楊歐修，于麗麗

（中石化天然氣分公司廣西液化天然氣工程項(xiàng)目部， 廣西 北海 536000）

天然氣管道河流穿越方案的設(shè)計

楊歐修，于麗麗

（中石化天然氣分公司廣西液化天然氣工程項(xiàng)目部， 廣西 北海 536000）

從總體上闡述了天然氣管道河流穿越方案的選擇原則，穿越工程設(shè)計原則，穿越位置選擇原則，穿越方式的選擇原則，河流穿越方案的設(shè)計步驟?？偨Y(jié)了長輸管道河流穿越的幾種主要形式，分析了大開挖穿越，定向鉆，頂管穿越，這幾種河流穿越方案的適用條件，并結(jié)合工程實(shí)例，論述了定向鉆穿越方法在工程中的應(yīng)用。

天然氣管道；河流穿越；設(shè)計方案

1 天然氣管道穿越工程設(shè)計原則

（1）天然氣管道穿越工程設(shè)計應(yīng)遵循國家及行業(yè)、企業(yè)現(xiàn)行有關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范；

（2）對于大中型穿越工程，根據(jù)輸氣管道線路總體走向及自然條件確定和調(diào)整管道穿越位置，穿越工程與線路工程的應(yīng)做好銜接，為確保輸氣管道和地方建設(shè)的協(xié)調(diào)發(fā)展，需協(xié)調(diào)好穿越工程與河流、鐵路、公路、城市及水利規(guī)劃的相互關(guān)系；

（3）管道穿越位置的選定應(yīng)符合城市、交通、河道、航道等相關(guān)部門的法規(guī)及規(guī)劃；

（4）應(yīng)根據(jù)水文、地質(zhì)、地形、水土保持、環(huán)境、氣象、交通、施工及管理?xiàng)l件進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證確定大中型穿越工程的位置與方案[1]；

（5）優(yōu)化設(shè)計方案，確定合理的穿越位置及最優(yōu)穿越結(jié)構(gòu)型式；

（6）采用先進(jìn)、成熟的技術(shù)，吸收國內(nèi)外新的技術(shù)成果，做到技術(shù)先進(jìn)，施工簡便，經(jīng)濟(jì)合理，安全適用；

（7）河流大中型穿越工程的各項(xiàng)措施應(yīng)征得河道、航道管理部門的同意，不得影響排洪疏浚和航道通行，不得損壞大堤[2]；

（8）河流大中型管道穿越設(shè)計方案必須取得河流主管部門同意；

（9）穿越管段位于地震基本烈度7度及7度以上地區(qū)時，應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計。

2 天然氣管道穿越位置選擇原則

（1）穿越位置選擇應(yīng)與線路總走向相一致，因自然條件限制，穿越困難地段，可以根據(jù)穿越位置調(diào)整線路局部走向；

（2）穿越位置應(yīng)符合該水域的總體規(guī)劃要求，穿越位置、穿越方式必須報經(jīng)穿越水域主管部門同意，由建設(shè)單位與該部門簽署的具有法律效能的協(xié)議；

（3）穿越位置宜選在水流平緩、河面較窄、河水主流線擺動不大的順直河段上；應(yīng)避開沖溝溝頭發(fā)育地段；

（4）穿越位置應(yīng)盡量避開災(zāi)害性地質(zhì)地段（如活動地震斷裂帶、滑坡、巖溶等），選擇在河段的變遷運(yùn)動歷史清楚，河床面平坦，沖淤變化小，地質(zhì)構(gòu)成較為單一，兩岸漫灘開闊，岸坡宜呈傾斜狀且穩(wěn)定耐沖刷處；

（5）穿越位置宜選擇在交通和施工場地條件良好，干擾小，能滿足施工方法中所需要的施工場地的要求；

（6）穿越河段應(yīng)選擇在閘壩上游或其他水工構(gòu)筑物影響區(qū)之外；

（7）穿越管段和穿越水域中或附近已建建（構(gòu)）筑物之間的距離應(yīng)符合有關(guān)規(guī)范和安全規(guī)定要求；

（8）穿越工程建成后，應(yīng)不會降低該水域的防洪標(biāo)準(zhǔn)，不會影響抗洪救災(zāi)措施，同時也不會引起河勢的變化，不會影響已規(guī)劃堤防的安全；

