溫少鵬 祁海峰

【摘要】超長高壓燃氣管道懸吊一直是困在地鐵施工的一大難題， 目前還沒有超長縱穿車站基坑高壓燃氣管的保護案例，如果采取措施不當(dāng)，高壓燃氣管原位保護過程中發(fā)生事故，會產(chǎn)生極其嚴重的后果，安全風(fēng)險極大。通過成都地鐵4號線二期工程成都大學(xué)站超長高壓燃氣管道懸吊保護的成功應(yīng)用，總結(jié)出包括恒力彈簧吊架、自動噴淋降溫系統(tǒng)、防碰撞裝置等在內(nèi)的懸吊保護綜合技術(shù)，為縱穿地鐵車站燃氣管道類似工程的懸吊保護施工提供參考。

【關(guān)鍵詞】縱穿車站；高壓燃氣管道；懸吊保護；技術(shù)

【中圖分類號】TU990.3

Comprehensive Technology of Suspension Protection for Super Long High Pressure Gas Pipeline in Subway Station

Wen Shao-peng1，Qi Hai-feng2

（1.CLP Construction Capital Investment Co.， LtdChengduSichuan610212；

2.China Water Resources and Hydropower 14th Engineering Bureau LimitedYunnanKunming650000）

【Abstract】Long high-pressure gas pipeline suspension has been trapped in the subway construction of a major problem， there is no long vertical longitudinal station pit high-pressure gas pipe protection cases， if taken improper measures， high-pressure gas pipe in situ protection process accident ， Will have extremely serious consequences， great security risks. Through the successful application of the suspension protection of the super high-pressure gas pipeline in the Chengdu University of Chengdu Metro Line 2 project， the paper summarizes the suspension protection comprehensive including the constant spring hanger， the automatic spray cooling system and the anti-collision device. Technology， for the longitudinal subway station gas pipeline similar to the construction of the suspension protection construction reference.

【Key words】Vertical station；High pressure gas pipeline；Suspension protection；Technology

1. 引言

成都地鐵4號線二期工程東延線成都大學(xué)站開挖過程中發(fā)現(xiàn)上方一根縱跨車站的高壓燃氣管線，跨度230m，設(shè)計壓力為4.0Mpa，設(shè)計規(guī)模20×104m3/d，管道材質(zhì)為A377×10L245NPSL2無縫鋼管，如果不能遷改，將嚴重影響車站下一步施工。由于迀改所需手續(xù)繁瑣，耗時過長無法滿足工期要求，決定施工期間對該燃氣管進行原位懸吊保護，但高壓燃氣管原位保護難度大、安全風(fēng)險高，無類似經(jīng)驗可資借鑒。通過對燃氣管道的系統(tǒng)研究，制定了技術(shù)可行、經(jīng)濟合理的施工方案并經(jīng)過專家評審，現(xiàn)場成功地對該處超長燃氣管道進行懸吊保護，化解了管線改遷帶來的工期不可控、社會影響大等風(fēng)險，實現(xiàn)了投資節(jié)約、工期可控，對加快地鐵車站施工具有借鑒意義。

2. 工程概況及技術(shù)特點

2.1工程概況。

（1）成都大學(xué)站為地下二層島式站臺車站，車站長271.3m，車站標(biāo)準段寬19.7m，頂板覆土1.53～3.95m；圍護結(jié)構(gòu)為圍護樁+冠梁、擋墻，從上而下三層支撐?？v跨該站的377高壓燃氣管位于基坑中部，影響基坑開挖及主體結(jié)構(gòu)施工作業(yè)，為確保工期，施工前對該燃氣管進行懸吊保護。

（2）該車站地質(zhì)情況從上到下依次為：雜填土層、粉質(zhì)黏土層、黏土夾卵石層、全風(fēng)化泥巖層、強風(fēng)化泥巖層、中風(fēng)化泥巖層，該管道穿越地層為雜填土層。車站所處區(qū)域內(nèi)地表水系發(fā)達，地下水資源豐富。地下水主要埋藏第四系人工填土中，為上層滯水，主要為大氣降水補給，隨季節(jié)變化明顯。

