王艷，李松柏，高興，龔劍

（中國(guó)石油天然氣管道局第二工程分公司，江蘇徐州221008）

溝箱法在長(zhǎng)輸管道沿高等級(jí)公路邊緣施工中的應(yīng)用

王艷，李松柏，高興，龔劍

（中國(guó)石油天然氣管道局第二工程分公司，江蘇徐州221008）

長(zhǎng)輸管道沿高等級(jí)公路邊緣地帶施工時(shí)，常見的方法是沿公路搭設(shè)隔離板，施工人員在隔離區(qū)進(jìn)行作業(yè)，該方法占用路面時(shí)間長(zhǎng)，拆裝費(fèi)時(shí)費(fèi)力，資金投入大，且對(duì)交通和路邊居民生活影響較大。中國(guó)石油天然氣管道局第二工程分公司在泰國(guó)Wang Noi-Kaeng Khoi（萬(wàn)諾伊—港考伊）輸氣管道線路工程施工中，首次采用溝箱法進(jìn)行施工，經(jīng)濟(jì)、高效、安全地完成了11 km管道沿3222省級(jí)公路邊緣敷設(shè)的安裝任務(wù)。文章介紹了溝箱的設(shè)計(jì)及計(jì)算、施工工藝流程及操作要點(diǎn)。

長(zhǎng)輸管道；公路邊緣敷設(shè)；溝箱法；施工工藝

1 工程概況

中國(guó)石油天然氣管道局第二工程分公司承建的泰國(guó)Wang Noi-Kaeng Khoi（萬(wàn)諾伊—港考伊）輸氣管道線路工程管徑914 mm，全長(zhǎng)72.4 km，其中11 km管道沿3222省級(jí)公路邊緣敷設(shè)。此公路為雙向4車道，路面總寬16 m，管道施工作業(yè)帶為公路中心線到路面外7 m處，總寬度為15 m，管道中心線距離公路邊僅2 m，作業(yè)帶狹窄；公路上車流量大，車速快，施工人員和設(shè)備的安全受到嚴(yán)重威脅；路邊加油站、民房、溝渠、岔路引道等設(shè)施多，無(wú)法采用溝上連續(xù)作業(yè)的常規(guī)方法；路邊地質(zhì)多變，流砂、粉土、碎石、巖石等交替出現(xiàn)，管溝成型困難，且管溝開挖易造成公路路面塌陷。

2 施工總體方案

開工前，針對(duì)路邊施工作業(yè)空間狹窄、安全隱患大等特點(diǎn)，經(jīng)過(guò)多次現(xiàn)場(chǎng)勘察，并與公路管理部門溝通和協(xié)調(diào)（公路部門只允許占用1/4路面進(jìn)行施工，如果按設(shè)計(jì)圖紙占用1/2路面，必須另外修筑施工臨時(shí)通道），決定改變以往搭設(shè)隔離板進(jìn)行封閉式施工的方式，采用溝箱法進(jìn)行溝下管道組對(duì)、焊接、無(wú)損檢測(cè)和防腐補(bǔ)口作業(yè)。

3 溝箱設(shè)計(jì)及計(jì)算

3.1 溝箱的結(jié)構(gòu)

根據(jù)管徑和管溝的寬度、深度以及施工需要確定溝箱的結(jié)構(gòu)及尺寸，溝箱結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 溝箱結(jié)構(gòu)示意

3.2 靜力作用下溝箱計(jì)算

溝箱的結(jié)構(gòu)可以簡(jiǎn)化成如圖2所示的模型，由此計(jì)算溝箱結(jié)構(gòu)是否穩(wěn)定。

假設(shè)側(cè)面土為黏性土（黏性土容重比較大，偏于危險(xiǎn)），利用力學(xué)公式分別計(jì)算地面處和溝底處承受的應(yīng)力σa：

圖2 溝箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型

式中γ——管溝側(cè)面土的重力密度/（kN/m3），地下水位以下用浮重度表示；

z——計(jì)算點(diǎn)距離管溝頂面的深度/m；

Ka——主動(dòng)土壓力系數(shù)，Ka=tan2（45°-φ/2）；

φ——管溝側(cè)面土的內(nèi)摩擦角，根據(jù)試驗(yàn)確定，當(dāng)無(wú)試驗(yàn)資料時(shí)可參考經(jīng)驗(yàn)數(shù)值/（°）；

c——管溝側(cè)面土的黏聚力/kPa。

因?yàn)橥馏w為黏性土，故需要計(jì)算臨界深度z0：

由此可以計(jì)算出作用在梁上的力及彎矩值，按照所用鋼截面及材質(zhì)確定[σ]，利用公式（3）計(jì)算出實(shí)際受力σ，計(jì)算結(jié)果小于[σ]則滿足要求。

