原油管道施工中顶管穿越施工技术的应用

原油管道施工中顶管穿越施工技术的应用

李玉龙

中国石油大港油田分公司第五采油厂天津300280

摘要：采油厂在原油管道的新建或改、扩建施工过程中，难免会遇到河流、湖泊、山体、公路、铁路等难以通过的地上、地下障碍物，需要进行工艺管道穿越施工，这其中顶管穿越施工是常采用的一种特殊施工方法。该工艺不拆除或少拆除地面障碍物，不中断地面交通；在穿越河流时既不影响正常通航，也不需要修建围堰或进行水下作业，有效解决了管道埋设施工中对建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势，具有显著的效益。文章介绍了顶管穿越施工前期准备以及顶管施工方法，针对顶管施工的质量保证和安全提出了相应的措施。

关键词：原油管道施工；顶管穿越技术；质量控制措施

1.顶管穿越施工工作原理

当管道穿越二级及其以上公路、高速公路、铁路时，不宜采用开挖方式穿越，可采用顶管穿越施工。顶管施工是继盾构施工之后而发展起来的一种地下管道施工方法，它不需要开挖面层，并且能够穿越公路、铁道、河川、地面建筑物、地下构筑物以及各种地下管线等。顶管施工借助于主顶油缸及管道间中继间等的推力，把工具管或掘进机从工作井内穿过土层一直推到接收井内吊起。与此同时，也就把紧随工具管或掘进机后的管道埋设在两井之间，以期实现非开挖敷设地下管道的施工方法。顶管施工常用的方法有：人工掘土、机械掘土或水力掘进顶管翻，或不出土的挤压土层顶管。随着科技进步，出现了很多针对不同施工现场情况而改进的新方法，如导向钻进铺管法、混凝土方(拱)管涵推进等方法。采用哪种施工方法，需要由管径大小、土层性质、管道长度及其它因素综合决定。

2.顶管穿越施工作业具体流程

2.1施工前期准备

（1）施工前应进行地质勘察和现场放线，同时，确定管道施工范围内及施工用地内地下及地．上所有障碍物，如管道、电线杆、地下管道等的准确位置、拆迁情况和数量。

（2）调查可利用的电源、动力、通信、消防、劳动力、生活供应及医疗卫生条件；调查施工中对自然环境、生活环境的影响及需要采取的措施。

（3）按施工平面布置图修建临时设施，安装临时用电线路，并试电、修好临时排水沟。

2.2具体施工流程

顶管施工采用机械推进、顶管施工、人工挖土、小型手推车运土、卷扬机垂直提升出土。施工顺序为：先施工开挖操作坑和接收坑，再进行管道推进。其施工流程示意图见图1。

图1施工流程示意图

2.2.1基坑选择及开挖

基坑包括操作坑和接受坑，操作坑是顶管施工的工作场所，其位置可根据以下条件确定；根据管道穿越位置；考虑地形和土质情况，有无可利用的原土后背；单向推进时，应选在管道下游端，以利排水。

对于基础埋深相对较深及本地区地下水位较高，可采用水槽排水方案，基坑四周挖排水槽，设置排水坑，坑内水用潜水泵提升到坑外，经水龙带流至空旷地带。挖掘机在该范围内做适度挖掘，剩余由人工进行清理。

对于土方开挖量大、有地下水干扰的情况，土方开挖可采用挖土机、人工基底与侧壁修整的施工方法。土方开挖宜从上到下、由浅到深分层依次进行，为确保基底不受过挖扰动。

顶管法施工的操作坑，作为临时施工过程的进、出口，采用土坑。由机械开挖、人工清底进行开挖，后背采用混凝土枕木和钢板。操作坑底可根据土质、管子重量及地下水情况，做好基础，以防止操作坑底下沉，导致管子推进位置的偏差。后背作为千斤顶的支撑结构，因此后背要有足够的强度和刚度，且压缩变形要均匀。所以，应进行强度和稳定性计算。

2.2.2顶管推进施工

操作坑内设备安装完毕，经检查各部均处于良好状态，方可进行开挖和推进作业。以千斤顶顶管作业为例，将管子下到导轨上，就位以后，装好顶铁，校测管轴线和管底标高是否符合设计要求，合格后方可进行推进施工。推进时应注意事项：