2.2技術(shù)特點。

在地鐵施工過程中遇到遷改難、成本高、影響大的高壓燃氣管線，通過本技術(shù)對高壓燃氣管進行原位保護，使燃氣管在基坑施工過程中安全平穩(wěn)的運行，既能夠規(guī)避高壓燃氣管遷改施工給周圍生活帶來的不便和施工安全風(fēng)險，又能夠縮短地鐵施工時間，從而順利實現(xiàn)工期目標(biāo)。

（1）采用犧牲陽極保護裝置對管齡較長的管道進行防腐保護，避免管道裸露在空氣中過快氧化導(dǎo)致管壁銹蝕，提高了管道自身的安全；

（2）采用恒力彈簧吊架，避免了超長管道由于應(yīng)力變形帶來的安全風(fēng)險；

（3）采用溫控噴淋系統(tǒng)，避免了燃氣管由于溫差變形而產(chǎn)生的安全風(fēng)險；

（4）采用全自動監(jiān)測系統(tǒng)（漏氣自動監(jiān)測系統(tǒng)、CCD自動監(jiān)測系統(tǒng)），對懸吊的高壓燃氣管進行全方位的動態(tài)監(jiān)測，對其監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析處理，然后對懸吊系統(tǒng)進行調(diào)整，全程實時監(jiān)控燃氣管的運行安全；

（5）與永久改遷相比，本工法降低了施工難度和施工成本（超長高壓燃氣管道懸吊見圖1）。

3. 施工工藝及操作要點

3.1施工工藝流程。

地鐵車站縱跨高壓燃氣管線懸吊保護施工關(guān)鍵工序有犧牲陽極保護裝置設(shè)置、主支撐體系施工、貝雷架安裝、懸吊梁及加固工字鋼安裝、管道防護及恒力懸吊系統(tǒng)、溫控噴淋系統(tǒng)、監(jiān)測系統(tǒng)安裝等，施工工藝流程如下圖2所示。

3.2技術(shù)操作要點。

3.2.1犧牲陽極保護裝置設(shè)置。

3.2.1.1犧牲陽極保護陰極裝置是利用原電池的原理，防止金屬腐蝕，將還原性強的金屬作為保護極，與被保護的金屬相連構(gòu)成原電池，還原性強的金屬將作為負極發(fā)生氧化還原反應(yīng)而犧牲消耗，被保護的金屬作為作為正極，免于被腐蝕。

3.2.1.2保護裝置設(shè)于車站兩端頭，每端分兩部分，一部分埋地，另一部分采用鋼板與管道粘接，該兩部分之間采用電纜連接。采用鎂鋁合金作為陽極。接地部分：在道路旁進行埋深，采用水平開槽法施工，陽極埋設(shè)深度不小于1m，每端頭放置2枚，間距3m。在埋設(shè)犧牲陽極時，注意陽極與管道之間不應(yīng)有金屬構(gòu)筑物。與管道連接部分：犧牲陽極通過電纜與管道連接采用電纜與鋼板焊接后，再與管道粘接。

3.2.1.3連接要求如下：

（1）電纜先與鋼板錫焊連接牢固后，再進行鋼板與管道間的導(dǎo)電膠粘結(jié)。導(dǎo)電膠涂抹應(yīng)均勻，要全面覆蓋裸露金屬面。粘結(jié)施工應(yīng)按照導(dǎo)電膠廠家提供的說明書進行。粘結(jié)前應(yīng)按圖中所示將該部位管道防腐層除去，邊緣切成坡口形，坡角小于30度。用電動除銹工具使欲焊接處露出足夠大小的金屬光亮表面；電纜端應(yīng)除去絕緣層，芯線應(yīng)伸出50mm，電纜必須清潔、干燥、無油且無油脂。

（2）導(dǎo)電膠完全固化后應(yīng)進行牢固性試驗，合格后方可進行密封防腐處理。首先清除干凈粘接處的雜物，采用粘彈體防腐膏對防腐層缺陷處進行填充，接著采用300mm寬粘彈體防腐帶貼補，應(yīng)保證粘彈體防腐帶與補傷處主體防腐層搭接不少于100mm，貼附應(yīng)緊密，最后再用聚乙烯膠粘帶外包覆。補傷時應(yīng)先填充熱熔膠，再外包覆聚乙烯膠粘帶，原防腐層應(yīng)預(yù)先打毛。具體做法如圖3所示：

