《油气输送管道工程盾构法隧道穿越设计规范》SYT 7023-2023

Specificationfordesignofoilandgastransmissionpipcrossingbyshieldtu施行日期：2023年11月26日石油工业出版社 1 2 4 6 7 96.1一般规定 96.2工程测量 96.3岩土工程勘察 7作用与作用组合 7.1一般规定 7.2作用的分类和作用代表值 7.3作用组合 8.2隧道埋深 8.3隧道断面 8.4盾构设备选型 8.5弃渣场 20 219.1一般规定 9.2管片尺寸与选型 219.3管片上的作用 229.4管片结构计算 259.5管片构造规定 27 10.1一般规定 10.2竖井断面形状及尺寸 2910.3竖井结构设计 10.4竖井周边土体加固 3110.5井口防护 31 11.1一般规定 11.3接缝及特殊部位防水 33 3412.1一般规定 12.3穿越管段计算 12.5焊接与检验 39 附录B管片内力的修正惯用计算法 43 52 54引用标准名录 1.0.1为了统一油气输送管道工程盾构法隧道穿越设计要求，1.0.3盾构法隧道穿越设计除应符合本规范外，尚应符合国家盾构掘进机的简称，在钢壳体保护下完成隧道掘进、出渣、管片拼装等作业，由主机和后配套设备组成的全断面推进式隧在盾构隧道中敷设穿越管段通过障碍物的一种非开挖穿越穿过天然或人工障碍地段的管道，其长度包括穿越障碍物施加在结构上的集中力或分布力和引起结构外加变形或约束变形的原因。前者为直接作用，也称为荷载，例如管道、结2.0.10环境敏感区environmentalsensitivearea依法设立的各级各类自然、文化保护地，以及对建设项目的某类污染因子或生态影响因子特别敏感的区域。3.0.1盾构穿越管段强度设计系数、水域盾构穿越工程等级及相应的设计洪水频率应按现行国家标准《油气输送管道穿越工3.0.2盾构穿越结构设计应采用极限状态法，穿越管段设计应3.0.3盾构穿越结构的设计工作年限不应低于50年。在设计工作年限内，穿越结构应符合下列规定：1应能够承受在正常施工和正常使用期间预期可能出现的3应保障足够的耐久性要求。3.0.4盾构穿越结构设计时，应根据结构破坏可能产生的后果的严重性，采用不同的安全等级。盾构穿越结构安全等级的划分应符合表3.0.4的规定。安全等级适用范围除一级以外的穿越工程1对安全等级为一级或设计工作年限为100年及以上的结构构件，不应小于1.1。2对安全等级为二级或设计工作年限为50年及以上的结构构件，不应小于1.0。3.0.6盾构穿越工程抗震设计应符合现行国家标准《油气输送管道线路工程抗震技术规范》GB/T50470和《地下结构抗震设3.0.7盾构穿越应满足规划、交通、河道、航道、水务(利)、环保、渔业等相关部门的要求，处理好穿越工程与铁路、公路、河流、保护区、规划区及水利规划的相互关系，确保管道建设和地方建设的协调发展。4.0.1盾构穿越管段选用的输送钢管应符合现行国家标准《输气管道工程设计规范》GB50251和《输油管道工程设计规范》GB50253的规定。钢管种类和钢级应与两端连接线路段钢管相4.0.2盾构穿越结构采用的钢材、钢筋和混凝土应符合现行国家标准《钢结构设计标准》GB50017和《混凝土结构设计规4.0.3钢结构焊接材料应根据被焊钢材的机械性能、化学成分及焊接工艺的要求选择，选用的焊接材料应与被焊钢材相匹配，并应符合现行国家标准《钢结构焊接规范》GB50661的规5穿越位置选择5.0.2穿越轴线宜与水域正交通过。