盧雪峰

摘? ?要：華南某石油儲備庫戶外管線因選址、法律法規(guī)、政策及規(guī)劃等原因必須穿越高速公路、自然保護區(qū)、文物古跡等障礙。本文提出了山體敷設(shè)、定向鉆及頂管3種施工方法，并對其關(guān)鍵點和施工中的核心問題進行了探討研究，為類似工程提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：戶外管線;翻越敷設(shè);定向鉆;頂管

1? ? 戶外管線施工背景

華南某石油儲備庫因其選址位于山地，雖然在勘察選線和實地踏勘階段已采取規(guī)避、繞行等方式，但還是無法完全避免穿越高速公路、自然保護區(qū)、文物古跡等障礙。再者，因當(dāng)?shù)胤煞ㄒ?guī)、政策及已有規(guī)劃等原因所限，不能采用常規(guī)的地面開挖的方式敷設(shè)管道。由于戶外管線所經(jīng)之處大多地形起伏大，地質(zhì)條件及水文地質(zhì)多變、雨量充沛等不利因素，造成施工異常困難。因此，如何解決戶外管線施工中各種穿越方式存在的難題，從而保證戶外管線的安全性及順利運營有十分重要的意義。

2? ? 施工階段的關(guān)鍵問題及要點

目前，長輸管線常見的穿越方式有以下幾種：大開挖法、跨越、定向鉆法、開挖隧道法、頂管法及隧道法等方式。其中，跨越方式主要有簡支梁、桁架、拱跨、鋼架、斜拉、懸索與懸纜等十余種管橋型式[1]。由于本項目在平坦地段敷設(shè)管線所采取的措施比較簡單，本文不作深入討論。本文著重討論管線沿橫坡和縱坡敷設(shè)、定向鉆、頂管等方式施工時所遇到的難題、施工要點及解決措施。

2.1? 翻越敷設(shè)

翻越山體敷設(shè)管線是本項目最常見的一種管道敷設(shè)方式，大致可分為：管道沿橫坡敷設(shè)和縱坡敷設(shè)兩種完全不同的敷設(shè)方式。橫坡是長輸管線的，走向基本平行于等高線，或者說與等高線相切。此種敷設(shè)方式多位于有一定高度的坡腳或坡面，經(jīng)開挖后形成路塹邊。橫坡敷設(shè)容易誘發(fā)滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害，原則上應(yīng)該避免[2]。當(dāng)谷底和山脊均不具備敷設(shè)條件時，才應(yīng)該選擇橫坡敷設(shè)[3]。管線沿縱坡敷設(shè)雖然總體開挖后的邊坡較為安全，但是此種敷設(shè)方式作業(yè)難度大，還需在一定位置設(shè)置作業(yè)平臺，完成施工作業(yè)后對現(xiàn)場水保、植被破壞較大。

翻越山體敷設(shè)管線的關(guān)鍵點如下：施工前應(yīng)先做好現(xiàn)場實際踏勘，尤其了解現(xiàn)場存在的安全隱患。針對巖質(zhì)邊坡的結(jié)構(gòu)面要仔細(xì)研究。特別注意在危險段施工時，須經(jīng)各個專業(yè)反復(fù)討論之后方可施工，施工前設(shè)計單位必須做好交底。踏勘階段發(fā)現(xiàn)潛在滑坡和有崩塌趨勢的巖體，應(yīng)做標(biāo)記或立即處理。

在滿足管道最小埋置深度的前提下，對不管是巖質(zhì)還是土質(zhì)邊坡均應(yīng)盡量少擾動。

地下水和地面水改變了主動土壓力系數(shù)Ka、土的重度γ、內(nèi)摩察角等參數(shù)的取值，尤其水的潤滑作用使支擋結(jié)構(gòu)的抗滑移和整體穩(wěn)定性變得更加不利，所以在支擋結(jié)構(gòu)的土壓力計算、抗滑移驗算和整體穩(wěn)定驗算都要充分考慮水的不利影響，應(yīng)對所取參數(shù)進行修正。筆者在項目進行過程中，曾多次親身經(jīng)歷水（包括地面水和地下水）對支擋結(jié)構(gòu)造成的破壞;尤其是管線沿縱坡敷設(shè)時必須設(shè)置截水墻（見圖1）、排水溝及鋼筋混凝土保護層防止山體坡面形成較大匯水，帶走管道頂層覆土，也可以防止巖塊崩塌對新建管道造成破壞。

