/自然氣管道河流穿越工程的設(shè)計(jì)摘要：主要介紹了燃?xì)夤艿篮恿鞔┰焦こ痰膸追N方式并提出設(shè)計(jì)要點(diǎn)及留意事項(xiàng)

關(guān)鍵詞：自然氣管道；穿越河流；應(yīng)力；施工

abstract:thispapermainlyintroducedthegaspipelinerivercrossingengineeringinseveralwaysandputsforwardthedesignkeypointsandmattersneedingattention

keywords:gaspipeline;rivercrossing;stress;construction

中圖分類號(hào)：tu74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：a文章編號(hào)：2095-2104（2012）

前言

西寧市近年來(lái)在市區(qū)及各郊縣敷設(shè)了大量的燃?xì)夤艿廊?，在燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)中，穿越河流工程往往成為影響工程造價(jià)及工程進(jìn)度的一個(gè)重要因素。下面介紹燃?xì)夤艿来┰胶恿鞯膸追N方式及設(shè)計(jì)方案的確定。

1、燃?xì)夤艿来┰胶恿鞯闹饕绞?/p>

燃?xì)夤艿来┰胶恿鞯姆绞娇煞譃槿悾旱谝环N為開(kāi)挖方式，包括導(dǎo)流和截流開(kāi)挖管溝，水下開(kāi)挖管溝，爆破開(kāi)溝等；其次種為氣舉沉管法；第三種為頂管及定向鉆機(jī)穿越。其中除導(dǎo)流和截流開(kāi)挖管溝外，其余方法一般都須要對(duì)管道進(jìn)行牽引，設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到由于施工方法不同，牽引力大小也不相同，施工時(shí)須要對(duì)管道進(jìn)行應(yīng)力校核。

1.1開(kāi)挖方式：導(dǎo)流和節(jié)流開(kāi)挖管溝是目前最常用，最原始的穿越河流的方法，適用于小型和中型河流和水流量小的狀況。通過(guò)導(dǎo)流和圍堰將施工面和河流上下游分隔開(kāi)，施工簡(jiǎn)易便利，工程造價(jià)低，管道防腐、焊接、試壓、下溝及檢測(cè)等所用作業(yè)均在圍堰內(nèi)進(jìn)行，施工質(zhì)量宜于保證。缺點(diǎn)是適用面較窄，對(duì)流速較快，流量較大的河流，導(dǎo)流和圍堰工程浩大，經(jīng)濟(jì)上不合理。此外，截流開(kāi)挖管溝常有大量地下水涌出，在施工時(shí)如不剛好做好降水工作，可能導(dǎo)致管道埋深不夠甚至產(chǎn)生塌方，使穿越工程失敗。

水下開(kāi)挖管溝通常利用挖泥船開(kāi)挖管溝，依據(jù)不同的河床狀況及水流速度，選擇不同類型的挖泥船。其優(yōu)點(diǎn)是工程造價(jià)低，速度快，缺點(diǎn)在于施工精度差，溝槽埋深誤差大，不易限制。爆破開(kāi)溝適用于河床基地較硬，接受開(kāi)挖方法難以實(shí)現(xiàn)的狀況，缺點(diǎn)在于施工精度差，溝槽埋深誤差大，不易限制。

1.2氣舉沉管法：氣舉沉管法運(yùn)用和土壤松軟的河床，穿越深度受限制，運(yùn)用設(shè)備多，在船上操作困難，同時(shí)須要核算氣舉穿的承載實(shí)力及穩(wěn)定性，否則簡(jiǎn)潔發(fā)生事故，當(dāng)其他方法穿越難度較大可是具體狀況選用。