（3）電纜粘接完成后，地面和地下均應(yīng)留足裕量（10%伸縮裕量），以防土壤下沉?xí)r拉斷電纜，敷設(shè)時宜貼在管壁頂部，每隔5m用封口膠帶與管道綁扎一次，在測量點旁應(yīng)將電纜敷設(shè)成一個大的蝴蝶結(jié)，并用封口膠帶將其固定在管子上，以減輕拉力。

3.2.2主支撐體系施工。

3.2.2.1混凝土橫梁+貝雷梁。

根據(jù)被懸吊管道的物理特性和基坑寬度設(shè)計出合理的混凝土支撐橫梁，每跨混凝土橫梁跨度在30m左右為宜。在混凝土橫梁施工過程中應(yīng)該注意以下幾點：

（1）開挖邊線的確定：根據(jù)施工圖進行混凝土橫梁位置放樣，在地面標(biāo)出混凝土橫梁中軸線，根據(jù)地面標(biāo)高與混凝土橫梁底標(biāo)高及開挖放坡坡度確定開挖坡頂線，并用白灰標(biāo)識明顯。

（2）混凝土橫梁處土方開挖：土方開挖采用挖掘機分層進行，每開挖深度達2m左右進行一次噴混凝土防護，燃氣管周邊5m內(nèi)的土體開挖采用機械配合人工進行，燃氣管周邊1m內(nèi)的土體全部采用人工開挖，開挖過程由安全員采用手持式燃氣探測儀進行漏氣探測，如發(fā)現(xiàn)有漏氣現(xiàn)象必須立即停止施工，請燃氣管道產(chǎn)權(quán)單位確認并采取有效措施后施工繼續(xù)開挖；開挖過程中，必須嚴格控制開挖方式，確保燃氣管安全及不破壞防腐層，隨著開挖進度進行現(xiàn)狀燃氣管影像資料的留存（主要是燃氣管變形情況、防腐層狀況、燃氣管周邊狀況等）。當(dāng)一段燃氣管管頂土方開挖完成后，立即進行該段管道坐標(biāo)及高程初始值的采集，為后面監(jiān)測系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析，開挖過程中發(fā)現(xiàn)防腐層現(xiàn)狀較差時，建議增加管道壁厚的探測。

（3）混凝土橫梁澆筑：混凝土橫梁鋼筋綁扎前必須施作墊層，墊層厚5cm，如遇中部撓度過大可將橫梁中部設(shè)置預(yù)拱，預(yù)拱度不小于L/300，混凝土橫梁應(yīng)與該位置冠梁一并進行澆筑，保證混凝土橫梁與冠梁的整體性。在混凝土支撐鋼筋施工過程中根據(jù)上部門架或貝雷梁位置設(shè)置地錨螺栓，以便與貝雷梁連接根據(jù)現(xiàn)場情況可以進行間距調(diào)整。澆注過程中須注意振搗，澆注完成后注意收面，混凝土終凝后覆蓋灑水養(yǎng)護不少于7天。

（4）貝雷梁進場檢查合格后就近拼裝，將貝雷梁單元從一道混凝土橫梁處開始拼接到下一道混凝土橫梁處，貝雷片單元之間按照專用使用手冊進行拼裝。

3.2.2.2格構(gòu)柱+貝雷梁。

如在遇到基坑較寬的情況，使用混凝土橫梁截面較大且不經(jīng)濟時，可以采用2道格構(gòu)柱作為主支撐，格構(gòu)柱頂板架設(shè)混凝土橫梁，然后安裝門架及貝雷梁。根據(jù)相關(guān)規(guī)范，建議兩側(cè)格構(gòu)柱間距為6m，單側(cè)離管道中心3m，以便在格構(gòu)柱的施工過程中保證管道的安全（施工震動）。

3.2.3懸吊體系施工。

圖4懸吊梁與貝雷梁固定連接圖

（1）每跨的主支撐體系形成以后立即進行懸吊體系施工。管道周圍的土方開挖：開挖過程注意減少土體擾動，開挖一跨懸吊一跨，確保在燃氣管安全，開挖采用機械配合人工進行。

（2）貝雷梁安裝后應(yīng)立即安裝加固工字鋼，根據(jù)管道性質(zhì)懸吊梁選用合適的雙拼槽鋼，每道懸吊梁間距建議采用6m，加固采用I20a工字鋼，間距建議采用6m。懸吊梁及加固工字鋼與貝雷梁連接固定方式如圖4所示：

