燃气管道穿越道路与铁路施工

燃气管道穿越道路与铁路施工燃气管道穿越道路与铁路施工 燃气管道在铁路 电车轨道和城市主要干道下穿过的 应 敷设在钢套管或钢筋混凝土套管内 穿过铁路干线时 应敷设 在涵洞内 套管两端应超出路基底边 至最外边轨道的距离不 得小于 3m 穿跨管道应选择质量好的长度较长的钢管 以减少 中间焊缝 焊缝应 100 射线探伤检查 其合格级别应按现行国 家标准 钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级 gb 3323 的 级焊缝标准 执行 穿越工程钢制套管的防腐绝缘应与燃气 管道防腐绝缘等级相同 管道穿越铁路或公路的夹角应尽量接近 90 在任何情况下 不得小于 30 应尽可能避免在潮湿或岩石地带以及需要深挖处 穿越 管道穿越铁路或公路时 管顶距铁路轨枕下面的埋深不 得小于 1 6m 距公路路面埋深不得小于 1 2m 距路边坡最 低处的埋深不得小于 0 9m 当条件许可时 也可采用跨越方式交叉 输气管线跨越铁 路时 管底至路轨顶的距离 电气化铁路不得小于 11 1m 其 他铁路不得小于 6m 穿越铁路的一般要求 1 穿越点应选择在铁路区间直线段路堤下 路堤下应排水 良好 土质均匀 地下水位低 有施工场地 穿越点不宜选在 铁路站区和岔段内 穿越电气化铁路不得选在回流电缆与钢轨 连接处 2 穿越铁路宜采用钢筋混凝土套管顶管施工 当不宜采用 顶管施工 时 也可采用修建专用桥涵 使管道从专用桥涵中通 过 3 输气管穿越铁路干线的两侧 需设置截断阀 以备事故 时截断管路 4 穿越铁路的位置应与铁路部门协商同意后确定 穿越公路 1 公路等级划分 根据 公路工程技术标准 jtj01 1988 公路等级分为 汽车专用公路 和 一般公路 两类 汽车专用公路 又分高速公路 一级公路 二级公路三个等级 汽车专用公路 属国家重要交通干线 车流量大 路面宽度大 技术等级较高 一般公路又分为二 三 四级 其车流量 路面宽和技术等级 和重要程度依序降低 此外还有不属国家管理的公路 如矿区公路 县乡公路等 2 穿越公路的一般要求 输气管线穿越公路的一般要求与铁 路基本相同 汽车专用公路和二级一般公路由于交通流量很大 不宜明挖施工 应采用顶管施工方法 其余公路一般均可以明 沟开挖 埋设套管 将燃气管敷设在套管内 套管长度伸出公 路边坡坡角外 2m 县乡公路和机耕道 可采用直埋方式 不加 套管 一 顶管施工一 顶管施工 地下燃气管道穿越铁路 电车轨道和城市主要于道时 一 般不允许开挖管沟 常采用顶管施工 运用液压传动产生巨大 的推力向土壤内顶进套管 再将燃气管道安装在套管内 1 顶力计算 顶管施工必须有足够的顶力 才能克服管子在 顶进过程中土壤对管子产生的阻力 顶管施工的主要设备 油泵 油缸或千斤顶 及配套设备 顶铁 槽钢 是根据所顶管道的最大 顶力来选择的 顶管时 管道在土壤中承受两种力 管端阻力 p1 和管外壁与土壤的摩擦力 p2 最大阻力为 式中 d 管道外径 m q 土壤单位面积的抗力 其值取 0 7 1 5mpa k 管道外壁在土壤中单位面积的摩擦力 其值取 18 35kpa l 管道顶进长度 m 取最在阻力的 1 1 1 2 倍即为最大顶力 由此来选择设 备 1 外挤压顶进法 常用于 400mm 以下的小口径管顶管施 工 顶进前在钢套管端部加安锥体顶头 根据土壤可压缩特性 借助顶力将管子四周土壤压缩而不需要管内出土 锥体顶头的 作用是将正面阻力变成侧面摩擦力 从而大大降低管道顶进时 的阻力 见图 9 1 图 9 1 平面顶进和加装锥体顶头顶进摩擦力比较 图 9 1b 所示的平顶头正面阻力为 