其支流汇合处的上游，避免将跨越点设置在支流出口和推移泥砂沉积带的不良地质区域。
(3) 跨越点应选在河道宽度较小，远离上游坝闸及可能发生冰塞和筏运壅阻的地段。
(4) 跨越点必须在河流历史上无变迁的地段。