（9）管道穿越位置與港口、碼頭、水下建筑物或引水建筑物之間的距離不得小于200 m；

（10）管道穿越位置不宜選在河道經(jīng)常疏浚加深、岸蝕嚴(yán)重或侵灘沖淤變化強(qiáng)烈地段；

（11）穿越管段應(yīng)垂直于水流軸向；如要斜交時，交角不宜小于60°；

（12）管道穿越鐵路、公路應(yīng)避開石方區(qū)、高填方區(qū)、路塹、道路兩側(cè)為同坡向的陡坡地段；

（13）管道嚴(yán)禁在鐵路站場、有值守道口、變電所、隧道和設(shè)備下面穿越。

3 常見河流穿越方案

目前，天然氣長輸管道河流穿越方式主要有大開挖穿越、定向鉆穿越、頂管穿越、鉆爆法隧道穿越和盾構(gòu)法隧道穿越等[2-4]。

3.1 大開挖穿越河流

大開挖穿越河流的方式是將天然氣管道埋置于河床穩(wěn)定層內(nèi)的穿越敷設(shè)方式，目前，它在國內(nèi)外的管道穿越的設(shè)計施工中因技術(shù)成熟，投資省得到了廣泛運(yùn)用。一般根據(jù)河流地形、水文和地質(zhì)條件、和施工設(shè)備等因素選擇開挖方式。大開挖敷設(shè)穿越方式埋深淺容易受到通航船舶拋錨、河道沖刷、挖砂的破壞，所以大開挖穿越方案適用于季節(jié)性河流，中小型河流的穿越、人工干渠、水塘等，對于大型河流及管道通過的較深的水塘，一般采取配重塊穩(wěn)管或混凝土連續(xù)覆蓋的措施保證洪水期管線抗沖刷、不漂浮，對已干涸的河流采用直接大開挖的方法施工，對已斷流但仍存大量積水的河流、水塘和溝渠，一般采取圍堰截流排水方法施工，對冬季不斷流的河流，一般采用圍堰導(dǎo)流渠導(dǎo)流的方法進(jìn)行施工，對有的穿越點(diǎn)處有巖石無法開挖導(dǎo)流溝，一般采用圍堰導(dǎo)水的方法進(jìn)行施工。對于穿越長江、黃河等水流量大、通航量大的大型河流時，因其工程量大，難度高,難以保證工程質(zhì)量，一般不予以考慮大開挖穿越方式[4]。

3.2 定向鉆穿越河流

定向鉆穿越河流即通過計算機(jī)控制進(jìn)行導(dǎo)向和探測，按照設(shè)計曲線的軌跡，采用定向鉆技術(shù)先鉆一個導(dǎo)向孔，在鉆桿端部接大直徑的擴(kuò)孔鉆頭和已組裝好的管道用于擴(kuò)孔和回拖，完成管線穿越的施工過程。對于具有較為穩(wěn)定的地層，適宜黏土、亞黏土、砂質(zhì)河床，有足夠的材料堆放和回拖的場地，同時有專業(yè)的定向鉆穿越施工隊伍的情況，采用定向鉆穿越河流的方式既經(jīng)濟(jì)實(shí)用又安全可靠，隨著定向鉆穿越技術(shù)和設(shè)備的不斷發(fā)展與完善，定向鉆已能穿越中等硬度的泥巖、砂巖等巖質(zhì)地層以及超厚卵石層，且穿越長度以及穿越管徑不斷加大[2]。

3.3 頂管穿越河流

頂管穿越河流是繼盾構(gòu)、定向鉆施工之后發(fā)展起來的一種地下管道暗挖式施工方法，在施工時，通過傳力頂鐵和導(dǎo)向軌道，用支承于基坑后座上的液壓千斤頂將管壓入土層中，同時挖除并運(yùn)走管正面的泥土，當(dāng)?shù)谝还?jié)管全部頂入土層后，接著將第二節(jié)管接在后面繼續(xù)頂進(jìn)，這樣將一節(jié)節(jié)管子頂入，作好接口建成涵管，對松散、黏土、軟弱地層比較適用。按工作面開挖方式的不同可將頂管法分為普通頂管（人工開挖）、機(jī)械頂管（機(jī)械開挖）等，在大型河流中頂管法穿越方式應(yīng)用比較少[2]。

