长输供热管道穿越河流的设计和施工分析

长输供热管道穿越河流的设计和施工分析

姓名：李学乾

单位：中国市政工程西北设计研究院有限公司

摘要：随着我国能源政策提出热电厂余热深度利用，近年来，我国为了改善环境，提出城市供热优先采用热电厂集中供热，建成了很多由热电厂集中供热的长输供热项目。[L1]这些工程穿越复杂地形，沿途经过很多河流，管道穿越河流的安全性及可靠性是管道长期平稳运行的关键。为此，系统分析长输供热管道河流穿越的风险，在穿越方案设计时，选择最佳穿越的方式，提升工程施工的安全性及可靠性，对于指导设计与施工具有一定现实意义。

关键词：长输供热管道；河流穿越设计；施工分析

引言

随着国家能源政策调整，由建设在远郊的热电厂通过长距离供热管道给市区供热，已经有很多成功案例。[L2]在实际建设中，供热管道会面临复杂的环境问题，如无法拆除的河流、山川、道路、建筑物等，此时，传统的大开挖施工不但费时费力，而且很难满足规划要求，同时也对项目的征地拆迁带来极大难度。通过采取合理的穿越技术，利用最小的成本敷设管道，保障工程的安全平稳运行。[L3]

一、概述

供热管道穿越河流时，采取的技术方案通常是直埋开挖、定向钻穿越和顶管穿越方式。可根据当地建设部门、河道管理部门的要求，通过对施工难易程度、施工成本等多方面分析比较，从而采用不同的方法穿越河流。[L4]

二、长输管道河流穿越方案设计原则

长输供热管道穿越方式多样，在具体设计时，要通过综合考虑，确定最佳穿越方式，在穿越方式选择时有以下考虑：①考虑管道穿越河流的宽度、河水流速、流量、通航情况、河流堤岸情况；②考虑河流形状、水文条件、工程地质条件；③考虑当地规划部门及河道管理的部门的要求，提前做防洪评价报告，明确管道覆土深度。[L5]

三、长输管道河流穿越设计和施工

3.1定向钻穿越[L6]

水平定向钻其基本原理是施工时在钻杆前加一个传感元件，通过对传感元件的地面跟踪，准确控制导向钻头的走向和深度。待导向钻头按预定位置出土后，卸掉导向钻头，换上回扩器，对导向孔进行分级扩孔，并针对不同地质条件配置不同的泥浆，对孔道进行泥浆护壁，以形成待敷设管道口径的1.2-1.5倍的泥浆孔，最后进行管道回拖。定向钻穿越需要提前确定土质情况，该方案无法穿越坚硬的岩石区域，同时管道长度和管道直径也受到限制，如果出现故障，管道很难修复。[L7]

3.2开挖穿越

开挖穿越主要利用施工设备在河道进行一定深度管沟的挖掘，将管道在管沟内进行敷设，然后进行回填处理，并落实一系列保证管道稳定的措施。开挖穿越主要应用于河床范围较广的环境当中，其特点较为明显，包括施工周期短、工艺简单。然而该工艺容易受到季节变化的影响，水下作业工作量较大，会对河道造成一定的破坏，穿越河流主槽时很难达到设计所需的深度，容易出现风险。开挖穿越的地点，应当选择施工条件便利的地段，保证岸坡具有较高的稳定性，水流不会出现较大的冲淤变化，不会对水域规划造成影响，同时要在穿越段两侧进行防护措施的构建。开挖穿越施工主要的流程是成沟、敷设、回填，主要的方法包括围堰法、爆破法等。[L8]

3.3顶管穿越[L9]

目前，顶管法比较成熟，主要采用长距离顶管的接力顶进。顶管穿越时，在穿越的河流两侧以及河流中间，需要设置工作井及接收井。顶管井及接收坑类型及尺寸，须根据采用的顶进机械及管道管径确定。一般顶管采用带钢管的钢筋混凝土管，顶管断面通常较小，造价相对较低，工期较短，特别适合那些距离较短的河流。[L10]顶管法通常是直线施工，所以管道应尽量避免弯曲。顶管的顶力必须有可靠的保证，确保克服管壁[L11]与土壤之间的摩擦力。

四、长输供热管道穿越河流设计注意事项

1、穿越河流时，管位应选择在较深的稳定河段，且远离浅滩、锚地，埋设深度不应妨碍通航和河道整治，同时管道覆土深度满足规范要求。

2、穿越管道应进行抗浮计算、抗冲刷设计、应力计算。

3、穿越河流的管道在穿越两侧设置关断阀门，满足事故检修要求。[L12]

五、管道穿越河流保护措施

按照不同的穿越方式及河流规模，主要采取下保护措施:[L13]第一，保护护坡与护底。如石笼护坡以及浆砌石[L14]护坡等。石笼护坡方式存在较大的柔性，在不均匀沉降中适应性较强，可用于软土地基。浆砌石护坡在基础坚硬且常年经受水体冲刷位置较为适用。为有效强化防护强度，可进行河床底部增设护底，减缓河流冲刷，降低河流下切速度。在护底材料选择上，应选择与护坡相同的材料。按照施工作业带宽度，进行防护宽度的科学设置。第二，稳管措施。管道在河流穿越时，为避免管道在浮力作用下出现漂浮情况，通常可以通过抗浮计算[L15]，科学制定稳管措施。可以选择现浇混凝土配重块，也可选择混凝土连续覆盖层。因为抗冲能力存在一定限制，若河道冲刷较为剧烈，稳管措施若未埋设于稳定层中，会被水流冲动，不仅无法发挥出稳管作用，还会使管道承受-一个外荷载，会影响到管道安全。[L16]

结束语：

总体而言，从安全适用、性能可靠和经济合理的角度分析，管线穿越河流的技术方案选定前，都应结合现场场地条件判断，并应征询相关水务和航务、规划管理部门的意见，以保证河道及周边构筑物的安全[L17]，再做可选方案的经济性分析。任何一种技术方案的选择，都需要根据工程的实际情况出发，不能一概而论。

参考文献：

 [1]冯景微.穿越河流的长输管道施工方法[J].工程建设与设计,2017(08):138-139.

[2]石江淼.长输管道水平定向钻穿越河流设计中的注意事项[J].石化技术,2015,22(11):70-71.

[3]姜超,潘传瑶.长输管道在大中型河流穿越施工中的技术研究[J].能源技术与管理,2015,40(04):193-195.

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