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钢管穿越水网河流设计探讨

上海河流沟渠纵多,在管道的设计与施工中,属于工程的难点,对投资和施工周期影响很大。设计时需要考虑两类问题,一是河流自然状况,如通航情况、河流宽度、水深、地质情况、河流冲刷、汛期等多方面的因素,二是人为的要求,如安全性、经济性、工期要求、地方水务规划要求、航务、防汛的要求。只有在满足以上两方面的情况下,河流穿越才可以顺利实施。

一般的河流设计是通过对河流自然状况的分析,再结合安全,经济性的要求,来确定河流穿越方式。但在江南水乡施工时,地方政府对管道穿越河流要求严格,管理规范,其要求影响管道河流穿越方式的确定。以上海管道穿越方式的确定为例,探讨水乡地带的管道河流穿越设计。 1 上海河务、航务、防汛等部门的要求

上海河务、航务、防汛等部门对管道敷设的要求,以及实施过程中的管理提出了以下要求: ⑴ 确保河道(水系)通畅的原则。不能因为工程的实施而削弱河道(水系)防洪、排水、灌溉、用水及航运等综合功能的发挥。

⑵ 管线施工应严格遵照规划蓝线和埋深要求进行,不能以现状河道资料为依据。如果河道现状比规划要深,以现状为准施工。

⑶ 为保证管道和河道的安全,在管线穿越河道时,管顶覆土厚度至少为1.2~1.5米(以规划河底高程为准)。

⑷ 管道过河方式、管道施工及影响灌区等事宜有关问题,在实施前应到区水行政主管部门办理相关手续。

⑸ 涉及等级通航河道,有关通航技术要求应征求航务管理部门意见。

⑹ 工程的实施应接受当地水行政主管部门和相关部门的监督管理。

⑺ 上海河流的汛期为6月1日至9月30日,在这期间的开挖施工时,需要得到防汛部门的许可,开挖穿越一般不宜在汛期施工。

2 常用管道穿越河流方式

对于管道穿越河流,一般可以选择围堰开挖、水下开挖、顶管、定向钻四种施工方式。

2.1 围堰开挖

围堰通常采用袋装土筑坝,也可采用钢板桩筑轻型坝。用钢板桩筑坝时,对于水深小于2m的河流,采用单排钢板桩围堰;对于水深大于2m的河流,宜采用双排钢板桩围堰。考虑到坝的防渗功能,可在两条坝的迎水面上用无纺布作防渗层。如有轻微上涨或下游有用水需要,可配备水泵将水从上游抽至下游,也可在河底预埋软管连通上下游。筑坝完成后开始抽水,同时预制管道,然后开挖管沟,下管,并根据需要设置配重块保护,检查合格后回填管沟,拆除围堰,疏浚河道。

2.2 水下开挖

可选择挖泥船在河流中施工,先开挖河道一侧,再开挖另一侧。对于较小的河流,也可选择在河流两岸用挖掘机开挖管沟。管沟开挖的同时,在河岸上完成穿越管道的组焊、检测、防腐补口、试压等工作,将预制管段两头用盲板封死,并在两头焊上适当长度放气管和注水管。

采用挖泥船水下成沟的方式开挖管沟。为防止管沟沟壁塌方,造成埋深不够,管沟开挖的宽度约为6~7m,深度应比设计深度适当加深。管

沟开挖成形后,用钢丝绳牵引到达指定位置,接着向管内注水,使管段均匀下沉,同时缓慢放松钢丝绳,以保证管段按设计中心线就位。根据埋深,就位后可以加配重块等保护管道,为保证配重块安装位置正确,需要潜水员配合就位,然后再回填管沟,保证河道的疏通和通航的要求。 2.3 顶管

顶管是一种成熟的施工工艺,在公路、铁路及河流上应用比较普遍。应用到河流施工时,一般需要在顶管一侧做操作井,在另一侧做接收井,都可以选择混凝土沉井和钢板井两种。通过千斤顶顶进混凝土套管,待套管顺利顶至接收井后,再安装输油(气)管道。根据实际情况,可以选择沟下组焊探伤和沟上组焊探伤。 2.4 定向钻

水平定向钻穿越技术是成熟的非开挖管道施工工艺 。钻机被安装在入土点一侧,从入土点开始,沿着设计好的线路,钻一条从入土点到出土点的曲线;作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。在钻导向孔阶段,钻出的孔往往小于回拖管线的直径,为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.5倍以上;需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。导向孔经过预扩孔,达到了回拖要求之后,将钻杆、扩孔器、回拖活节、被安装管线依次连接好,从出土点开始,一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。

3 管道穿越河流方案设计因素分析

3.1 四种穿越方式设计因素比较


现将四种管道穿越河流的设计因素列于表1。

表1 河流穿越设计因素

 


对表1中列出的有关因素结合上海管道河流穿越设计说明如下:

⑴ 河流大小对穿越的影响。一般来说,围堰开挖和水下开挖穿越的长度不受限制,如在甬沪宁管道上,水下开挖穿越了约500m宽的池塘。不能用于大型河流是由于大型河流一般都较深,较宽,不易施工,管道安全性较差。