4 河流穿越方式的選擇原則

河流穿越方式主要為大開挖、定向鉆、頂管等穿越方式。穿越方式的選擇應(yīng)該根據(jù)地形地貌、水文、地質(zhì)、環(huán)境、交通運(yùn)輸?shù)榷喾矫嬉蛩鼐C合分析，以確保天然氣管道安全為第一前提，在施工工期滿足整個工程要求的前提下，應(yīng)盡量選擇投資低、施工簡單的穿越方式。一般情況下，管道穿越方式要優(yōu)于跨越方式，主要是由于管道埋入地下，受環(huán)境影響小，安全性好，節(jié)省投資，施工期短，施工技術(shù)難度小，有利于維護(hù)和管理等優(yōu)點(diǎn)，在工程實(shí)踐中，大多采用穿越方式通過天然或人工障礙物。

5 穿越方案的設(shè)計步驟

（1）確定穿越位置及概況；

（2）確定場地自然地理概況，包括地形地貌和河流概況及水文條件；

（3）穿越處地質(zhì)條件，包括地層情況和各層情況物理力學(xué)指標(biāo)和巖土參數(shù)；

（4）場地穩(wěn)定性，包括河床和岸坡穩(wěn)定性評價和河床沖刷深度；

（5）場地地震效應(yīng)；

（6）穿越方案比選；

（7）穿越方案設(shè)計；

（8）穿越設(shè)計圖紙。

6 工程實(shí)例

某運(yùn)河勘察區(qū)屬平原河谷地貌，平壩地形，地形平緩開闊，起伏不大，穿越段運(yùn)河寬約32 m，水面寬也大約32 m，水深2 m，河道內(nèi)無采石挖砂現(xiàn)象，河床未受擾動，河床穩(wěn)定性較好。擬穿越段位于運(yùn)河緩彎處，運(yùn)河寬約45 m，呈對稱的“U”型，水面寬約32 m，水深約2.5 m，河內(nèi)質(zhì)為粉質(zhì)粘土夾細(xì)～礫砂。穿越段總體地勢東部略高，西部稍低，東側(cè)最高50.96 m，西側(cè)最高49.60 m，兩側(cè)大堤坡角約30°，大堤下部為砼結(jié)構(gòu)護(hù)壁，上部為土質(zhì)岸坡。東側(cè)大堤為林地，高出水面約3.4 m；西側(cè)岸坡為水泥公路，高出水面約 4.6 m。擬穿越段上游約70 m處為蘭海高速跨河大橋，下游約300 m處有小型橋梁連接兩岸，最高水位高程為43.43 m，勘察期間實(shí)測河水流速0.032 m/s，定向鉆方式穿越也必須從運(yùn)河底部較深位置實(shí)施，無需計算沖刷深度，場地土類型為中軟土，場地類別為Ⅱ類，為對建筑抗震一般地段。地震動反應(yīng)譜特征周期為 0.35 s，地震動峰值加速度為0.05 g，區(qū)內(nèi)建筑抗震設(shè)防烈度為6°。

6.1 穿越方案比選

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，考慮在頂管穿越和定向鉆穿越2種穿越方式比選。

6.1.1 大開挖穿越河流

大開挖穿越河流是通過施工機(jī)具在河道開挖一定深度的管溝，將管道埋置于河床穩(wěn)定層內(nèi)，并輔以一定穩(wěn)管措施的的穿越敷設(shè)方式，大開挖穿越方案適用于季節(jié)性河流，在枯水季節(jié)可直接開挖管溝或采用導(dǎo)流明渠、圍堰導(dǎo)流等施工措施進(jìn)行敷設(shè)。由于運(yùn)河為北海市重要的生活和工業(yè)用水水源工程，采用開挖方式勢必對水源產(chǎn)生較大影響，因此，不推薦大開挖方式。

