大型输水管道交叉穿越防护工程技术要点

大型输水管道交叉穿越防护工程技术要点

牟永利

内蒙古自治区建材产品质量检验院 内蒙古 呼和浩特 010070

摘要：大型输水管道交叉穿越防护工程一直是建筑工程中的重点难点，在实际施工中，不仅存在问题较多，而且难度也比较大。本文通过对某项工程内的实际施工情况作为案例分析，主要以钢管燃气管线、某大口径多管道输水管线以及PCCP水源管线交叉穿越防护工程为主，针对施工中的问题进行的技术要点分析，并且提出相应的安全防护措施。

关键词：大型输水管道；交叉；防护；技术要点

前言：随着社会经济的高效发展，国家建设进入繁荣时期，建筑工程逐渐增多。在我国开展现代化建设工作时，大型输水管道交叉穿越防护工程一直是建设工程的重要组成部分，由于其重要性，受到社会各界的广泛关注，相关机构必须严格监督管理，保障建设工程的质量，满足设计方案的要求，进而实现大型输水管道交叉穿越工程防护的目标，整体提高人们生活质量。

1 工程概况

本文选择某项输水工程作为研究对象，该工程大型输水管道与钢管燃气管线以及PCCP水源管线交叉穿越，实际交叉角度为53°，PCCP管道的水源管线的规格为1XDN1 200mm，管道顶部埋深为2.2m，燃气管道的规格为1XDN300mm，管道顶部埋深为1.1m。燃气管道与水源管线相对平行，并且间距为7.8m。在大型输水管道交叉穿越处构建4个管道并且同槽的DN 3200 PCCP管道，安装以到虹式穿越方式为主，位置在燃气管线下方。输水管线管道顶部埋深6.3m，管道内部压力设计为0.6MPa^[1]。具体输水管道交叉穿越示意图如下。

大型输水管线和水源管线与已经存在的燃气管线进行交叉穿越，并且其交叉处上部为耕植土，呈现杂色，管道顶部埋深0.3m_~0.9m,交叉穿越中部位粉质黏土，略微潮湿，呈现黄褐色以及可塑状态，管道底部埋深8_~9.6m，管道底部全部为风化安山岩，呈现灰绿色，不处于固态为砂状，

2 技术要点分析

2.1穿越水源管线设计及施工技术

2.1.1穿越设计

大型输水管道材料选择为PCCP管道，按照设计标准，管道长度为5m，并且接口处采取承插口进行连接，根据实际实际方案进行防护措施。分别在水源管道两端2m处架设灌注桩，下图为实际施工示意图2^[2]。首先，先进行基坑挖掘，高度要严格按照设计要求，深度一直打到冠梁底部并且进行标记，然后进行混凝土浇筑，浇筑范围为平行于现有的管道线路的钢筋混凝土冠梁部位。持续浇筑混凝土，当混凝土强度满足设计要求时，进行工字钢横梁搭建，对已有的水源管道混凝土基座所形成的结构支撑体系进行浇筑。图3为交叉穿越水源管道下撑式防护结构。

2.1.2施工技术

按照设计流程进行混凝土浇筑，当灌注桩浇筑工作完成后，在水源管道两边5m范围处，采取长臂挖掘机结合人力挖掘对该区域进行施工，水源管道外侧0.5m范围内需要通过人工进行挖掘^[3]。在工程开始之前，需要保障水源管道横向两端位置对称，并且相对均匀进行施工，在纵向挖掘方面，主要以台阶状以此向后退，挖掘顺序从水源管道下游逐渐向上游方面。

2.1.3支撑步骤

第一点，挖掘程度为水源管道120°包角高程。第二点，针对水源管道两端通过钢板桩的形式进行连续支护措施，稳定管道结构，避免水源管道基础失去稳定性，出现滑塌现象，支护措施的范围为冠梁的总长度，一般为53m。选择长度为3m的钢板桩，并将其底部插入到冠梁底部，深度为1.5m以下。由于，水源管道与灌注桩冠梁水平净距离仅有0.8m，与灌注桩底部垂直间距只有1.1m， 如果不采取支护措施，自然边坡结构不稳定。第三点，在安装完钢板桩之后，在其外侧采用长臂挖掘机进行深度挖掘，一直到冠梁底部高程。冠梁开挖必须严格遵循设计要求，控制底部高程，并且利用人工进行平整，随意采取小型振动机器反复碾压直到密实，做好在其顶部铺设胶木模板作为冠梁顶部模型。留出一定的施工空间，一般为冠梁两侧2m处，并且在管沟坡度角位置挖掘排水沟，防止雨水聚集。第四点，浇筑冠梁^[4]。