式中[σ]，σ——分別為允許彎曲應(yīng)力和實(shí)際承受彎曲應(yīng)力/kPa；

M——管溝側(cè)面土體對(duì)溝箱產(chǎn)生的最大彎矩/kN·m；

Wx——對(duì)x軸凈截面抵抗矩/m3。

計(jì)算模型兩側(cè)的壓桿長(zhǎng)細(xì)比λ，小于150的情況下不用計(jì)算穩(wěn)定性。

式中l(wèi)——受壓構(gòu)件的計(jì)算長(zhǎng)度/m；ix——構(gòu)件截面的回轉(zhuǎn)半徑/m。

4 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

4.1 施工工藝流程（見圖3）

圖3 采用溝箱法進(jìn)行長(zhǎng)輸管道沿公路邊緣施工工藝流程

4.2 操作要點(diǎn)

4.2.1溝箱預(yù)制

根據(jù)溝箱設(shè)計(jì)圖紙，在臨時(shí)場(chǎng)地進(jìn)行溝箱預(yù)制，采用H鋼制作框架及梯形支撐，鋼板作為溝箱兩側(cè)擋板，在擋板上分別沿縱、橫方向焊接兩根槽鋼加固。溝箱預(yù)制的數(shù)量應(yīng)滿足施工需求。

4.2.2現(xiàn)場(chǎng)交通控制

在施工點(diǎn)前后每隔一定距離設(shè)置大塊醒目的警示牌，提前警示過(guò)往車輛司機(jī)注意前方施工。沿公路邊緣每隔一定距離設(shè)置一個(gè)注水防撞型塑料警示墩，警示墩之間用警示帶連接。在每個(gè)作業(yè)面的首、尾和設(shè)備前各放置一個(gè)警示閃燈，閃燈要保持24 h工作；每個(gè)作業(yè)面前后各設(shè)一名旗手，旗手必須配備指揮旗，穿公路部門要求的專用警示背心。臨時(shí)卸管、布管作業(yè)需占用半幅路面時(shí)，必須在道路中間設(shè)置隔離帶，必要時(shí)請(qǐng)交通警察協(xié)助疏導(dǎo)交通。

占用公路路面施工時(shí)應(yīng)保證道路雙向通行。當(dāng)占用路面施工不能保證道路雙向通行時(shí)，應(yīng)在公路另外一側(cè)修筑臨時(shí)便道，確保交通暢通?，F(xiàn)場(chǎng)交通警示標(biāo)志的設(shè)置要符合當(dāng)?shù)毓凡块T的要求。

4.2.3作業(yè)帶掃線、平整

使用推土機(jī)和挖掘機(jī)對(duì)施工作業(yè)帶進(jìn)行清理。在進(jìn)行作業(yè)帶掃線、平整時(shí)不能破壞公路路基。路基開挖只能在管溝開挖時(shí)進(jìn)行，并需得到監(jiān)理和公路主管部門的同意。

4.2.4管溝開挖

4.2.4.1一般地段管溝開挖

管溝開挖在組焊工序之前進(jìn)行，提前開挖的長(zhǎng)度控制在100～200 m范圍內(nèi)，滿足每日管道安裝進(jìn)度即可，以減少管溝敞口的長(zhǎng)度和時(shí)間，降低安全風(fēng)險(xiǎn)。挖出的土由翻斗車?yán)\(yùn)到臨時(shí)堆放場(chǎng)地，生熟土分開堆放。對(duì)于已經(jīng)開挖尚未回填的管溝，在公路邊緣設(shè)置方形警示墩，中間用警示帶連接，并沿溝邊每隔50 m設(shè)置一個(gè)警示閃燈。

