燃气管道穿越河流抢修施工技术

燃气管道穿越河流抢修施工技术燃气管道穿越河流抢修施工技术 敷设地下燃气管道时 常需穿越河流 其施工工艺根据施 工现场条件而定 目前一般采用的施工方法为架空跨越和水下 敷设两大类 一 架空跨越法一 架空跨越法 穿越河流的管线从水面上架空而过 适用于附近有桥梁或 河流较狭窄的情况 架空跨越可分 附桥架设法 管桥法和拱管法等三种类型 1 附桥架设法 由于城市地下燃气管道一般敷设于公路旁 在穿越河流时 即可依附于公路桥梁两边架设 故也称 桥管 该方法在施工 中最为常见 1 桥管安装位置桥管安装位置一般由桥梁管理部门指定 一般布置如下 新建桥梁预留的管孔内 见图 2 9 26 图 2 9 26 架设在桥梁上的预留孔 原有桥梁无预留孔而需搁置在特制钢架上 见图 2 9 27 2 吊装荷重计算有关管道架空绕度计算参阅第三章 桥管 绕度的平衡安装见图 2 9 28 由于钢管的吊装在离水面数十米的高空进行 与陆地上正 常施工相比应增加吊装安全因素 计算最大吊件质量的方法与钢管施工同 根据吊装的落点 吊机停放位置的距离 选择吊机类型 为确保吊机操作时的稳 定 应考虑吊臂与水平仰角为 60 吊机停放位置应选择在平 整的场地 距离桥栏杆应大于一米 吊机选定后应将吊装时的总荷重与该桥梁的载荷作校核 满足下式才可施工 m f m m1 m2 m3 式中 m1 钢管质量 吨 m2 吊机质量 吨 m3 工具 操作人员的质量 吨 f 桥梁载荷能力 吨 当 m f 时可采取加铺铁板使载荷分散或移动吊机停放位 置等方法来弥补 图 2 9 27 钢管过桥架空安装示意图 1 桥桩 2 镶接铸管 3 绝缘玻璃布沥青 离地面 700 毫 米以上 4 支墩 5 波形管托架 6 固定半圆环 7 波形管 8 桥栏杆 9 桥灯 3 操作顺序桥管施工应由专人负责指挥 吊装按照先桥上 后桥下的顺序进行 吊装中应遵守安全规程 按预先制订的施 工方案实施 根据挠度计算的数值 在地面平台上完成直管部分拼装 焊接 跨距大的河流可分若干段 直管部分吊装就位时 为防止钢管扭转 特别稍带拱形的 钢管 应采用 八字型 双索吊装 为减少架空焊接量 吊装长 度应根据吊机荷重选择最大值 吊装的直管用抱箍加以固定后 方可拆除吊装绳索 较窄的河流 直管部分可以一次吊装完成 较宽的河流可分若干段 在支架上拼接 但必须引放样线 使 各段拼接的直管保持同心 图 2 9 28 较大跨距桥管绕度的平衡安装 除较窄的河流外 一般桥管均需安装温度补偿器 补偿器应设置于直管部分 为水平安装 补偿器的两侧钢 管应设支架 或预先制作托架作支点 目前桥管上广泛采用 波 形补偿器 分别用放样线定出桥管和岸管的轴线 丈量出垂直距离 根据盘弯角度 计算出两侧引管具体尺寸 在地面平台上制作 成双弯管配件 丈量方法见本章前述 然后分别吊装至桥管两端 拼接 在口径较小 一般 5300 毫米以下 长度较短 一般 10 米左 右 的情况下 桥管和引管可在地面上拼接为整体一次吊装就位 可避免架空拼焊量 提高工效 与岸管镶接应在最后阶段进行 引管的岸侧直管部份长 度应大于 200 毫米 并砌筑混凝土基础为支点 以防桥管载重 引起下沉 除锈 防腐 清除钢管表面铁锈 涂二度底油漆 大部 分可预先在地面上完成 引管的埋地部分防腐应采用外包玻璃 布和沥青 三油二布 并延伸至地面上 20 厘米 2 管桥法 当地下管穿越河流时无桥梁依附或有桥梁但无条件供管道 架设时通常采用打桩 架空的穿越施工 这种方法称 管桥法 1 