（3）懸吊梁與貝雷梁固定采用10mm厚的鋼板，大小根據(jù)實際情況而定，在鋼板上面預(yù)留兩個長孔，孔徑比螺栓直徑稍大，孔處35mm，以避免因加工誤差導(dǎo)致現(xiàn)場無法安裝，安裝過程中必須增加墊圈。鋼板與槽鋼滿焊，焊縫高不小于6mm。I20a加固工字鋼通過M16 U型螺栓與貝雷梁加固連接，在I20a工字鋼鉆取兩個孔以便螺栓穿過固定。

（4）懸吊支承體系的選擇與安裝：為了避免溫差變化過大，使用固定支架時產(chǎn)生對管道不利的附加應(yīng)力，因此選用恒力彈簧吊架作為管道懸吊的支架。恒力彈簧吊架置于雙拼槽鋼懸吊梁頂。在安裝過程中測量放置彈簧吊架的準確位置，需將連接板尾部螺栓孔采用U型螺栓固定后再行與槽鋼搭接周邊焊接。焊接過程中必須注意漏氣檢測及焊渣掉落的保護。

（5）為避免施工工具在安裝過程中與貝雷梁、槽鋼、工字鋼等碰撞產(chǎn)生火花，需采用銅質(zhì)工具（如銅質(zhì)扳手）及橡膠工具（如橡膠錘），貝雷梁下土方開挖一跨，必須架設(shè)一跨貝雷梁，安裝一跨懸吊系統(tǒng)，遵循開挖一跨保護一跨的原則。

3.2.4管道防護體系施工。

（1）管道外包防護：當(dāng)管道周圍土方開挖完成后立即采用50mm巖綿保溫層、10mm橡膠板進行包裹保護，開挖一跨保護一跨，起到防碰、防曬、防火的功能。

（2）自動溫控噴淋系統(tǒng)：沿高壓燃氣管上方敷設(shè)一條Φ20mm的高壓水管，水管上隔3m一個灑水孔，貝雷梁之間安裝自動溫度及煙霧感應(yīng)裝置，當(dāng)溫度超過25攝氏度時會自動打開噴淋系統(tǒng)進行降溫，使管道外部溫度維持在25度左右，還可以防火。

自動溫控噴淋系統(tǒng)由溫度傳感器、溫度開關(guān)組成，溫度開關(guān)控制高壓水管，當(dāng)溫度超過設(shè)置上限以后，溫度開關(guān)自動會打開水閥向管道內(nèi)供水噴出水霧，從而使外部溫度降低不超過溫度上限，溫度傳感器每隔10m布置一個，保證每個區(qū)域溫度控制在一個水平，消除因為管道自身因為溫度不同，而產(chǎn)生對管道不利的應(yīng)力。

（3）防雷：直擊雷防護利用鋼筋混凝土橫梁門架內(nèi)的主鋼筋、金屬貝雷梁及工字鋼橫梁本體作為接閃器及引下線；接地裝置采用自然接地體，利用鋼筋混凝土橫梁門架內(nèi)的主鋼筋及與其焊接連通的地鐵四周圍護樁基礎(chǔ)內(nèi)的鋼筋網(wǎng)，等電位接地線采用-40×4熱鍍鋅扁鋼，沖擊接地電阻R≤10Ω。所有連接采用搭焊接，圓鋼焊接長度為不少于圓鋼直徑的6倍，扁鋼焊接長度為不小于扁鋼寬度的2倍，且不少于三面施焊，并形成良好的電氣通路，焊接處作防腐處理。具體布置如圖5所示。

（4）在貝雷梁頂部采用50mm×50mm×5mm方管焊制防落物撞擊骨架，與貝雷梁采用鐵絲扎緊，上覆蓋藍色彩鋼瓦防止太陽直曬管道，兼起防止落物掉落基坑作用。

利用貝雷梁固定工字鋼在貝雷梁下弦桿處沿車站縱向在管道兩側(cè)各鋪設(shè)1條能夠施工走道板，以方便巡查及監(jiān)測人員行走，走道板沿貝雷梁方向安裝，與加固工字鋼、懸吊梁采用鐵絲綁扎牢固。在貝雷梁內(nèi)側(cè)鋪設(shè)米格網(wǎng)，利用貝雷梁兼作護欄，米格網(wǎng)與貝雷梁采用鐵綁扎。米格網(wǎng)搭接必須大于2個網(wǎng)孔，走道板必須與槽鋼及工字鋼采用8#鐵絲綁扎牢固。