2.1.4开挖措施

当管道横梁混凝土与冠梁时间满足设计要求后，开始进行水源管道底部管槽挖掘工作。啊由于水源管道和冠梁以及其他各横梁之间的距离较小，为了防止出现横梁与管道的意味碰撞，需要事先将冠梁底部的钢板桩割断，将其上部取走。通过人工挖掘实现下部土体与水源管道分离。在冠梁外侧2m左右深度位置进行人工挖掘冠梁底部，促使冠梁下部土体与冠梁实现脱离。挖掘顺序为冠梁中间区域逐渐向两侧延伸。之后，通过 挖掘机进行分层挖掘，从水源管道中间位置向两侧方向挖掘。靠近灌注桩0.5m处利用人工挖掘。

2.2穿越燃气管线

2.2.1穿越设计

燃气管道材料选取钢管，其标准长度为20m，采取坡口焊形式进行接口连接。现在需要在燃气管道顶端架设钢梁起到悬吊保护作用，长度为60m。通过计算，设计出较为节省资金的方案，通过使用施工现场的塔吊进行施工，将其吊臂作为钢梁进行悬吊支撑

^[5]。下图为施工示意图。

2.2.2施工技术

防护措施

桁架钢梁主要为三角形断面，其上弦杆采用规格为76X5cm的钢管，下弦采用8号槽钢两根。在燃气管道周围，利用角钢制作的保护架和角钢小横梁所采取的螺栓进行连接，每个保护架安全距离保持2m以外。顺着桁架钢梁，每个2m架设一个U型吊杆，并且在钢梁之上悬吊燃气管道，燃气管道与U型吊杆之间需要加一层橡胶板，一般为10mm厚度，主要为保护管道防腐层。之后在管道两侧分别架设0.3m厚度的支墩，并且将桁架固定在支墩上。

安全措施

第一点，如果燃气管道不受到任何保护措施，直接暴露在空气中，具有非常大的安全隐患，所以在挖掘燃气管道顶端土体时，当燃气管道露出，采用5mm厚度的石棉布将燃气管道严密包裹。并且在其顶端铺设闭孔板，规格为20cm宽度。第二点，在固定好燃气管道后，基于安全距离以外采用大型机械设备进行管槽挖掘。利用分层挖掘方式，在管道高度8m处架设一层马道。宽度为1.5m。管槽左侧静载为1:1.25，右侧动载为1:1.5。土体挖掘可以采用挖掘机接力的形式，从管槽底部将土方运输到顶部，在进行装车运输。在实际工作中，要保障两侧挖掘均匀对称进行，防止两侧土方出现偏差，出现挤压管道的现象。在燃气管道5m范围之内采用人工挖掘，并且先从其底端挖掘，实现管道与底部土体完全分离。在工程开展期间，需要时刻监督工程情况，一旦高程出现变化，需要利用U型螺栓进行调节。第三点，在实际施工期间，施工现场的管理人员需要每天对边坡进行检查，由于交叉穿越处，管槽挖掘深度增加到10.5m，所以顶部开口比正常情况要宽12m^[6]。此外，水源管线与燃气管线都属于高度危险管道，在施工中，必须确保事故安全，可以在土体挖掘时，将土方全部运输到距离管道1km以外的位置，在管道回填时在运输回来，避免出现不必要的危险隐患。

2.3输水观点按照与回填技术

2.3.1安装技术

在工程后期，燃气管道和水源管道以及大型输水管道之间会因为检修和运行问题相互产生影响，为了尽可能的避免影响情况，需要在交叉穿越位置架设钢筋外包混凝土。为了缩短工期，减少燃气管道在挖掘过程中的暴露时间，可以根据管道的上下游方向分别对燃气管道进行安装，钢管最后安装，长度为3m，实现最后的管道闭合。在实际施工中，需要保障水源管道支撑系统与燃气管道悬吊系统之间的距离为4.8m，针对具有两种支撑系统的大型输水管道来说，可以保持与燃气管道平行的方向，在燃气管道与输水管道之间的缝隙下进行悬吊，当与地面距离达到0.3m时进行方向调整，达到设计位置^[7]。并且在实际的悬吊作业过程中，系统管道的四角利用棕绳进行固定，并且通过人工进行控制调节，进而避免与电厂管道或者燃气管道出现碰撞现象。

2.3.2回填技术

在交叉穿越处进行管道系统安装，满足设计要求结合实际施工，在安装完成以后，需要对土方进行回填，防止出现回填后燃气管道与水源管道基础结构出现沉降的现象，从管道顶部外包混凝土一直到燃气管道和水源管道顶部均利用水撼砂进行分层式回填。在进行沟槽回填工作中，可以先对管道底部悬空部分进行回填，在对管道两侧进行回填。回填的土方需要分层反复碾压，保障其密实性，每一层土体厚度为0.2m_~0.3m为最佳，基于管道顶部和两侧位置0.5m范围内，需要结合人工进行土体回填，在管道顶部0.5范围以上的位置需要利用小型机械反复压实，每一层土体厚度为0.25m_~0.4m最佳。