按照穿越管道的轴线位置定出管桥桩的定位直线 并根 据设计要求确定打桩点 完成打桩 管桥桩横梁上应预埋抱箍 螺钉 2 由于无桥梁依附 管道拼接将在河流某一岸进行 由于 吊机无法停靠 使吊装就位发生困难 施工中采用牵引方法将 管道拖移就位 因此 施工前必须在河岸选择好桥管拼接位置 并制作好 拼装平台 在 平台 的对岸打桩 地锚 安装电动卷 扬机 牵引设备的牵引力的验算式为 q n n pfk 式中 q 牵引力 牛 n 牵引载荷 牛 p 牵引管道所受的重力 牛 f 摩擦系数 钢与土壤取 0 4 k 起动系数 取 2 3 在较狭的河流上施工时 一般采用移动吊装法 根据测 量所得尺寸在河岸 平台 上将 管桥 整体全部制作完成 两端封 口 然后启动设置在对岸的牵引设备 将 管桥 移至水中 并 借助于水的浮力将管桥的一端浮运至对岸 然后在两岸各设一 台吊机同时协调起吊至 管桥桩 上就位 并随即用抱箍加以固 定 4 在较宽河流上施工时 由于跨度大 管桥 无法整体吊装 可采用 浮运吊装 法 见图 2 9 29 图 2 9 29 过河桥管浮运起吊法安装示意图 1 滚动活轮组 2 吊车 3 船吊设备 5 敷没钢管 6 驳船 7 钢管安装座 8 钢筋混凝土管桩 9 牵引钢绳 10 吊车 11 卷扬机 12 地锚 在河岸设置操作平台 并安装滚动活轮组 于河对岸打 地 锚 安装电动卷扬机和滚动活轮组呈一直线 并选用小型驳船 在船上搭建平台 其高度与河岸平台呈同一水平 以吊装时水位 计 操作时 先将钢管吊至活轮组上组装焊接 活轮组可视现场 条件设若干组 完成后运用对岸牵引设备 将已组装的钢管往 对岸方向移动 并将移至河中钢管搁置于驳船平台上 并加垫 块将钢管调整至水平位置 再往钢管下垫入木板或橡胶板 防 止滑动 然后启动卷扬机牵引钢管 利用驳船的浮力即可很方 便 平稳地将钢管逐渐移动 与此同时 在河岸的平台上逐段 组装钢管 依次逐段进行 当桥管全部组装完成后 按图示要 求运用河二岸停放的吊机 将钢管吊装至桥桩上就位 如 二 台吊机荷重无法承受 则可在河流中设 浮吊 配合吊装 3 拱管法 拱管法是将穿越河流的等截面钢管预制成拱形管 然后整 体安装 拱管必须验算其抗弯强度 主要考虑其空间稳定性 因为 风力吹动使管产生较大的扭矩 空问稳定性可用对拱管的矢跨 比进行验算 式中 f 拱管高度 米 l 拱管弯曲长度 米 当管自重和风载较大时可采用较小的矢跨比 但温差较大 地区用较大的矢跨比 为减少引管扭转应力 拱管两侧应砌筑牢固的混凝土基础 并加抱箍 见图 2 9 30 拱管跨度大 可以不必设管桥桩 但安装困难 只能在局 部地区选择使用 图 2 9 30 拱管法安装示意图 二 水下敷设法二 水下敷设法 当穿越河流的管道因水上航道限制而无法采用架空跨越方 法时 则采用 倒虹吸管 方法在河底土层中埋设穿越 在水下 敷设管道比架空跨越施工难度高 必须编制完整的施工方案 并报请航运部门批准和支持 1 施工准备 水下管敷设涉及到较复杂的施工技术 安全机具等问题 施工前应按照设计要求作好充分的准备工作 1 核对施工地区河流的水文地质资料 测量穿越河流的水位 并了解历史最高水位 测定穿越点河流流速 河底流速一般取河面流速的 0 85 0 9 在河流两岸钻孔取样 了解河底的土质情况 2 施工方法选择 水位较低 流速较慢 土质较好的允许封航的中小型河 流宜用 围堰法 施工 水位较高 流速较快 没有条件封航的中小型河流可采 用 浮运下沉法 施工 大型河流 没条件封航的中型河流可采用 顶管施工法 3 穿越施工点的确定 