（1）推进时应遵照“先挖后顶，随顶随挖”的原则。应连续作业，避免中途停止。

（2）首节管子推进的方向和高程，关系到整段推进质量，应勤测量，勤检查及时校正偏差。

（3）安装顶铁应平顺无歪斜扭现象，每次收回活塞加放顶铁时，应换用可能安放的最长顶铁，使连接的顶铁数目为最少。

（4）推进过程中，发现管前土方坍塌、后背倾斜偏差过大或油泵压力表指针骤增等情况，应停止推进，查明原因，排除故障后，再继续推进。

在松软土层中推进时，应采取管顶上部土壤加固或管前设管檐，操作人员在其内挖土，防止坍塌伤人。管内挖土工作条件差，劳动强度大，应组织专人轮流操作。管内挖出的土，及时外运。管径较大时，可用双轮手推车推运。

2.2.3测量与校正

开始顶第一节管子时，每推进20～lOOcm，测量1次。校正时，每推进一镐即测量一次。同时，采用经纬仪测量偏差值，采用激光水准仪测量顶管前端管底高程。在推进过程中，当发现管位偏差lOmm左右，即应进行校正。校正应缓缓进行，使管子逐渐复位，不得猛校硬调。

2.2.4工艺管道的穿越及固定

套管具体长度依所穿路面而定，且套管两端应比所穿公路路基坡脚边缘长出2.5m，工艺管道穿越套管，采用管卡及管托固定，管托按3m／个均布。

2.2.5套管管口的封堵

套管封堵采用MU10机砖，M5水泥砂浆砌筑，砖挡墙与套管接触的内表面清除干净并涂刷水泥砂浆，砌完后用水泥砂浆抹平；管口端部清理干净后，先涂刷沥青一道；再用沥青麻丝密封防水。套管内积水要排干净，再进行封堵。

3.质量保证及安全措施

3.1质量保证措施

（1）做好地质勘察及资料整理工作，摸清顶管工程范围内的地质、水文情况，尤其是透水砂层的分布范围。认真编制好施工方案和通过不同土层的技术措施及纠缠措施。组织好设计和施工技术交底，确保顶管工作的顺利推进。

（2）制定合理的技术措施，使后背地基受力和管节受力控制在允许范围之内。加强操作控制，使顶管均匀平稳，受力均匀。尽可能减少推进过程中倾斜、偏移、扭转，防止管壁出现变形等情况圈。

（3）搞好测量控制检查，及时分析纠正推进过程中出现的倾斜偏位和扭转，保证顶管位置正确。

3.2安全措施

（1）严格执行有关安全生产制度和安全技术操作规程。认真进行安全技术教育和安全技术交底，对安全关键部位进行经常性的安全检查，及时排除不受全因素，确保安全施工。

（2）严格遵循土方开挖程序，控制均匀挖土，防止发生偏位，严重倾斜或管涌等现象，做好作业前和施工中的通风换气工作，以免导致人身事故。作好基吭排水，避免水淹事故。

（3）工作井上部设安全平台，周围设护栏杆和警示标志，井内上下层立体交叉作业，设安全网、安全挡板，井下作业戴安全帽。

（4）吊车、起重设备由专人操作和专人指挥，统—信号，预防发生碰撞。加强对地基稳定性检查，防止发生倾翻事故。

（5）加强机械设备维护、检查、保养。机电设备由专人操作，认真遵守用电安全操作规程，防止超负荷作业。

（6）随着雨季来临，需作好防洪、防雨、防雷措施，机电、起重设备及钢管脚手架做好接地，同时严格规范用电及消防安全。

（7）开挖前详细了解沿线管道资料，做好沿线管道保护措施，特别是高压电缆和供、排水管的保护工作，在推进坑四周地面以下全部用脚手架竹脚板围护确保在坑内的安全，推进坑外围四周3m外围护彩钢板确保安全再施工。

（8）划定施工范围，周围设护栏杆，设安全网，并悬挂警示牌、警示灯用电屏，保护过路行人安全。

参考文献：

[1]田波．顶管穿越公路的设计与施工注意事项[J]．工程建设，2013，17(6)：12-16.