⑵ 围堰开挖水深太深时,围堰难度很大。因此,围堰开挖需要限制水深,通常的深度是3m,对围堰有经验的施工单位,可以适当加深。水下开挖一般要考虑开挖船在河中行驶,也要考虑挖掘臂能达到的深度。因此,一般说来,水不能太浅,也不能太深。顶管深度受限是因为操作井不能太深,一般不要超过12m,太深钢板井或混凝土沉井难度增加很大,同时,安装主管也非常不便。以深6m的河为例,加上淤泥约1m,在正常土壤,粘土或粉质粘土下,套管顶上应有3m厚的土壤才是安全的,加上混凝土套管的尺寸,深度就能达到12m。

⑶ 水流速大,上游水位将不断上升,围堰容易失败,因此要求水流静止或小流速,对小流速可以采用抽水或导流。水下开挖时,水流速过大,将不易成沟,对下游水质影响也大,也不便于漂管。因此,采用水下开挖时,水的流速要限制。顶管和定向钻穿越则不受河流水流的影响。

⑷ 围堰和水下开挖均不受地质类型限制,对于象岩石这样较难开挖的管沟,可以采用爆破成沟。遇到岩石等,顶管难度很大,一般不采用。而用定向钻时,需要考虑采用专用的岩石钻头,成本代价也很大。

⑸ 对于通航河流,围堰将长时间阻断通航,因此不能采用。当采用水下开挖时,则需要短暂阻断通航,一般可由航务部门通过新闻媒体提前通告。顶管和定向钻不影响通航。

⑹于经济性,一般来说,围堰和水下开挖最经济。顶管和定向钻次之,对于同一条中型河流而言,顶管单价较高(包括混凝土套管费用),而定向钻长度较长,往往需要综合比较,在经济性接近的情况下,首选定向钻穿越。

⑺对于人员安全,围堰和水下开挖,以及定向钻穿越,对施工人员没有直接的危险。而顶管施工,需要施工人员到操作井内工作,危险性较大,一般需要加强管理。

⑻ 围堰和水下开挖一般埋深较浅,管道易被损坏,建成后管理维护工作量大。顶管和定向钻相对较深,管道安全性高。

⑼ 汛期对围堰和水下开挖影响大,一般不允许在汛期内施工。顶管和定向钻不受汛期的影响。汛期显著影响穿越的一个例子是在甬沪宁管道在江苏境内穿越句容河,设计考虑在非汛期施工,采用的是围堰开挖,整个施工费用小于30万元。实际施工中,因为穿越工期安排在汛期,不允许围堰,改为定向钻穿越,穿越费用达到120万元。

⑽ 环保是十分重要的一个因素,污染大的穿越方式将受到越来越大的限制。水下开挖时受水流影响,将开挖的泥沙带到下游,影响水质。其它穿越方式相对可控性高,污染较少。

⑾ 围堰开挖成功率最高,其次是水下开挖和顶管,一次成功率最低的是定向钻穿越。根据甬沪宁管道的穿越情况,定向钻穿越失败率约15%,其中个别河流甚至连续失败达三次。《石油管道报》曾报道:在西气东输施工作业中,几乎每家承包商都经历了钻杆扭断、卡钻、回拖失败等波折。这是因为地质资料的不连续性,穿越过程存在固有的风险。若选择施工经验丰富的施工队伍可以减少这一风险。

⑿ 围堰和水下开挖周期短,定向钻穿越稍长,根据穿越长度施工周期不同。最长的是顶管施工,一般混凝土沉井需要1个月左右,钢板井需要15~20天。顶管穿越深10m,长80m的一条河流,约需2个半月。而定向钻穿越一条中等河流仅需20天左右。

3.2 主导因素分析

以上各个因素有对立的,也有统一性。不同的情况,不同的因素占主导地位,而其它的因素退至次要地位。如上海的竹港,属通航河流,按第5条要求,以上四种穿越方式,除了围堰开挖不适合外,其它穿越方式的都可以。其次要考虑的问题是上海市水务、航务部门的要求,这些部门提出竹港不让开挖,应此,只有选择顶管和定向钻。再考虑经济性,同时穿越φ610mm和φ

273.1mm两条管道及一条光缆,竹港宽45m,顶管长度60m,定向钻穿越330m。顶管一次,穿越两条主管和一条光缆,包括混凝土套管费用,穿越全部费用约100万元, 而定向钻穿越两次,共需165万元。可见,选用顶管是比较适宜的。 3.3 上海市管道穿越河流实例

甬沪宁管道上海市主要河流穿越情况见表2。

表2 上海部分河流穿越表

 

注:主导因素的条款与表1中的序号一致。

从表2可以看出,确定不同的河流穿越方式由不同的主导因素决定。这些穿越方式,都在甬沪宁管道上海段得到了较好得实施,满足了各方面的要求。

4 结论

通过以上分析可以知道,确定河流的穿越方式时,要考虑多方面的因素,这些因素将直接决定着穿越的可行性、安全性、经济性、环保、工期等的要求。针对每处特定穿越,在选择穿越方式时,首先要收集河流的基本资料,一是河流自然状况,如通航情况、河流宽度、水深、地质情况等多方面的因素;二是人为的要求,如安全性、经济性的要求;三是分析这些基础数据,从中找出起主导地位的某几个因素,根据这些因素就能确定出相对合理的穿越方案,从而确保设计满足各方面的要求。而认真分析每一条河流,都有自己的不同特点,表1中的每条都可能成为方案选择的主导因素。有时甚至业主的要求也能成为主导因素。本文章来自:www.dkjgglhl.com

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点击次数:  更新时间:2014-12-12 20:45:51  【打印此页】  【关闭
   
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