浅谈非开挖在长距离天然气管道铺设中的应用

　　摘要：本文重点介绍了穿越渝宜高速的顶管法。揭示了制约西南丘陵地区非开挖发展的瓶颈，并提出了一些实际解决方法以飨读者。
　　关键词：非开挖，顶管法，天然气管道铺设
　　
　　1.前言2009年3月中石油工程西南设计公司委托四川省川建勘察设计院对万州净化厂原料气管线工程进行了线路详勘工作，工作中实地考察了需要穿越的河流和省道共计8处。本次介绍的穿越点属重庆市万州区所辖，位于万州区三正镇石龙村8组，距离三正镇约1.8km，YG/A203～YG/A204段之间，为重庆到宜昌的主要干道，路面结构为沥青路面，场地周边以耕地和水田为主。
　　2.穿越工程地质地貌概况
　　2.1勘察结果按照定向钻适用性分层方法，地层分界由上至下分别为：
　　①耕土（）：褐黄色、紫红色，稍湿～湿润，粘性土质，含植物根系等，层厚0.3m左右，公路两侧广泛分布。
　　②-1第四系残坡积（Q4el+dl）：主要为粉质粘土。可塑～硬塑，有玻璃光泽，无摇振反应，韧性和干强度中等，该层主要分布在渝宜高速西侧，厚度3.0m左右，下伏基岩。
　　②-2第四系崩坡积(Q4c+dl)层：主要为碎石或块石夹粉质粘土。稍密～中密，该层主要分布在渝宜高速东侧，厚度1.0～2.0m不等，下伏基岩。
　　③中统上沙溪庙组(J2s)，岩性为黄灰、灰紫、灰或青灰等色的砂岩、紫红色泥岩不等厚互层。细粒结构为主，中厚层～厚层状构造，裂隙不发育，泥岩主要为泥质胶结，砂岩主要为钙质胶结，本场地均有分布。
　　按照石油勘察规范场地环境类别为Ⅱ类；本次勘察未见地下水分布；根据勘察区内电阻率测试成果，土壤视电阻率58－67Ω•m，土壤对钢结构腐蚀性等级为弱腐蚀性，对混凝土管道腐蚀性为弱腐蚀性。
　　管道穿越的地段为渝宜高速路，不易做开挖施工且车流量较大，初始建议沿高速路下的涵洞铺设管道。后期现场二次考察，考虑该输气管道为高压管道（设计压力9.0MPa），属高危险性。确定为顶管法施工，先顶入直径为250mm的混凝土管道，再穿过直径为200mm的集输气管道，预期2009年第四季度施工。

　　渝宜高速穿越示意图
　　
　　按照石油管道安装规范，管道至少埋入地表1.5m以下。按照分层条件，本次施工主要针对的地层为地层②和地层③，为粉粘土和碎石土混合体。由于本次勘察范围为公路两侧，未察明公路下方岩土分层情况。我院又及时组织人员于09年4月对公路下方进行了定向钻探勘察，结果为公路正下方基本为碎石夹粉质粘土，并在原定顶进方向发现有直径约为3m的孤石，为避开孤石将原线路向前移动了5m。综合考虑公路路肩两侧宽度和施工放坡和机械安装方便，施工计算长度为30m。靠山体一侧布置工作坑，考虑到单节混凝土管长度和机具安装，工作坑开挖体积为3m×3m×3m。采用顶力60T的单缸液压顶管机并使用配套泥浆泵进行施工。
　　本次长度为47km的管线就有8次这样大小的穿越工程，西南非开挖的需求量可见一斑。据西四川省建勘察设计院统计，近3年以来西南石油天然气管道建设中，需要做类似处理的小型河流和道路穿越多达200余起。由于地处偏远不便于机械入场，很多非开挖专业公司都不愿意施工。大多时候都是采用人工大开挖的方式进行施工，不但严重影响交通安全而且由于抢工期，造成多次返工检修，给管道的后期运营造成隐患。
　　石油天气管道考虑到线路布置的特殊性，主要以安全便捷为主。而西南地区的特殊地貌和地层情况也亟需要一批更加轻便灵活适应性强的非开挖机械。
　　笔者认为主要有以下难点需要克服：
　　1.现有非开挖机具都比较笨重，不便于山区长距离运输。且西南处于多山丘陵地带，地层复杂，这也对非开挖的发展造成了一定的影响。
　　2.现行的非开挖施工组织设计，都很少涉及到场地详细的工程地质勘察。笔者认为同其他岩土工程施工一样，非开挖施工也需要对工程地质条件进行勘察和分析。本工程中经过定向钻探补勘发现孤石就是很好一例。
　　3.现有非开挖机械在软土和粉土地区的适应性较好，西南地区广泛分布的第四纪土石混合体对钻头磨损能力和钻具的回拖和顶力都提出了更高的要求。
　　
　　附非开挖技术简介
　　非开挖技术也叫做非开挖地下管线施工技术，国外称为TT（TrenchlessTechnology）,它是指在不对地表进行开挖的情况下，利用地质工程的技术手段，铺设，修复或更换各种地下管道和电缆的一种高科技实用新技术。目前国内外主要的非开挖技术方法主要有：水平定向钻进法（HDD），微型隧道法，导向钻进法，夯管法，水平螺旋钻进法，顶杆和顶管法，碎管与吃管法，内衬与喷涂法等，后几种方法主要用于管道修复。
　　国内起步较晚，约于上世纪八十年代开始起步，且主要为铺管作业。全中国现在组建有中国非开挖协会（CSTT）作为交流和促进进步的机构组织。作为一门年轻的工程技术手段，非开挖技术在各行各业的国民生产中已经凸显出其重要的作用。非开挖技术可以广泛应用于穿越公路，铁路，建筑物，河流以及在闹市区等不允许开挖或不能开挖的地域进行施工。特别是近年来环保观念深入人心，很多工程需要在环境敏感地区进行施工作业，非开挖成为不二选择。另外城市内狭小的空间对施工器械的限制和交通等方面考虑，以及其效率和成本的综合因素考虑，非开挖正在成为城市地下建设的主力军，取得了很好的社会效益和经济效益。
　　与传统的开挖施工方式比较，非开挖的主要优点体现在以下几点：
　　1、解决了传统的开挖方式对人们正常工作和生活的影响，减少了对交通，环境，周边建筑物基础的破坏和不良影响。
　　2、在传统施工方式无法施工或者严格禁止开挖施工的场合（如穿越河流，高速公路，铁路，机场等），可以采取非开挖的方式从其下方穿越铺管，并且可以将管线设计在工程量最少的位置。
　　3、非开挖技术可以精确控制施工管线的铺设方向和埋深等，并可以使管线绕过已探明的地下障碍物（如巨石，地下建筑物和其他管线），适应性很广。
　　4、综合经济效益和社会效益好。在综合考虑开挖成本以及后期处理成本的情况下，非开挖的经济效益明显。

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