当需斜交时，交角不宜小1不良地质作用发育且对穿越工程稳定性有直接危害或潜5.0.4盾构穿越轴线与建(构)筑物之间的距离应符合下列规定：1盾构隧道与公路隧道、铁路隧道、水利隧道净距离不宜小于30m。2与港口、码头、水下建构筑物之间的距离不宜小于3当穿越位置附近有桥梁时，隧道埋深及边缘至墩台的距4当穿越位置受限不能满足上述要求时，应与相关主管部1竖井宜选择在30m范围内无永久性建(构)筑物且不因竖井施工而影响周围建(构)筑物基础稳定的地方。2当竖井附近有永久性架空线路时，竖井与架空线路的距3对于有大堤的水域穿越，竖井边缘距大堤坡脚的距离不宜小于50m。4对于无大堤的水域大中型穿越，竖井边缘与自然岸坡的距离应满足隧道施工要求，竖井边缘距离稳定岸坡界线不应小于10m,且竖井施工不应影响岸坡稳定。5竖井位置宜选在非内涝低洼区、非汇水区、地质构造简5.0.6盾构穿越位置选择应有利于施工场地布置、排水、出渣和运输。当隧道与相邻建(构)筑物互有影响时，应在设计和6.1.1盾构穿越岩土工程勘察宜按可行性研究勘察、初步勘察6.1.2盾构穿越工程测量宜按初步设计阶段和施工图设计阶段6.1.3盾构穿越工程勘察除应符合本规范规定外，尚应符合现行国家标准《油气输送管道工程测量规范》GB/T50539和《油1测图宽度不宜小于穿越轴线两侧各200m。1地形图宜为1:2000或1:1000。2纵断面图的横向比例尺应与地形图相同，纵向比例尺可为1:500、1:200或1:100。6.2.3盾构穿越工程应进行控制测量，在穿越点附近宜布设不少于2个相互通视的控制点，控制点和穿越的主断面桩应埋设6.2.4地形测量除按一般要求测绘外，还应测绘穿越两端的线路走向、埋地管线、地下建(构)筑物和障碍物。6.2.5盾构穿越工程测量采用的坐标系统和高程系统应与穿越1勘探点宜布置在拟定穿越轴线上游15m～30m处，勘探点数量不应少于3个，勘探点间距宜为100m～200m,其中两岸及主河槽中心附近应至少各布置1个勘探点。拟定竖井中2一般性钻孔深度宜为河床最低点以下30m～50m;控2竖井勘探点不宜少于4个，圆形竖井应沿周边均匀布标高以下5m～20m。解释成果。7作用与作用组合7.1.1盾构穿越结构设计应采用以概率理论为基础的极限状态7.1.2盾构穿越结构应按承载能力极限状态和正常使用极限状规定。作用作用作用名称1作用隧道结构自重234隧道铺底混凝土自重5隧道充水自重6土压力7水压力8作用作用9作用地面临时堆载(或施工车辆荷载)一隧道内车辆荷载隧道内检修荷载盾构顶推力一壁后注浆压力一摩阻力一一一温度作用作用地震作用一作用作用不利1作用隧道结构自重234隧道铺底混凝土自重5隧道充水重6土压力7水压力89作用荷载)00隧道内车辆荷载0隧道内检修荷载00壁后注浆压力0沉井井壁与土层间的摩阻力000温度作用07.3.1对于承载力极限状态，持久设计状况、短暂设计状况应采用作用的基本组合，并应按下列设计表达式进行设计：S——作用组合的效应设计值；7.3.2承载力极限状态作用基本组合的效应设计值S应按下式确定：个永久作用效应分项系数，应按本规范表7.2.4采用；Yo——第j个可变作用效应分项系数，其中Yo₁为可变作用Q₁的效应分项系数，应按本规范表7.2.4采用；SGk——按永久作用标准值Gk计算的作用效应值；Sok——按可变作用标准值Qk计算的作用效应值，其中Sk为诸可变作用效应中起控制作用者，当Sok无法明显判断时，轮次以各可变作用效应为Spuk,选其中最不利的作用效应组合；ψ-——可变作用Q的组合值系数；m——参与组合的永久作用数；n——参与组合的可变作用数。