式中 p 单位面积抗力 mpa 图 9 1a 锥形顶头侧向摩擦力为 p 锥 pcos ff 式中 p 水平方向单位面积的抗力 mpa 侧面法向力在水平方向的投影角 f 锥形顶头的侧面积 m2 f 摩擦系数 角越大 p 锥越小 而 角随锥体顶头锥度 而变化 角越小 角就越大 阻力就越小 因此锥体顶头锥度角越小 阻力就越小 图 9 1c 和 d 所示平顶和锥形顶头挤压土壤力的扩 散情况 平顶挤压扩散面大于维形顶头挤压扩散面 平顶头不 仅阻力大 而且由于扩散面大 往往容易造成地坪拱起 1 选择千斤顶 根据顶力计算公式 计算出最大顶力 即 可选择所需的千斤顶 2 顶铁 由于千斤顶行程有限 每顶完一行程 再次顶管 前需增加顶铁的组合长度 完成 1 根顶管 需多次更换顶铁 顶铁用与顶进管道同规格或较大规格的钢管制作 制作时 应 保证两端面平行且与轴线垂直 顶铁的长度及数量见表 9 1 顶 铁上焊有 10mm 钢筋把手 表表 9 9 1 1 顶管顶铁长度及数量顶管顶铁长度及数量 顶管长度 mm 60009000 顶铁长度 mm 100 200 500 1000100 200 500 1000 数 量 个 22232224 3 垫板 顶管过程中 顶铁与顶铁之间以及顶铁与管子之 间 常会出现不在同一轴线上的现象 为解决这一问题 在管 子与顶铁以及顶铁与项铁结合处加 1 块钢制垫板 垫板厚约 14mm 为圆形或方形 其直径或边长比套筒外径大 40 60mm 4 导轨 可用槽钢组焊 两根槽钢之间可用钢板连接 5 操作坑与辅助坑 操作坑应设置在地下管线较少的一侧 操作坑长度一般由管节长度 千斤顶长度 后背墙厚度 枕木 钢板等 等而定 操作坑宽度为管径加 1 2m 操作坑深度由燃 气管道设计标高确定 在路的另一侧挖辅助坑 深度与操作坑 相同 用于观察和切除管子锥盖 锥体顶头 操作坑挖好后 坑底夯实 并在项管部位挖一深为 500mm 直径与操作坑相同的洞 用以定位 下一步 在后背 墙处设置横竖两排枕木和一块 20 30mm 厚钢板 作为千斤 其他部件按图 9 2 所示就位 图 9 2 顶管工装就位 1 管子 2 导轨 3 顶铁 4 套筒 5 千斤顶 6 铁板 7 枕木 6 顶管 端焊锥体顶头 管子就位 千斤顶施力 管子顶 入一段 千斤顶回程 增加顶铁长度 再次顶管 一根管子顶 完后与第二根管焊接 焊缝检验 防腐合格后再顶第二根管子 顶管过程中要及时测量 如发现水平偏差 可用外力校正 如 用锤击或千斤顶校正 如出现套管向上翘起时 在此端压重物 压下 在辅助坑观察 管端顶出路边后 检查其坐标与标高 然后割除锥体顶头 与管道连接 继续施工 2 管内出土法 700mm 以上的套管顶进时 常采用管内出 土法 先清除管内积土 出土范围一般应保持超过管端前 200mm 的距离 以减少管道顶进时的阻力 在顶管深度较浅及 铁路和建筑物下顶进 要注意管内清土 防止管内泥土阻塞造 成路面拱起 铁路轨道变形 建筑物和邻近管道损坏的事故发 生 其原因是在顶力的作用下 管子顶端部分土壤结构发生变化 在管端不出土的顶进状态下 管道顶进时的受力情况包括 3 部 分 受力情况见下式 p 总 p1 p2 p3 式中 p 总 总的阻力 mpa p1 管外壁与土壤的摩擦力 mpa p2 管内壁与土壤的摩擦力 mpa 由入管土壤的密度而定 p3 管顶端面阻力 mpa 在顶力的作用下 使管道不断顶进 上述 3 方面的阻力各 自不断变化 管外壁与土壤的摩擦力是随着顶进管道长度的增 加而均匀递增的 管内壁与管内土壤的摩擦力的变化却不同 由于土壤的孔隙率为 30 60 存在着较大的压缩性 进入 