管位在符合设计要求的前提下 穿越点应选择在河流平 直 水流平缓 河底平坦 河床稳定 地质构造单一 两岸具 有较宽阔漫滩 和具备操作场地的河段 下列地带不宜穿越沙滩或浅水滩 桥梁上游三百米 下 游一百米之内的地区 船只可能停泊下锚处 沿岸建筑物和地 下管线密集 无施工场地的河段 4 施工时间的选定 根据掌握的航运资料和水文资料 将施工时间安排在雨水 少 河流枯水期 航运淡季时 可减少人力 物力 增加工程 的可靠性 2 河底沟槽开挖 1 围堰法在待穿越水下管线两边 堆筑临时堤坝 阻挡水 流并排除堤坝间的积水 然后开沟敷管 回垫覆土 此方法简 单 需要设备少 但是必须在断航下施工 有一定的局限性 围堰的种类较多 常见有土围堰 草土混合堰 木排 槽钢 桩围堰和草麻袋围堰等方式 详见图 2 9 31 图 2 9 31 各种河底围堰示意图 1 石块竹笼 2 粘土草包防冲层 3 粘土草包护层 4 砂质粘土 5 石块护脚 6 钢板 7 槽钢桩 8 土质堰体 9 满布铅丝绳 10 敷设管道 11 草 麻 包 粘性土 12 敷设管道 13 散草 14 捆草 15 粘性土 壤 土围堰采用含有卵石的砂质粘土料堆成梯形并夯实 水 流急时外层用粘土草包和石块保护 防止水流冲涮 此方法简 单 在流速小 河流狭窄情况较适用 草土混合堰由草捆与粘土相问堆压而成 草呈柔性以抗 水 受土荷重而密实 有很稳定的抗渗性能 造价低廉 施工 方便 适于水深在 6 米内 流速小于 3 米 秒的河流中 围堰 土和草的体积比为 1 1 5 左右 堰体底宽取水深 4 5 倍为宜 槽钢 木排 桩围堰用槽钢桩或木桩打入围堰两侧 间距 为一米左右 入土深度视水深和流速而定 围堰两侧用铁板封 闭 填土夯实 由于填土量比土围堰 草土混合堰少 一般适用于水深 3 米 流速 2 米 秒的河流 草 麻 袋围堰在草 麻 袋中装入松散粘性土 装填量为袋 容量的 2 3 堆筑于围堰两侧 中间加砂质粘土 适用于水深 3 5 米 流速为 1 2 米 秒 河床不透水场合用 各种围堰构筑要求详见表 2 9 5 表表 2 2 9 9 5 5 各种围堰构筑要求各种围堰构筑要求 边坡 分类填料顶宽 米 临水面背水面 土围堰 草土混 合堰 草 麻 松散粘土 砂粘土 粘性土 及草 草袋 2 4 1 2 2 2 5 1 2 1 3 1 2 1 3 2 3 1 2 2 3 1 2 1 0 5 1 0 2 袋围堰 钢 木 桩围堰 粘性土 粘性土 0 8 1 5 1 1 1 0 5 1 0 1 0 2 水下开掘沟槽带水开掘河底沟槽的操作既困难 又费时 当水深超过 0 7 米时用人工一般无法操作 则需采用机械来开 挖 操作中必须随时测量 以防水下沟槽超深 开挖方式可选 用以下四种 拉铲开挖 见图 2 9 32 拉铲是钢制的底部有齿状铲刀 的铲斗 在前后系上钢丝绳经过滑轮引至卷扬机 操作时启动 卷扬机来回牵动拉铲开挖河底沟槽 用此方法开挖沟槽 其底 部成弧形 无法保持平整 图 2 9 32 水下拉铲开沟示意图 1 双鼓轮绞车 2 尾塔拉绳 3 竖杆 4 曳引绳 5 曳引尾绳 6 竖杆 7 尾塔拉绳 8 拉铲 采用挖泥船开沟挖泥船的类型根据土质选定 各类粘性 土壤可选用绞吸式挖泥船 抓斗式挖泥船或轮斗式挖泥船 非 粘性土壤可选用吞口式挖泥船 采用水力吸泥器或空气吸泥器水力及空气吸泥器的作用 原理和射流泵一样 是利用高压水或压缩空气通过一个喷嘴 在管内造成负压产生吸力将泥砂送出水面 图 2 9 33 这种方式适用于砂性土壤 