式确定：下式确定：地震作用阳仅计算水平地震作用地震作用同时计算水平与竖向地震作用(水平地震为主)同时计算水平与竖向地震作用(竖向地震为主)8.1.1隧道轴线宜避开暗河、采空区、岩溶发育等严重不良地曲率半径不宜小于40倍盾构外径，并应满足隧道内管道安装河流形态、隧道埋深、竖井深度、管道安装等条件综合确定。8.1.4隧道纵向宜设置缓坡，坡度宜为0.3%～5%。8.1.5盾构隧道进出洞口段宜避开强透水层，当不能避开时，8.2.2隧道上部覆土厚度，应根据工程地质和水文地质、隧道断面大小、施工方法、周边环境综合确定，不应小于2倍隧道外径，且隧道顶埋深应低于设计冲刷线下或设计疏浚线以下(取其深者)1.5倍隧道外径，并应满足隧道抗漂浮稳定要求。8.2.3隧道穿越防洪堤坝时，隧道顶埋深应符合有关管理部门的规定，且不宜小于防洪堤脚下3倍隧道外径。当隧道穿越施工对堤坝和周围结构物有影响时，应避开堤坝和周围结构物的8.2.4对于通航或有疏浚要求的水域，隧道埋深应大于抛锚、疏浚的影响深度。对于冲淤变化大或挖砂取石的水域，应适当式中：W₁——单位长度隧道的总重力(Nm),隧道的总重力施工阶段包括隧道结构自重、河床至隧道顶的岩土层重；运营阶段包括隧道结构自重、隧道铺地混凝土重、设计冲刷线或设计疏浚线(取其深者)至隧道顶的岩土层重、隧道内管道及其附属结构(管道支墩、光缆支架等)自重(不含管内介质重);K——稳定安全系数，取1.2;F——单位长度隧道的静水浮力(N/m)。8.3.2隧道断面净空尺寸应根据隧道使用功能、施工工艺、管8.4.1盾构设备选型应根据工程地质条件、水文地质条件、施8.4.2当地层渗透系数大于10-⁴m/s时，宜选用泥水平衡盾构；当地层渗透系数小于10-7m/s时，宜选用土压平衡盾构；当地层渗透系数为10-7m/s～10-⁴m/s时，可选用泥水平衡盾构或土压8.4.3当地层颗粒级配以粉土、粉质黏土、淤泥等小粒径的黏稠地层为主时，宜选用土压平衡盾构；当地层颗粒级配以砾石、8.4.4当掘进区段地层及环境条件较复杂、地层透水性较强且地下水压力大于0.25MPa或需精确控制开挖面压力时，宜选用8.5.1弃渣场应进行排水设计、支挡构筑物设计及防护设计。3宜避开环境敏感区。9.1.1盾构隧道在满足工程使用、受力的前提下，宜选用装配9.1.2管片结构应根据设计工作年限和所处环境类别满足耐久性设计要求。环境类别划分、混凝土原材料要求、强度等级、钢筋的混凝土保护层厚度应按现行国家标准《混凝土结构耐久渗漏、抗弯性能及抗拔性能等检验，检验方法及验收标准宜按国家现行标准《盾构隧道管片质量检测技术标准》CJJ/T164执行。9.2.1管片环的分块应根据管片制作、运输、盾构设备、施工方法和受力要求确定，每环管片宜采用5～6分块。9.2.2每环管片宽度宜为1000mm～1500mm,可能情况下宜9.2.3管片形式宜采用平板形，管片厚度应根据隧道直径、埋深、工程地质及水文地质条件、使用阶段和施工阶段的管片受力情况综合确定，宜为隧道外径的4%～10%,可参照表9.2.3选取，且不应小于200mm。隧道外径D(m)管片厚度(m)0.06D~0.1D压力、地层抗力、管片自重、地基反力(垂直荷载反力和管片水平地层抗力水平地层抗力水压力水平土压力水平土压力水压力4P:——管片底部的自重反力(kN/m²);R——管片主断面的形心半径(m);θ—管片上任一点与垂直方向的夹角(rad)。9.3.2垂直土压力应根据隧道的覆土厚度、隧道外径及地层条件综合确定。