管内的土壤与管内壁的摩擦力逐渐增加 使断面内土壤逐渐压 缩 与此同时 管顶端面阻力也在逐渐增加 致使土壤从软塑 状态逐步过渡到可塑状态 硬塑状态与坚硬状态 管前土壤将 停止向管内移动 一般入管土长约 2m 并迫使管前土壤不断压 缩 由此而引起管端面阻力不断增加 总阻力迅速上升 停止 向管内移动的管端面土层 随着顶力的增加不断压缩 并通过 不断增大的土壤内摩擦角向管端四周传递顶力 由此造成路面 拱起 铁路轨道变形等事故 因此 顶进管道管内出土应严格 按照 先挖后顶 的顺序操作 1 内挤压出土法 一般用于大口径套管顶进 在顶进套管 顶端加焊特殊顶头 顶头外径略大于管径 内壁作成锥体 见图 9 3 借助油缸的推力 将进入管内泥土压缩成小于管内径的圆 柱体 使泥土与管底壁脱离 这样 不仅使管道摩擦力减小 而且可以防止管内的积土阻塞 为了使出土机械化 应配备内 挤压机械出土专用设备 将切土钢丝绳绕顶头后壁 1 圈 并套 入活络夹箍内 再将出土车推入管内靠近顶头后壁 并将阻动 钢闩压入槽内 事先按小车长度焊接于钢管内 启动油泵 按额 定长度要求顶进 挤压后进入管内的圆柱体土壤引至出土车上 管道每次顶进长度应根据出土车长度计算而定 图 9 3 坑井顶管总装结构示意图 1 四周坑桩槽钢 2 顶管头 3 出土车坑 4 活络阻闩 5 顶埋钢管 6 钢制出土坑 7 油缸体 8 出土钢索滑轮组 9 油缸靠 座桩板 10 集水井 11 入口挡土钢板 12 钢制顶块 13 混凝土 基座 14 坑基槽钢平台 15 平衡导轨 16 顶块 17 油缸基座 平衡钢板 18 测管中心桩 19 卷扬机 20 油泵组合车 式中 l 顶管每次顶进长度 m l 出土车长度 m d 顶管外壁直径 m d 锥体顶管头小口直径 m 停止油泵 顶管暂停 将卷扬机钢丝绳与管内切土钢丝绳 连接 开动卷扬机带动切土钢丝绳 把进入管内土壤切开 拆 除与切土钢丝绳连接的接钩 将卷扬机钢丝绳与出土车后钢钩 连接 开动卷扬机牵动出土车拉至管外 再用吊车吊出工作坑 外运 依此循环进行 采用内挤压法 把原来人工进入管内挖土改为机械出土 不仅可提高工效 降低劳动强度 改善劳动条件 而且由于挤 压入管内的土壤密实 无碎土 使管内与工作坑内保持整洁 2 钻孔法 根据土壤类别选择钻头 在钻孔作业方便的一 侧开挖工作坑 工作抗应有足够的工作面 其深度应按钻孔位 置的需要而定 地下水位较高的地段应设排水井降低地下水位 工作坑应平整 垫上枕木及轨座后应找平 钻头中心和管道中 心必须同心 钻孔时 对于糙土土壤 钻头应比主机低 1 钻 杆长度 对于岩性土壤 钻头应比主机低 5 钻杆长度 以补偿 钻头上抬 钻孔允许偏差 每钻 40m 长度为 150mm 套管长 度应与钻杆长度一致 钻进时应及时出土 钻进 出土 顶管 周而复始 穿越管道与干线管道应保持同心 穿越的管子允许 偏差为管子长度的 2 3 水力机械法 一般局限于穿越河流或野外顶管施工 在 土质疏松 水源充足的条件下使用 原理是用高压水泵将水加 压 经过管道与高压水枪连接 通过高压水枪将管道前端土壤 冲成泥浆 然后由吸泥泵通过管道将泥浆排出管外 常采用向 心冲刷的水枪技术 在端面装 3 支水枪 相隔 120 每根水枪 各自摆动 120 形成扇形冲刷面 3 支水枪即可完成整个土层 冲刷 双铰型工具管见图 9 4 图 9 4 双绞型工具管示意图 1 上下斜偏油缸 2 水平绞 3 垂直绞 4 左右斜偏油缸 为防止泥浆冲刷过快而造成塌方 在操作时必须协调好顶 进和冲刷的速度 目前常采用在管端部操作室内加入气压或水 压 使之平衡于地下水压力 可以阻止塌方和流砂的出现 这种方法 设备不很复杂 投资不高 