3 设计及安全防护措施研究

燃气管线的建设工程具有较大的危险性，不同于输水源管线的安装，如果在实际作业中，设计方案不严谨或者作业过程存在纰漏，很容易出现安全事故，不但为造成大量的资金浪费，还会对施工人员带来身体上的损害，所以，在进行大型燃气管道与输水管道的交叉穿越建设工程时，需要强化安全技术的防范工作，以及确保各项施工方案的安全性、合理性、科学性，进而保障整体工程的质量与效率。

3.1根据燃气管道交叉穿越时的设计分析

燃气管道所采用的材质大多数为钢管，长度规格为20m，主要采用坡口焊接技术对管道之间的接口实现连接。在工程建设期间，需要在燃气管道的上方位置架设一道桁架钢梁，长度一般为60m，为了缩短工期以及节约建设成本，可以采取施工现场的塔吊作为管道支撑，并且针对管道设计悬吊防护方案，将施工现场的塔吊吊臂作为桁架钢梁的支撑。

3.2要点把控以及安全防护措施研究

第一点，在施工过程中，需要做好防护措施。首先在燃气管道上方架设桁架钢梁，其只要结构为三角形断面结构，上弦杆直径为76公分，长度为5公分，下弦杆采取两个8号槽钢。还需要对燃气管道的四周进行防护，通过角钢进行制作形成保护架，并且将燃气管道周围的角钢与小横梁相互连接，每个保护架之间的距离保持在2m左右^[8]。然后顺着桁架钢梁的方向架设一道U型吊杆，间距也需要控制在2m左右，进而实现燃气管道悬吊在桁架钢梁之上。在操作过程中需要注意一些问题，比如，需要在吊杆与管道之间铺设一层橡胶板，起到保护管道的作用，避免管道防腐层在通过反复的拉伸工作后出现损坏，进而降低燃气管道的使用年限。除此之外，分别在管道两侧架设支墩，从而对桁架起到固定作用，一定要做好准备工作，可以先对地脚螺栓进行架设，保障其埋深，才能保障钢梁的稳定性，进而保障整个工程的可靠性和安全性。

第二点，工程建设中施工技术的安全措施。在公众的认知里，燃气一直是具有危险性的气体，如果燃气管道建设工程不能合理作业，安全防范工作不到位，很容易出现安全事故，给施工人员以及社会安全造成较大的影响。所以，基于此需要做好整体工程技术的安全措施。首先，当燃气管道经过挖掘暴露出来时，由于已经与土体相脱离，所以必须采用石棉布对其密实包裹，全面覆盖，在覆盖完毕之后，在燃气管道上方铺设一层闭孔板，一般厚度为20公分，在实际施工中，可以根据管道的直径而制定。其次，燃气管道完全暴露之后，需要将其悬吊在桁架钢梁之上，才可以进行后续的建设工作。同时，在开展后期工作之前，必须确保燃气管道悬吊完成并且较为稳固，才可以利用施工现场的大型挖掘机器挖掘管槽，挖掘中需要安装分层式的挖掘方式，并且在距离地面8m的位置架设一道马道，宽度为1.5m，主要为土体的顺利运输作为基础，保障其宽度，最大程度的实现土方运输效率。与水源管道挖掘方式一样，都是在管道两侧进行均匀堆成挖掘，防止出现两侧土方的高度差异，进而出现燃气管道位置偏移的现象。除此之外，在燃气管道5m范围之内的部分需要通过人工进行挖掘，实现管道底部与土体完全分离。最后，从燃气管道的底部区域采用大型机械进行挖掘，施工过程中时刻监督，使管道底部与土体慢慢实现脱离。并且在实际作业中，施工现场的安全人员需要严格遵守岗位职责，对建设工程时刻监督管理，保障工程的效率与质量，最大程度的缩短工期以及提高管道的使用年限。结合监控设备，加强对施工现场的监测工作，根据工程情况，不时地对U型螺栓进行调节。对于管道交叉穿越的位置更加需要重视，加强监督管理，也是穿越工程技术的重要环节。

结论

总而言之，在大型输水管道交叉穿越工程建设中，针对既有管线采取上悬式以及下撑式的防护方案，都取得较好的效果，使工程建设中的难题得到有效缓解，并且在进行燃气管道穿越时采取更为合理的方案，结合施工现场的塔吊吊臂作为管道支撑，大大节约了资金成本，对桁架钢梁架设问题也得到安全有效的解决，为日后的工程建设提高非常具有参考价值的依据，为促进国家经济建设作出巨大贡献。

参考文献

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