当隧道覆土厚度小干或等于2倍隧道外径或隧道顶支配土层为标贯击数小于15的砂土或标贯击数小于8的黏性土时，垂直土压力计算宜采用全覆土压力，其余情况下宜采用松弛土压力。松弛土压力宜按本规范附录A计算。9.3.3在垂直土压力计算时，对于地下水位以下的土体，碎石土和砂土层宜按水土分算计算，粉土和黏性土层宜根据工程经9.3.4水平土压力应为垂直土压力乘以侧向土压力系数，水平地层抗力应为管片环径向水平位移乘以地层弹性抗力系数。侧向土压力系数、地层弹性抗力系数在无实测数据时，可按表9.3.4选用，也可按地区经验确定。管片环径向水平位移可按本规范附录B的表B.0.1中的公式计算。侧向土压力系数λ一09.3.5管片的自重应折算成沿管片环向分布的均匀荷载，宜按下列公式计算：对于平板形管片：g——管片自重(kN/m²);R——管片主断面的形心半径(m),对于混凝土管片形心位置可取管片厚度的中心位置；9.3.6地面超载为隧道上方的地面堆载、路面交通车辆荷载等作用于隧道顶部的垂直压力，地面堆载、公路车辆荷载宜取10kN/m²,铁路车辆荷载宜取20kN/m²,也可按工程实际情况9.3.7千斤顶推力验算时，千斤顶推力作用点与管片断面形心在半径上的偏心距宜取20mm。9.3.8壁后注浆压力验算时，注浆压力宜按比泥水压力大50kN/m²~100kN/m²考虑。泥水压力宜取地下水压、土压与预压力之和，预压力宜取20kN/m²~30kN/m²。9.3.9内部荷载应主要包括隧道铺底混凝土自重、管道及其附9.4.2管片横断面方向计算应按隧道区间内最不利条件下的各控制断面进行。管片内力计算宜采用修正惯用计算法，按本规范附录B计算。1管片主断面承载力计算；2管片接头连接计算；3千斤顶推力作用下，管片横断面承载力验算；4壁后注浆压力作用下，管片接头连接验算。9.4.4管片接头螺栓连接计算宜按现行国家标准《钢结构设计9.4.5在千斤顶推力作用下，管片横断面应按下列公式进行抗压承载力验算：YRd——B——管片局部受压截面平均宽度(mm),取千斤顶顶9.4.7管片应按现行国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010计算裂缝宽度。裂缝宽度限值应根据管片的环境作用等级按现行国家标准《混凝土结构耐久性设计标准》GB/T值宜为接头螺栓与螺栓孔径之间的裕量。计要求。9.5.2混凝土管片配筋应符合下列规定：大于2.2%,且应对正负弯矩进行同一配筋。小于受力钢筋直径，且不应小于25mm。于300mm。接。主筋与箍筋或分布钢筋的连接宜采用点焊。弯钩或锚固件。中央。9.5.5管片的拼接面宜设置密封槽，内表面宜设置接缝沟，见图9.5.5。图9.5.5管片接头示意图10.2.1竖井断面形状宜优先采用圆形，也可采用矩形、圆1始发井断面净长度(沿隧道轴线方向尺寸)应比盾构主机长度大3m,当竖井底部设置盲洞时，可适当减小；净宽度(垂直隧道轴线方向尺寸)应比盾构外径大3m,并应满足管道2接收井断面净长度(沿隧道轴线方向尺寸)应比盾构主机长度大2m;净宽度(垂直隧道轴线方向尺寸)应比盾构外径1竖井底板标高应低于隧道洞口底标高，并应满足施工相2竖井内管道宜垂直布置，竖井深度应满足管道安装最小10.3.3竖井应设置由井下通达地面的梯子，梯子宜采用钢斜梯，梯子净宽不应小于600mm,踏步宽和踏步高不宜大于300mm,扶手高度不应小于1100mm。