1.3頂管及定向鉆機(jī)穿越：水下開(kāi)挖管溝，爆破開(kāi)溝及氣舉沉管法均須要對(duì)管道進(jìn)行牽引就位，所需牽引設(shè)備，機(jī)械設(shè)備較多，同時(shí)須要開(kāi)闊的施工場(chǎng)地。隨著管材，防腐材料的不斷改進(jìn)以及新型鉆機(jī)具的不斷出現(xiàn)，上述方法慢慢被定向鉆機(jī)穿越方法所取代。該技術(shù)具有平安，快速，節(jié)約材料，不破壞河床和堤岸，不影響航運(yùn)，有利于環(huán)保等優(yōu)越性，目前已在大中型河流的穿越中得到廣泛應(yīng)用。但目前鑒于鉆機(jī)具、管材及防腐材料的局限性尚不適用于巖石層、流沙層、礫石層和卵石層等土層的穿越，并且當(dāng)穿越管線和地下管線、電纜距離較近時(shí)，地下管線、電纜產(chǎn)生磁場(chǎng)會(huì)干擾地下儀表單元的傳感器，是測(cè)量誤差增大，所以在選擇穿越位置時(shí)必需考慮上述因素。

2、管道穿越河流方案的確定

燃?xì)夤艿来┰胶恿魇枪艿拦こ痰碾y點(diǎn)，在設(shè)計(jì)前充分考慮到管道輸氣的各種要求，因此，必需駕馭輸送氣體的物質(zhì)資料及輸送工藝參數(shù)，穿越工程一旦發(fā)生事故，管道泄漏對(duì)環(huán)境的影響往往比一般埋地管道事故嚴(yán)峻得多，因此在燃?xì)夤艿来┰胶恿髟O(shè)計(jì)過(guò)程中管道材料、防腐以及環(huán)境對(duì)管道穿越段的影響合理確定管道運(yùn)用年限，適當(dāng)?shù)卦黾庸艿涝O(shè)計(jì)平安系數(shù)，嚴(yán)格的施工質(zhì)量管理，都是確定燃?xì)夤艿来┰胶恿鞴こ淘O(shè)計(jì)方案不行缺少的前提和條件。

2.1基礎(chǔ)資料：設(shè)計(jì)單位應(yīng)當(dāng)取得精確的水文資料、工程地質(zhì)和地形測(cè)量，以保證穿越工程設(shè)計(jì)的科學(xué)性。這些因素將影響到施工平安、難度以及管道的平安運(yùn)行。在水文資料中應(yīng)當(dāng)包括設(shè)計(jì)洪水流量、流速、水位和水面寬度、河道平面變遷、深泓線搖擺和自然沖刷常水位和多年平均水位、枯水期流量和流速等指標(biāo)等。工程測(cè)量應(yīng)包括平面地形及斷面圖等。

2.2管材的選擇：有關(guān)規(guī)范對(duì)管材的許用應(yīng)力及設(shè)計(jì)系做出了有關(guān)規(guī)定，其中管材的需用應(yīng)力按下式計(jì)算：σ=f′φσs；式中：σ—輸送油漆鋼管的許用應(yīng)力，mpa；φ—鋼管的焊縫系數(shù)；σs—?jiǎng)傔^(guò)規(guī)定的屈服強(qiáng)度，mpa；f′—設(shè)計(jì)系數(shù)（見(jiàn)表1）。

國(guó)內(nèi)外有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)穿越管道都相應(yīng)增加管道壁厚或減小設(shè)計(jì)系數(shù)，以增大管道的平安系數(shù)。但是對(duì)于管道設(shè)計(jì)，往往存在大量的小型河流穿越，ⅲ、ⅳ級(jí)公路及鐵路的穿越段設(shè)計(jì)系數(shù)和穿越段設(shè)計(jì)系數(shù)取相同數(shù)值。但對(duì)于大中型河流、沖溝進(jìn)行局部的管道壁厚調(diào)整應(yīng)當(dāng)說(shuō)是經(jīng)濟(jì)合理的。設(shè)計(jì)人應(yīng)當(dāng)依據(jù)不同的許用應(yīng)力對(duì)管道在運(yùn)用階段及施工階段的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性進(jìn)行設(shè)計(jì)鹽酸。穿越的當(dāng)量應(yīng)力按下式計(jì)算：σe=∑σh-∑σa≤0.9σs

式中：σe——穿越管道鋼管的當(dāng)量應(yīng)力，mpa；∑σh——各荷載產(chǎn)生的總環(huán)向應(yīng)力，mpa；∑σa—各荷載產(chǎn)生的總軸向應(yīng)力，mpa