要整體建模分析土質(zhì)和巖質(zhì)邊坡的整體穩(wěn)定性，可采用削坡減重、擋墻、土釘、噴錨支護及抗滑樁等多種方式保證邊坡穩(wěn)定。削坡減重法應(yīng)做到有效削坡，削坡的原則是：減少土體作為滑動力部分的自重。土釘、噴錨支護和抗滑樁是3種有效支護方式，在一定程度下可以減少挖填方量和征地費用。

施工前就應(yīng)該考慮綠化水保問題。植被對水保綠化的意義重大，而且對邊坡穩(wěn)定意義重大。施工前應(yīng)做好表土剝離和收集。應(yīng)選擇根系發(fā)達、耐候、易于成活的植被。在本工程中，多處邊坡選用網(wǎng)格植草、客土噴播植草及植生袋等經(jīng)濟且見效快的方式，已取得不錯的效果。

2.2? 定向鉆施工法

定向鉆作為一種比較成熟的施工工藝，在敷設(shè)大口徑、長距離的石油和天然氣管道時經(jīng)濟實用，可以做到管道埋深達到安全可靠目的，宜作為管道穿越的第一優(yōu)選方法。定向鉆的優(yōu)點為：對地表的干擾較小、環(huán)境影響小、不影響交通、施工速度快、可控制鋪管方向、施工精度高，可以節(jié)省大量的征地時間和費用。

出口位置和入口位置的確定。一旦確定采用定向鉆的穿越的方式，就應(yīng)該結(jié)合現(xiàn)場實際情況和周邊環(huán)境，考慮鉆機、泥漿池和管道預(yù)制場地的布置問題，從而確定管線的出、入口位置。

實際地質(zhì)情況和已有勘察資料不符或相矛盾，充分了解定向鉆穿越段的地質(zhì)情況，必要時可以加密勘察點。例如，本項目在定向鉆施工前，在出土點和入土點各設(shè)置3個勘察孔;當(dāng)遇到不良地質(zhì)時，也應(yīng)增加勘察孔的數(shù)量。一旦發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況不適合定向鉆施工，及時調(diào)整穿越線路。

本工程施工定向鉆施工過程中曾遇到淤泥、淤泥質(zhì)土、流沙、砂卵石層不良地質(zhì)情況。淤泥和淤泥質(zhì)土在飽和狀態(tài)下呈流塑狀，未經(jīng)處理無法成孔。工程中，對于少量或淺層的淤泥或淤泥質(zhì)土可以采用挖出的方式。如果淤泥或淤泥質(zhì)土是大面積且埋置深度較深，可以采取預(yù)注漿對其固結(jié)，再進行定向鉆施工的方式。砂卵石層在地鐵和隧道修建過程中均屬于難以穿越的地質(zhì)環(huán)境。定向鉆穿越砂卵石層時也是一個值得高度重視的問題。砂卵石層因自身硬度不均勻、摩擦阻力大，鉆頭鉆進時較大塊石或礫石會隨鉆頭移動，導(dǎo)致鉆進困難。施工前，應(yīng)充分考慮上述問題才能合理選擇鉆機和鉆頭形式。

泥漿作用是一個易忽視的問題，尤其在鉆進和回拖時發(fā)揮著重要作用，直接決定施工質(zhì)量和水平。一方面，配比合適的泥漿是一種護壁和潤滑均俱佳的流體。協(xié)調(diào)泥漿壓力和鉆井速度，根據(jù)現(xiàn)場實際，要不斷調(diào)整以獲得合適的泥漿配合比。另一方面，擴孔時通常壓力較大，要避免出現(xiàn)真空，導(dǎo)致冒漿。再者，管道回拖時必須要保證泥漿循環(huán)不間斷。

穿越層、出入土角度、水平轉(zhuǎn)角及曲率半徑等參數(shù)的取值往往存在矛盾之處，其取值直接關(guān)系到工期和成本，須結(jié)合現(xiàn)場實際情況和自身的施工能力合理取值。通常，穿越時管道的出、入土角度直接影響到穿越的長度和深度，出、入土角度越大，拖拽管道的阻力就越大，施工難度就越大[3]。