管道防護體系實現(xiàn)的各項功能如下圖6所示：

3.2.5全自動監(jiān)測系統(tǒng)施工。

（1）安裝天然氣漏氣自動報警裝置一套，漏氣監(jiān)測探頭設(shè)在燃氣管上方，每隔10m安裝一臺，并連接到總報警器。自動報警裝置設(shè)在現(xiàn)場指揮室，安裝好后先進行調(diào)試，調(diào)試時采用小瓶裝天然氣放在管下模擬漏氣。

（2）變形監(jiān)測：將燃氣管監(jiān)測納入到基坑施工監(jiān)測項目，統(tǒng)一基準、綜合分析，確保燃氣和基坑總體安全。主要監(jiān)測內(nèi)容如下：

支撐軸力、沉降、樁頂水平、豎向位移，圍護樁測斜、燃氣管豎向、水平位移，派專人實行24小時監(jiān)測，每12h監(jiān)測一次。

監(jiān)測點布置及初始值采集：監(jiān)測點布置完成后立即進行初始值的采集，并報第三方監(jiān)測單位進行復(fù)核，確定后作為后續(xù)監(jiān)測結(jié)果計算的基準值。需監(jiān)測貝雷梁與燃氣管位移及沉降量，兩都同步實施，綜合分析，根據(jù)貝雷梁跨度進行布置，每跨端頭及跨中位置設(shè)置一組監(jiān)測點，每組3個點，其中兩側(cè)貝雷片各1個，燃氣管1個，燃氣管監(jiān)測點采用鋼箍固定于燃氣管上，貝雷梁上采用圓頭十字螺栓作為監(jiān)測點。

3.2.6管線復(fù)原。

為盡量減少懸吊保護的時間跨度，在相應(yīng)段落頂板澆注完成后在頂板頂、管道底施作砼柱作為燃氣管支撐柱，支撐柱每6m一道，砼支撐柱的設(shè)置根據(jù)燃氣管的遷改進度確定。每一跨懸吊保護內(nèi)的支撐柱施作完成并達到強度的75%后，即可拆除該跨的懸吊保護系統(tǒng)。然后回填至原路面，恢復(fù)路面使用功能，燃氣管線懸吊保護工序結(jié)束。

4. 效益分析

4.1經(jīng)濟效益。

（1）對遷改難、成本高、影響大的縱跨基坑高壓燃氣管使用該技術(shù)，可以解決管線遷改影響工期的難題，有利于加快車站施工進度，避免了主體工程人員窩工和設(shè)備閑置，同時降低了管線施工費用，經(jīng)計算，采用本工法的工程成本約1.42萬元/米，而管線遷改工程成本約1.5萬元/米，經(jīng)濟效益明顯。

（2）懸吊保護系統(tǒng)中大部分主要設(shè)備都可重復(fù)利用，不會造成資源浪費，而改遷一次投入大量資源，這些資源一般難以重復(fù)使用，資源耗費很大?？梢娫摷夹g(shù)在城市工程施工中遇到類似情況時可大量推廣使用。

4.2社會效益。

高壓燃氣管線遷改需停氣可能導(dǎo)致阻工風(fēng)險，甚至造成社會恐慌。因此使用該工法對遷改難、成本高、影響大的高壓燃氣管進行保護，有效避免社會影響和安全風(fēng)險。

5. 結(jié)束語

通過本工藝的成功應(yīng)用，形成了集跨基坑橫梁支撐、貝雷梁懸吊、燃氣管變形控制和混凝土支撐恢復(fù)等為一體的超長高壓燃氣管原位懸吊保護施工綜合技術(shù)，降低了安全風(fēng)險，縮短了施工工期，節(jié)省了施工成本，為類似施工條件的地鐵車站工程施工提供了可借鑒經(jīng)驗。

參考文獻

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[文章編號]1619-2737（2017）05-20-674

[作者簡介] 溫少鵬（1973-），男，學(xué)歷：研究生，職稱：高級工程師，主要從事地鐵工程技術(shù)及管理工作。

祁海峰（1985-），男，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：工程師，主要從事地鐵工程技術(shù)管理工作。