表1設(shè)計(jì)系數(shù)

穿越管段條件 輸氣管道地區(qū)等級(jí)

一 二 三 四

沖過(guò)穿越 0.6 0.5 0.5 0.4

小型沖溝、水域穿越 0.7 0.6 0.5 0.4

大、中型沖溝、水域 0.6 0.5 0.4 0.4

下面主要探討常見(jiàn)穿越方式中載荷的確定。

管道在運(yùn)用時(shí)的設(shè)計(jì)載荷一般相同，主要包括以下幾種：管道自重、管道上方覆蓋層的垂直土壓力、管道側(cè)向水平壓力、地下水壓力、內(nèi)部荷載（內(nèi)壓力）、地面荷載、管道地層反力等。

①垂直土壓力計(jì)算：垂直土壓力計(jì)算較困難，當(dāng)管道覆蓋土層較薄，土體松散無(wú)強(qiáng)度時(shí)，可以將覆蓋層全部重量取為垂直土壓力。但當(dāng)覆土層較厚，土體密實(shí)（如定向鉆）時(shí)，可考慮拱效應(yīng)，垂直土壓力減小。按土力學(xué)泰沙基理論中簡(jiǎn)化公式計(jì)算垂直土壓力fv為

fv=*

或者按普氏公式計(jì)算：

式中：r0——半徑，——土層厚度；c——粘聚力及內(nèi)摩擦力；h——覆土層厚度；q——附加載荷；d——管道外徑。

②水平土壓力計(jì)算：水平土壓力一般按朗金土壓力理論計(jì)算：

。式中：h——地標(biāo)起算的深度。

③管道側(cè)向土抗力計(jì)算：管道側(cè)向圖抗力主要和其產(chǎn)生的變形荷地層壓縮系數(shù)k、地層變形量y有關(guān)，抗力fk計(jì)算是為：fk=ky

其他荷載計(jì)算可參考有關(guān)管道計(jì)算書冊(cè)。

管道在施工階段的施工荷載隨施工方法的不同差異較大。對(duì)于河底管溝開(kāi)挖施工，基本沒(méi)有附加荷載。但對(duì)河底以及定向鉆機(jī)穿越，則管道要承受較大的牽引力、外壁摩擦力等。鋼度及徑向穩(wěn)定性驗(yàn)算。

現(xiàn)分析定向鉆穿越中管道的能夠承受的抗拉力。管道抗拉力應(yīng)大于摩擦力。摩擦力等于垂直作用于管道表面的總載荷和摩擦系數(shù)的乘積。

摩擦力可按馬爾司東公式計(jì)算：；式中：ff——管道和膨潤(rùn)土泥漿之間的摩擦力n；σs——管道最小屈服強(qiáng)度mpa；—管道壁厚mm；d——管道外徑mm。

2.3合理的穿越位置：管道穿越位置應(yīng)選在河道較直、水流平緩、岸坡穩(wěn)定、雙側(cè)又較開(kāi)闊施工場(chǎng)地處，應(yīng)盡量避開(kāi)彎道處簡(jiǎn)潔發(fā)生旁蝕，造成凹岸沖刷，危及管道平安。埋設(shè)的穿越段一旦經(jīng)洪水或激流沖刷袒露，由于較大處產(chǎn)生斷裂，故應(yīng)避開(kāi)在常水位范圍內(nèi)加設(shè)彎頭或固定墩等設(shè)施。在以上條件無(wú)法滿足處，應(yīng)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)行相應(yīng)的愛(ài)惜措施。

3、結(jié)語(yǔ)

自然氣管道穿越河流時(shí)，應(yīng)依據(jù)建設(shè)規(guī)模、重要性、管道的工程特性、河流的大小等來(lái)劃分工程的等級(jí)，并結(jié)合水土保持部門的有關(guān)規(guī)定，在符合我國(guó)技術(shù)水平，考慮的施工難易程度等因素的狀況下，合理選擇穿越方案，將管道工程的平安性、好用性