2.3? 頂管施工法

相對于傳統(tǒng)管道，頂管施工工藝具有以下特點：（1）不影響周邊環(huán)境，不破壞已有綠化和植被。（2）施工期間不影響交通。（3）具有挖方量少、工期短、造價低的特點。（4）尤其適用于公路等不宜放坡開挖溝槽的管道施工[4]。因頂管法施工具備上述優(yōu)點，另一方面為保證本項目按期投產(chǎn)，本項目有多處管道采用頂管法穿越高速公路，最終取得理想的效果，某處頂管法應(yīng)用如圖2所示。

頂管法施工應(yīng)著重注意以下幾點。

研究穿越段地質(zhì)資料和水文地質(zhì)情況，地貌、周邊不利條件，應(yīng)查清地下含水層，有無地下潛水，施工過程有無塌方或是塌陷可能，提前做好應(yīng)急方案。本項目在現(xiàn)場頂管作業(yè)時曾發(fā)生多次塌陷和流沙。塌陷和流沙是地下工程施工中經(jīng)常遇見的工程難題。本項目通過現(xiàn)場地面向下垂直反復(fù)多次預(yù)注漿固結(jié)松散土體，然后通過人工掏土的方式成功穿越施工危險段。

現(xiàn)場踏勘應(yīng)查明場地大小、高程、現(xiàn)場水源，作業(yè)坑及泥漿池的擬擺放位置。根據(jù)頂進方式、管徑、管壁和接觸土體的摩擦力計算頂推力并合理選擇千斤頂，從而計算后背墻的受力和剛度。

頂進過程中應(yīng)連續(xù)監(jiān)測作業(yè)面正上方土體變形情況，避免頂進過快造成地面的隆起和下沉。遇見地下水豐富的土層，應(yīng)先采取降水、旁路引導(dǎo)等方式，盡可能避免過快頂進增大管周對富含地下水土層的擾動，從而降低管周和管頂土體的穩(wěn)定性[5]。

加強管道頂進過程的軸線偏差的測量和糾偏。應(yīng)每頂進一節(jié)測量一次，及時糾偏避免誤差積累過大而糾偏困難。激光導(dǎo)向自動糾偏系統(tǒng)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于地下工程掘進中。本工程因作業(yè)條件所限，在幾個地質(zhì)復(fù)雜的地段多采用人工挖土法和千斤頂糾偏。管頭偏高時多挖下半圓土，使其在繼續(xù)頂進時借管子自重而進軸心樣線;當(dāng)管頭低時，則多挖上半圓土，繼續(xù)頂進中管頭自然抬起。也可采用千斤頂，調(diào)整管頭高度，達到糾偏效果。

完成頂管施工后，應(yīng)對施工段進行監(jiān)測觀察，可對擾動較大的土體進行注漿加固或硬化處理，已消除頂管后的安全隱患。

3  ? 結(jié)語

戶外管線部分的順利貫通為石油儲備庫發(fā)揮作用奠定了基礎(chǔ)，幾年來，戶外管線部分一直發(fā)揮其積極作用。每2周一次的戶外管線巡查結(jié)果表明：沿線邊坡穩(wěn)定，定向鉆和頂管施工段安全可靠。本項目所采取的施工方法和措施可行，可以為其他項目提供經(jīng)驗。

[參考文獻]

[1]黃春芳.油氣管道設(shè)計與施工[M].北京：中國石化出版社，2008.

[2]郭存杰，張來斌，梁 偉，等.油氣管道橫坡敷設(shè)邊坡穩(wěn)定性計算[J].油氣儲運，2016（12）：1342-1346.

[3]馮韶恒，陳曉虎，陳百超.油氣管道在山區(qū)橫坡段敷設(shè)方案[J].當(dāng)代化工研究，2018（8）：64-65.

[4]張長青.油氣管道定向鉆穿越的設(shè)計要點分析[J].上海煤氣，2018（6）：10-12，17.

[5]路 平.一種頂管穿越公路的安全性評價方法研究[J].山西建筑，2019（4）：156-157.