4.2.4.2石方段管溝開挖

在管道距離路邊太近、不允許進(jìn)行爆破作業(yè)時(shí)，使用鑿巖機(jī)、鉆孔機(jī)和挖掘機(jī)相結(jié)合的方式開挖管溝。開挖時(shí)，先用挖溝機(jī)剝掉表土，露出巖石，然后開始鑿巖施工。對(duì)于質(zhì)地堅(jiān)硬的大塊石方先用鉆機(jī)鉆孔，然后再使用鑿巖機(jī)，以提高效率。鑿巖和挖溝、清溝相結(jié)合，棄石棄土裝到自卸車上并運(yùn)到指定地點(diǎn)堆放。

4.2.4.3流砂段管溝開挖

流砂段管溝開挖前應(yīng)打板樁，防止路面塌陷。對(duì)于受地質(zhì)條件限制無(wú)法打板樁的地段，邊開挖邊放置防護(hù)溝箱，溝箱和溝壁間用砂袋擠密。

4.2.4.4民房前、叉路處的管溝開挖

民房前管溝開挖時(shí)需修筑施工臨時(shí)便橋，便于住戶通行。具體作法如下：橫跨管溝鋪設(shè)鋼浮板，便橋兩側(cè)安裝護(hù)欄，并拉上彩旗帶。穿越道路處的管溝開挖需修筑施工便道，便道的修筑要滿足通行載荷和通行量的要求，路口處設(shè)閃燈警示。

開挖時(shí)焊口處的管溝需適當(dāng)加寬，保證溝箱能夠放入管溝，施工人員在溝箱內(nèi)有足夠的作業(yè)空間。

4.2.5鋼管運(yùn)輸與布管

由于作業(yè)空間受限，鋼管運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后直接用吊車吊入管溝內(nèi)，吊車作業(yè)需要占半幅路面，現(xiàn)場(chǎng)除了按要求設(shè)置好交通控制標(biāo)志外，應(yīng)由當(dāng)?shù)亟煌ň旒訌?qiáng)交通協(xié)調(diào)。

對(duì)于卸放到公路路基以外的鋼管，在業(yè)主、監(jiān)理允許的情況下采用大功率挖掘機(jī)布管。根據(jù)鋼管的管徑和重量采用與之匹配的挖掘機(jī)，保證安全施工。當(dāng)挖掘機(jī)在公路上行走時(shí)，應(yīng)在履帶下面墊8 mm厚的橡膠板，以免損壞路面。

4.2.6溝箱布放

用卡車將溝箱從臨時(shí)場(chǎng)地運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)。施工人員分別將兩根Φ12.7 mm鋼絲繩固定在溝箱頂部對(duì)角的吊耳處，同時(shí)用麻繩拴住相鄰的兩個(gè)吊耳，然后用CAT330挖掘機(jī)的背鉤勾住鋼絲繩，將溝箱吊起，緩慢放入溝內(nèi)管口位置。溝箱起吊過(guò)程中，施工人員手拽麻繩，防止溝箱因擺幅過(guò)大而傷人，同時(shí)在溝箱就位時(shí)通過(guò)麻繩來(lái)控制溝箱方向。

對(duì)于流砂等管溝邊坡不穩(wěn)定的地方，溝箱放入管溝后，溝箱壁與管溝之間的間隙用尼龍袋裝土進(jìn)行擠密，確保施工人員在溝箱內(nèi)安全操作和路基的穩(wěn)定。

4.2.7管道溝下組對(duì)、焊接

先將吊帶固定在防腐管中心位置，然后用CAT330大功率挖掘機(jī)起吊、組對(duì)防腐管，起重工在溝邊進(jìn)行專門指揮，管工在溝箱內(nèi)用外對(duì)口器進(jìn)行精確對(duì)口。管口組對(duì)合格后，焊工直接在溝箱內(nèi)進(jìn)行焊接作業(yè)（如圖4所示）。焊機(jī)放在輪式卡車上，便于移位。

圖4 焊工在溝箱內(nèi)作業(yè)

管道組對(duì)、焊接施工應(yīng)符合相應(yīng)工程所執(zhí)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。