劳动强度低 已趋 于自动化 但由于排出泥浆需要过滤 外运 需要较大的堆放 场地 所以在市区内和小型工程中不宜使用 4 人工挖土法 先挖工作坑 将管子放到工作坑内千斤顶 的前面 人在管道的最前端挖土 为管子开路 挖出的土从管 内运至管外 再吊到地面运走 挖一段后 摇动千斤顶顶管 设备布置与操作情况 见图 9 5 图 9 5 人工挖土顶管工作坑布置 a 工作坑新面 b 工作坑底部平面 a 开挖工作坑 工作坑平面尺寸根据管径大小 管节长度 操作机具 出土方式及后座墙厚度等而定 一般可按以下考虑 a 工作坑宽度 b d1 2b 2c 9 6 式中 d1 管外径 m b 管外侧操作空间 根据管径大小及操作工具而定 一 般为 1 2 1 6m 用长撬棍为 1 6m 短撬棍 1 2m c 撑板厚度 一般取 0 2m b 工作坑长度 l l1 l2 l3 l4 l5 l6 式中 l1 管节长度 2m 4m 等 l2 顶镐机长度 0 9 1 1m l3 后背墙厚度 包括后背立板 后背方木 后背顶铁 约 1m 左右 l4 稳管时 前一节已顶进管子留在轨道上的最小长度 一般为 0 3 0 5m l5 管尾出土所留的工作长度 根据出土工具而定 用小 铁车为 0 6m 用手推车为 1 2m l6 调头顶进时的附加长度 c 工作坑深度 由设计管底标高 顶管的基础 轨道等综 合尺寸而定 h h1 h2 h3 h4 式中 h 工作坑深度 m h1 设计管底标高 m h2 轨道高度 m h3 混凝土基础厚度 m h4 套管外壁至燃气管道外壁间的距离 m b 后靠墙 因后靠墙要受顶管过程中的最大反力 故应有 足够的坚固性 稳定性 原土后靠墙的许可顶力值 可由土压 力公式计算决定 原土应有足够的高度 宽度和长度 一般长 度不应小于 7m 工作坑后靠墙附近的管沟不要开挖 以保证有 可靠的稳定性 为了降低顶力压强并均匀地传递给后靠墙面上 一般多在原土表面加设木板 方木 或槽钢与厚钢板 顶铁等 c 平基与导轨 这是为了保证管子按要求的方向前进而设 置的 当坑底无地下水时 可将工作坑的底层平整夯实 敷设方 木 在方木上直接铺设铁轨 当地下水较高 土质不好时 可先在平基下面作一定深度 和宽度的卵石盲沟 通住集水水井 再作混凝土方木平基 混 凝土采用 c15 或 c20 如图 9 6 所示 铁轨一般用 18kg 轻便铁 轨 大管径时应用重轨 32kg 因为大管径时轻便铁轨容易产生 较大的挠度 致使两节管对口困难 导轨是起定向作用的 导轨安装必须符合管道中线 标高 坡度的要求 导轨安装后 要进行六点 轨前 轨中 轨尾的左 右各一点 的验收 并在稳第一节管子后测量负载后的变化 并 加以校正 图 9 6 横铺混凝土平基 1 15 130 道钉 钉在导轨内侧 中距 800 900 2 c15 混 凝土基础 3 18kg m 导轨 4 必要时加铺卵石 100 150 5 木轨基 150 150 与混凝士接触面处包油毡一层 导轨间距 上部的净距 如图 9 7 所示 可按下式计算 式中 a 导轨上部的净距 mm d 管内径 mm h 导轨高度 mm t 管壁厚度 mm c 预留空隙高度 mm 导轨中心至中心间距 当采用铁轨时 a0 a a mm 当采 用 18kg 轻便铁轨 轨高为 90mm 和 c 10mm 时 为 a d 机械设备 千斤顶 应采用起重量大 顶杆长度长的电动油压式千斤 顶 按顶力计算出的总顶力选用 1 台或数台千斤顶 卷扬机 下管及水平 垂直运土用各 1 台 摇镐机 单排串联 摇动千斤顶 包括液压泵及动力设备 图 9 7 导轨安装间距计算 导轨 长 4m 与长 1m 各 2 根 