1盾构始发、接收预留洞直径宜按下式计算：式中：D——竖井预留洞直径(mm);B——洞口处井壁厚度(mm);a——隧道轴线与洞口轴线的夹角(°),取隧道纵向坡角值；D——盾构外径(含外壳突出部分)(mm);△e——竖井井壁预留洞直径与盾构外径的差值(mm),始发井取250mm,接收井取350mm。2输送管道预留洞内壁与洞内管道外缘间隙不宜小于3井壁预留洞周围应采取补强措施，并应按现行有关规范加2m,加固宽度和高度不宜小于盾构隧道外径向外各0.5D(D为盾构隧道外径)和3m的较大值。措施。对土体加固效果应进行检查，加固后的土体应符合下列规定：2加固后的地层渗透系数不应大于1×10-m/s。10.5井口防护2井口高程应满足防洪要求，且高出设计地面不应小于3井口外缘应设置管道保护用地。当井口外设围墙时，围墙距井口外缘不宜小于2m。10.5.2对于填埋处理的竖井，地上及地下1m范围内的井筒宜11.1.1盾构穿越工程应进行防水设计，防水设计应包括下列内容：11.1.2盾构穿越工程防水应以结构主体11.1.3盾构穿越工程的防水等级和防水设防要求应符合现行国家标准《油气输送管道穿越工程设计标准》GB/T50423的程防水技术规范》GB50108的规定。对于处于侵蚀性介质地层的穿越工程，应采取耐侵蚀防水混凝土或外涂耐侵蚀的外防水涂料的措施。对于处于严重腐蚀地层的穿越工程，可同时采取11.2.1盾构穿越工程竖井井壁(内衬)和底板、盾构管片应采用防水混凝土。防水混凝土的抗渗等级应符合表11.2.1的规定，且管片应进行混凝土氯离子扩散系数或混凝土渗透系数的检测，11.2.2防水混凝土结构的裂缝宽度不应大于0.2mm,且不应设计抗渗等级盾构管片11.3接缝及特殊部位防水接缝防水构造要求应符合现行国家标准《地下工程防水技术规1壁后注浆可采用同步注浆、即时注浆或二次补强注浆。注浆方式及注浆参数应根据地质条件、隧道沉降和地表沉降控3根据隧道稳定状态和地表沉降状态，可进行二次补强注浆。12.1.1盾构穿越管道布置应满足管道安装施工、运营维护及管道受力变形要求。隧道内管道宜采用连续支座架空敷设方式，12.1.2管道支座宜采用滑动支座或滚动支座，支座布置间距应12.1.3竖井内管道与井壁的净间距应根据管道变形计算确定，12.1.4盾构穿越管段两侧固定墩的设置应按管道应力分析计算20mm～30mm,间距不宜大于30m。铺底垫层与管片结构应采12.2隧道运营方式道布置及隧道预留通道需要进行综合技术经济比较确定，可采养应符合国家现行标准《油气管道架空部分及其附属设施维护12.3.1穿越管段应按现行国家标准《油气输送管道穿越工程设计标准》GB/T50423的规定进行壁厚计算和刚度校核。应力。12.3.3当隧道竖井采用固态物质填充时，应按本规范附录D对竖井内管段进行管道径向变形核算。12.3.4当穿越管段承受轴向压应力时，应按本规范附录E核算管段的轴向稳定。下列规定：等于管道外径的5倍。2补偿器采用弯管组焊时，两弯管之间应采用直管段3补偿器应满足清管器及检测仪器能顺利通过的要求。4补偿器在内压、温度变化作用下产生变形的条件下，其轴向应力应满足下式要求：式中：0₂——补偿器的轴向应力(MPa);[σ]——钢管许用应力(MPa),应按现行国家标准《油气输送管道穿越工程设计标准》GB/T50423的规定计算。12.3.6当隧道采用充水运营时，穿越管段应进行抗漂浮核算。12.4.1穿越管段应按现行国家标准《钢质管道外腐蚀控制规应为加强级。补口及补伤材料应与管体防腐层材料相匹配。