4.2.8管口無(wú)損檢測(cè)、防腐補(bǔ)口

在進(jìn)行X射線檢驗(yàn)焊口時(shí)，應(yīng)盡量在車流量小的時(shí)候進(jìn)行，同時(shí)在射線機(jī)兩側(cè)應(yīng)加防護(hù)鉛板，防止射線傷害路人。管口無(wú)損檢測(cè)合格后，立即進(jìn)行防腐補(bǔ)口作業(yè)。管道防腐鄰近住家時(shí)，噴砂除銹前應(yīng)安裝隔離板或防護(hù)網(wǎng)，減少對(duì)住戶的影響。無(wú)損檢測(cè)和防腐補(bǔ)口施工按正常地段進(jìn)行。

防腐補(bǔ)口合格后，用挖掘機(jī)將溝箱吊出管溝，運(yùn)至布好管的管口位置，繼續(xù)進(jìn)行管道組焊等作業(yè)。

4.2.9回填

管溝回填時(shí)，用翻斗車將細(xì)土從臨時(shí)堆放場(chǎng)地運(yùn)回，回填時(shí)由專人指揮。管溝回填過(guò)程中按要求進(jìn)行分層壓實(shí)，確保路基穩(wěn)定。

4.2.10地貌恢復(fù)

管溝回填完成后用清掃車或人工對(duì)路面進(jìn)行清掃，保持路面干凈無(wú)雜物。并按設(shè)計(jì)和公路管理部門要求恢復(fù)地貌。

5 實(shí)施效果

泰國(guó)天然氣管道沿3222省級(jí)公路邊緣敷設(shè)工程采用溝箱法進(jìn)行施工時(shí)，一輛皮卡車由于司機(jī)疲勞駕駛，沖破路障，車身擦過(guò)溝箱頂角，斜撞入管溝。由于使用了溝箱，使正在進(jìn)行焊接作業(yè)的兩名焊工得到了有效的保護(hù)，未受到任何傷害，有效避免了安全事故的發(fā)生。2006年5月泰國(guó)Wang Noi-Kaeng Khoi輸氣管道工程獲得了美國(guó)BECHTEL監(jiān)理公司頒發(fā)的“百萬(wàn)工時(shí)無(wú)事故”證書。

6 結(jié)束語(yǔ)

使用溝箱法進(jìn)行溝下焊接施工，避免了常規(guī)方法隔離公路、占用路面時(shí)間長(zhǎng)、對(duì)公路邊居民生活影響嚴(yán)重的問(wèn)題，減少了占地面積，保證了施工人員的人身安全，為以后類似施工提供了范例。同時(shí)溝箱法還可用于地基承載力差的水網(wǎng)地區(qū)管道溝下連頭施工。

[1] 陳希哲.土力學(xué)地基基礎(chǔ)[M].北京:清華大學(xué)出版社,2004.

[2] 魏明鐘.鋼結(jié)構(gòu)[M].武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002.

Abstract:In the pipeline construction along high-grade highway roadside,the normal method adopted is to set up isolation barriers along the highway so that the constructors can work in the isolated area.By this construction method,the road has to be occupied for a long time and the dismantlement of the barriers is arduous,time-consuming and expensive work.In addition,it disturbs traffic and normal life of dwellers near the roadside.In Thailand Wang Noi-Kaeng Khoi Pipeline Project,Second Pipeline Construction Co.of CPP applied the trench box method in the pipeline construction for the first time,and finally completed the construction task of 11 km pipeline along Provincial Highway 3222 with cost-saving,high efficiency and zero hazard.It provided a good example for later pipeline construction along highway roadside at home and abroad.

Key words:long-distance pipeline;high-grade highway roadside;trench box method；construction process

（32）Application of Trench Box Method in Long-distance Pipeline Construction along High-grade Highway Roadside

WANG Yan（Second Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Xuzhou 221008，China），LI Song-bai，GAO Xing，et al.

TE973.91

B

1001－2206（2010）05－0032－03

王艷（1977-），女，滿族，遼寧黑山人，工程師，2008年畢業(yè)于中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，現(xiàn)從事油氣管道施工技術(shù)管理工作。

2010-06-28