对于粘土或较坚硬的土壤应配 备射水装置 先碎土 再吸泥 也同样达到较好的效果 爆破开沟适用于基岩河床的水下开沟以及不适宜机械开 挖的软性土层 爆破法无需大量机具和人工 施工期较短 对 于小型管道的水下沟槽 爆破后即成沟型 对于口径较大的管 道沟槽往往是采用爆破和其他方法配合进行 先爆破起松后 再用其他方法开挖 3 水下管道敷设 河底拖运敷设当密封管体的自重大于水的浮力时 将自 然下沉至河底 施工时先测量已开挖沟槽位置 在河岸边预先 把穿越管道拼装成整体 然后通过对岸的牵引设备拖运至河底 沟内 牵引设备应与拖运管道保持较小的高差 设于水下管道轴 线上 此方法一般适用于口径小于 400 的钢管 图 2 9 33 水力吸泥器工艺流程 1 泥浆吸口 2 挡石钢罩 3 高压水进口 4 喷嘴 5 混合室 6 吸泥管 7 喷泥管 8 泥浆喷出口 浮运下管 当密封管段的自重小于水的浮力时 可采用 浮运下管方法 施工前将穿越管道预制成整体 并在河的两岸 用牵引设 备将管段漂移至水下沟横的上方位置 然后往管段内灌水使其 沉入水底沟槽中 由于在往管段内灌水过程中 管段会产生不 均匀下沉 因此灌水过程应缓慢 均匀 应考虑若干个进水点 和排气孔 围堰法敷设管道比带水敷设方便得多 与陆地上施工的主 要区别是吊装设备无法进入围堰地区 所以一般采用河底拖运 法施工 可以整体拖运至沟内 也可以逐段拖运 拼装 对于中小型河流水下管道敷设 一般采用围堰法开沟敷管 带水开沟敷管不仅施工困难 而且工程质量难以保证 应尽量 少用 4 水下管道敷设要求水下管道是由河底管和引管二部分组 成的倒虹吸管 图 2 9 34 图 2 9 34 过河倒虹吸管安装示意图 1 钢筋混凝土工作坑 2 集水井 3 排水管 4 倒虹吸 双管 5 波纹管 6 水坑 7 支座 8 阀门 9 水井梗 当河底管选用双管时 两管之间应保持 50 毫米间距 以利检修 河底管敷设深度 0 8 1 5 米 为防止管道不均匀 下沉 应保持较大坡度 一般选用 10 以上 管道坡向成弧形 水井一般位于河床中间 有条件时应尽可能安装在临近河岸的 位置 水井梗安装于河底管内部 延伸至河岸操作室内 在完成河底部分管道敷设后再安装引管 河岸部分 河流两岸引入管均设操作坑 坑内设抽水泵 阀门和波形 补偿器 然后连接 y 型三通管合并为一根管道与岸上地下管连 通 因水下管道检修难度大 对河底管道的强度和防腐应作 特殊处理 a 钢管焊缝 特别是环向焊缝 必须严格按照二级以上焊接 规程要求进行 对每条焊缝必须进行无损探伤和 x 光拍片检查 最后进行气密性试验 试验气压应按正常数据提高一倍 河底 管道多数整体牵引敷设 会产生对环向焊缝的弯曲应力集中 故应作加强措施 在环向焊缝外壁均布加强筋 图 2 9 35 效果较为理想 加强筋的钢材应与钢管材料相同 加强筋的数量至少四条 随钢管口径的增加而相应增多 钢管环向焊接处的加强筋不仅用于河底管 同样可以使用 于其他地下钢管中 各种口径钢管配筋数参见表 2 9 6 表表 2 2 9 9 6 6 常用钢管加强筋板数量常用钢管加强筋板数量 公称管径 毫米 200 300 400 500 600 700 800 900 1000 加强筋板 条 44567891012 图 2 9 35 河底管加强筋板焊接示意图 b 钢管的防腐绝缘层 应选用四油三布加强处理 表面均 应电火花测试合格 水井梗的防腐要求与钢管相同 c 水下管道敷设后沟槽的回垫土比较松软 存在着较大空 隙 加上竣工后由于河水流动 冲刷 将大大减少管线表面的 