防应按国家现行标准《阴极保护管道的电绝缘标准》SY/T008612.4.4管道安装结构的钢构件与其锚固件应采用同类金属材紧固件应采用牺牲阳极阴极保护系统作为辅助保护，管卡的锚毕后，应对管段进行漏电检测，并应达到所选用涂层等级的漏12.4.9锚固法兰应进行防腐处理，并应对防腐层采取保护12.5.1穿越管段焊接及焊缝外观质量检验应按现行国家标准《输气管道工程设计规范》GB50251、《输油管道工程设计规范》GB50253和《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369执行。应符合下列规定：1穿越管段的环向焊缝应进行100%射线检测和100%超声波检测。对于采用全自动焊接工艺的环焊缝宜采用全自动超2射线检测和手工超声波检测应符合国家现行标准《石油天然气钢质管道无损检测》SY/T4109的规定，合格级别不应低于Ⅱ级。全自动超声波检测应符合现行国家标准《石油天然12.6.1大中型穿越工程的穿越管段应单独进行试压，试压前应进行清管，清管合格后应进行测径。清管、试压应在穿越管段组装、焊接、检验合格后进行。输气管道清管、试压结束后宜进行干燥。低于5℃,否则应采取防冻措施。12.6.4强度试验压力应为设计压力的1.5倍，稳压4h,无异常变形、无渗漏为合格；严密性试验压力应为设计压力，稳压24h,压降不大于1%试验压力，且不大于0.1MPa为合格。和产生的环向应力不应大于钢管规定的最低屈服强度的90%。12.6.7穿越管段试压合格后，与两端线路管段连接时，不应出现使穿越管段发生强制变形的连接，连接处环焊缝应进行100%射线检测和100%超声波检测，可不再进行试压。治安风险等级和安全防范要求》GA1166的相关规定采取人力气体泄漏监测装置；对于输油管道隧道，应在隧道两侧竖井内13.0.5空置、充水运营的隧道两岸竖井位置处宜设置视频监防措施：5地面沉降、地面建(构)筑物沉降、位移。6在盾构施工扰动范围内的堤防、公路、铁路、建(构)14.0.2穿越大堤、重要管线及其他重要建(构)筑物时，应加强监控量测，必要时应采取措施对其进行安全保护，并选择合14.0.3隧道中心线平面位置允许偏差为±100mm;隧道中心线高程允许偏差为±100mm。14.0.5隧道内管道安装时，管道对接布置，其间距不宜小于1m。14.0.7对于地质条件复杂或有特殊要求的盾构穿越工程可进行14.0.8盾构法隧道穿越工程的施工与验收除应符合本规范要求外，其他要求可按现行国家标准《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424和《盾构法隧道施工及验收规范》GB50446附录A松弛土压力计算A.0.1当隧道位于地下水位以下时，管片顶部的松弛土压力应按下列公式计算：H—隧道顶部埋深(m);Pa——地下水位线处垂直土压力(kN/m²);Pe——隧道顶部的垂直土压力(kN/m²);y——土的天然重度(kN/m³);c—土的黏聚力(kN/m²);φ——土的内摩擦角();A.0.2当隧道上部有多层地层时，管片顶部的松弛土压力应按下列公式计算：H₁——地层1厚度(m);H₂——管片顶部在地层2中的埋深(m);n——地层1土的重度(kNm³);Y₂——地层2土的重度(kN/m³);c——地层1土的黏聚力(kN/m²);C₂——地层2土的黏聚力(kN/m²);φ₁——地层1土的内摩擦角(°);φ2——地层2土的内摩擦角(°);垂直荷载P₁+Pn水平地层抗力q=kδ当轴力N(kN/m)表续B.0.1轴力N(kN/m)水平地层抗力q=kδ管片自重反力p=πg剪力Q(kN/m)水平地层抗力q=kō当管片自重反力p=πg