顶铁 是传递千斤顶顶力的工具 应配备成套 可用工字 钢或钢管 变压器 24 32v 500 1000w 1 台 用于低压照 明 e 顶管与管前挖土 准备工作就绪后 往工作坑中下管 安装在轨道上 顶进时 先使千斤顶顶头伸出使管子入土 当 顶头仲至极限后 千斤顶回程 插入顶铁 再次顶管 如此反 复进行一节管子顶完后 再放第二节管子 并与第一节管子连 接后 再继续顶管 在无水的土中挖土 可先挖下面 管前 150mm 以外的土要 随挖随找周边 管前 250mm 以外的土可先挖成锥体 当土中有 水时 应由目往下挖 防止下面的土成为稀泥 并应及时用小 车出土 f 测量与校正 一般管子每顶进 1m 长度 进行 1 次标高 及中线测量 垂直方向偏差的测量可用水平仪 只测量最前一节管子的 管底标高 或采用水柱连通器测定 如图 9 8 所示 水柱连通 器是利用在同一容器中液体压力平衡原理制成 该方法是在顶 进管道内壁确定 1 条与管线相平行的直线为基准线 将水柱连 通器液面线与该基准线的顶端和末端重合 如顶进管道发生垂 直方向偏移 连通器两端玻璃管内的水平面 将会高出或低于 基准线 图 9 8 水柱连通器监视方法示意图 1 玻璃管 2 与轴线平行基管线 3 连通器内水平面 平面位置偏差的测定方法中 直接观察法常用于短距离顶 管的顶作坑上定出顶管轴线 过该轴线引 2 根铅垂线至工作坑 在顶进管的顶端管断面装 1 个小灯泡 监测者站在工作坑末端 用肉眼观察 两根铅垂线和小灯泡应三点成一直线 如果发生 位置偏移 观察视线中小灯泡将会发生位移 此法虽不精确 但方法方便 见图 9 9 有的方法 是在工作坑后部设固定测量架 用经纬仪对标 高和中线进行测量 精确较高 目前还有一种方法 应有激光进行导向 使机械顶管的方 向测量与偏差较正自动化 从而节省人力 提高顶管质量并加 快施工进度 激光导向是应用激光的特性 用激光准直仪发射 出来的光束 通过光电转换和有关电子线路来控制液压传动机 构 使机械顶管的方向测量与偏差校正自动化 图 9 9 平面偏移监视示意图 1 监测视线 2 中心光源 3 顶进轴心样线投影 4 铅垂 线 5 偏移角 6 铅垂线 7 光源中心定位架 8 观察起点 9 监测视线 10 顶进轴心样线 11 铅垂线 12 水准 0 000 顶管中标高和中线方向发生偏差 要及时校正 否则误差 将随着顶进长度的增长而增大 当发生误差时 如仅在第一管 节上 其余管节合乎要求 一般用挖土法校正 当管头高时 开挖前方土孔时多挖下半圆土 使其在继续顶进时借管子自重 而沉降 当管头低时 则多挖上半圆土 继续顶进中管头自然 抬起 也可用型钢一端支在管内 另一端支在管前的土壤上 上放千斤顶 在管端将管节顶起至要求高度 中线方向的偏差 同样可用管前挖土校正 当管头发生偏 差时 利用一侧超挖 一侧不挖或留 5 10mm 的土坎 使管中 徐徐变位 g 套管接口 当使用钢筋混凝土套管时 要求管子接口能 承受较大的顶力而不破裂 管节不易错开 防渗漏好 在管基 不均匀沉陷时的变形较小等 目前钢筋混凝土套管多用平口管 接口处内加钢固 两管节之间加塑料圈或麻辫 抹石棉水泥后 内加钢圈 当用钢套管时 套管外壁应进行与燃气管道相同等级的防 腐绝缘 两节套管焊接并检验合格后 焊口作防腐绝缘层 作 法与燃气管道相同 待防腐层实干后再开始顶管 以免损伤防 腐层 h 套管内的燃气管道安装 安装在套管内的燃气管道要采 用特殊加强防腐蚀层 为了防止燃气管道进入套管时损坏防腐 层 燃气管道安装滚动支座或滑动支座 如图 9 10 滑动支座 事先固定在燃气管道 支座与燃气管道之间垫橡胶板或油毛毡 防止移动燃气管道时支座擦伤防