盖土层 带水敷设回垫土的效果更差 因此水下管道的防浮处 理显得十分重要 据国外有关资料介绍 水下管道的破裂大多 数是由于管道荷重不够 管道上浮而产生的 考虑到水下回垫土层的不稳定 所以一般埋设深度应大于 河底冲刷以下 0 5 米位置 同时必须附加重块防浮 验算中可 将覆盖土层荷重忽略不计 作为安全因素 附加重块可按下式 计算 p k q p g q 式中 p 单位长度管道上的附加重块的质量 公斤 米 q 单位长度管道在空气中的质量 公斤 米 q 单位长度管道密封状态下浮力 牛 米 p 单位长度管道上附加重块浮力 牛 米 g 重力加速度 米 秒2 k 安全系数取 1 2 1 5 水流湍急采用较高数 附加重块可用铸铁或钢筋混凝土制成马鞍式或铰链式平衡 块 见图 2 9 36 用此种附加重块稳管较简便 但由于数量 不多容易产生应力集中 而且不能很好固定于管道表面 对于 水流急 河床不稳定地区不宜使用 图 2 9 36 马鞍式及铰链式河底管道平衡块 也可在回垫土层上用水泥 配钢筋 灌注成连续覆盖层 此种 方法对管道载荷均匀 但施工较为困难 也有采用钢制框架稳 管或用抱箍稳管 详见第 9 章安全施工技术 5 顶管施工在穿越水流急 宽度大 航运繁忙的江河时 目前较多采用顶管施工法 由于顶管施工可避免与河流直接接 触 施工时不受航运干扰 因此逐步为穿越大中型江河的主要 施工形式 顶管施工示意图见图 2 9 37 图 2 9 37 外加套管顶管法示意图 1 套管 2 敷设管 3 钢筋混凝土工作坑 4 集水井 5 集水坑 6 水井梗 3 大跨度管桥施工法 当受到河流船舶通行 管桥的支墩的设置受到局限 其跨 距较大 无法满足穿越钢管的强度和刚度要求 此类称之为大 跨度管桥可采用以下施工方法 1 扩大管径或增加壁厚 此方法目的是增加钢管的强度 方法处理简便 但因管材 增加和支墩的扩大 所以费用增加较大 2 增设管陇 木行架 根据跨距 设计和制作方型的钢制木行架 俗称管陇 安装 于支墩上 随后将钢管穿越木行架内 此方法施工方便 但钢制木行架制作安装费用较高 3 采用斜拉法 双塔或单塔 此工艺来自斜拉桥结构原理 在管桥中间或二侧设置强度 较高的水下支墩 引出水面 并在支墩上安装竖向木行架 二 面或单面引出斜拉钢索 牵引住管桥 参见图 2 9 38 图 2 3 38 管桥双塔斜拉结构示意图 1 管桥椿 2 补偿器 3 套筒 4 调整套 5 斜拉架 6 避雷针 4 采用 增大管道惯性距 施工方法 增大管道惯性距 是上海煤气公司近年来开发的新技术 通过对大跨度管桥钢管上下两侧焊接 槽钢简易方法 增大钢管 的 惯性距 提高钢管的刚度 燃气管桥安装必须符合管道 钢 管 的强度和刚度二个条件 管桥的强度条件应符合下式要求 式中 l 架空管道跨距 米 s 许用弯曲应力 兆帕 z 管道的断面系数 厘米3 焊缝系数 碳素钢 单面焊取 o 8 双面焊取 0 9 k 弯距系数的倒数 端跨 k 8 中问跨 k 10 q 计算荷载 管道自重 雪重 风载荷载引起的力 牛 米 管桥的刚度条件 坡度 应符合下式的要求 式中 i 架空燃气管道的坡度 a 计算荷载 牛 米 l 架空燃气管道的跨距 米 e 管道材料的弹性模量 兆帕 j 管道断面惯性矩 厘米 4 强度条件是指钢管及焊口在受管内燃气压力和外力影响状 态下 保持足够的强度 而刚度为钢管抗弯曲的能力 为确保 管桥保持良好的刚度 从上式中 可知 增加惯性距 j 而不增加钢管重量 q 是 提高管道 钢管 刚度的有效途径 此工艺可操作性强 造价