6.1.2 定向鉆穿越河流

定向鉆穿越目前在國內(nèi)也得到了廣泛的運(yùn)用，它具有施工人員少、占地省、工期短、效率高，不受季節(jié)、天氣影響，自然環(huán)境影響小等諸多優(yōu)點(diǎn)。而運(yùn)河兩岸場地較為開闊，且交通方便，且不會對河道產(chǎn)生影響，較適合定向鉆穿越，因此，推薦采用定向鉆方式運(yùn)河。

6.2 定向鉆穿越設(shè)計

6.2.1 定向鉆穿越出入土點(diǎn)

入土點(diǎn)運(yùn)河?xùn)|側(cè)耕地中，臨近水泥路，交通條件較好。利于設(shè)備進(jìn)場；出土點(diǎn)位于運(yùn)河西岸穿越點(diǎn)位于耕地中，附近為大片農(nóng)田，利于管線運(yùn)輸及回拖。

6.2.2 定向鉆穿越曲線

穿越管段的出、入土角根據(jù)穿越地形、地質(zhì)條件和穿越管徑的大小確定，管線定向鉆入土角為8°，出土角為5°，穿越管段的曲率半徑為1 500D（D=φ813 mm）。

6.2.3 定向鉆徑向屈曲失穩(wěn)計算

穿越管徑為φ813×17.5，根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》GB50423-2007的相關(guān)規(guī)定，穿越管段回拖在擴(kuò)孔回拖時，應(yīng)核算空管在泥漿壓力作用下的徑向屈曲失穩(wěn)[5]。按下列公式進(jìn)行核算

式中：Ps—泥漿壓力，可按1.5倍泥漿靜壓力或回拖施工時的實(shí)際動壓力選取,MPa；

δs—鋼管屈服強(qiáng)度,MPa；

Fd—穿越管段設(shè)計系數(shù)，地區(qū)等級為二類，按0.6選?。?/p>

Pyp—穿越管段所能承受的極限外壓力,MPa；

Pcr—鋼管彈性變形臨界壓力,MPa；

Es—鋼管彈性模量；

δ—鋼管壁厚，mm；

D—鋼管外徑，mm；

μ—泊桑比，0.3；

f0—鋼管橢圓度，%。

6.2.4 定向鉆穿越出入土點(diǎn)

穿越管徑為φ813×17.5，穿越管段回拖時，最大回拖力采用下式[6,7]計算：

式中：F拉—管道回拖力，kN；

L—穿越長度，m；

f—摩擦系數(shù)，取0.1～0.3；

γ泥—泥漿重度，1.15～1.2 t/m3；

K－粘滯系數(shù)，0.01～0.03。

經(jīng)計算，F(xiàn)拉=421.38 kN。

根據(jù)《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范》GB5042 3-2007，最大回拖力按照取計算值的1.53倍考慮，本次計算最大回拖力按照取計算值的2倍考慮，經(jīng)計算，本穿越管段最大回拖力為842.76 kN。

6.2.5 定向鉆穿越地層

管道中心軸線從入土到出土穿越地層依次為：在運(yùn)河?xùn)|側(cè)入土斜穿粉質(zhì)粘土、粉質(zhì)粘土夾砂到達(dá)河床底部水平段，在砂夾粉質(zhì)粘土中水平穿越。開始在砂夾粉質(zhì)粘土中上揚(yáng)，經(jīng)粉質(zhì)粘土夾砂、粉質(zhì)粘土在運(yùn)河西側(cè)出土。管線穿越軸線最深處管底標(biāo)高29.0 m，距離運(yùn)河河底最小埋深11.3 m。

7 結(jié) 論

從總體上總結(jié)了天然氣管道河流穿越方案設(shè)計步驟，穿越方案選擇原則，穿越工程設(shè)計原則，穿越位置選擇原則，穿越方式的選擇原則，分析了大開挖穿越，定向鉆，頂管穿越方案的適用條件，并結(jié)合工程實(shí)例，對穿越方案進(jìn)行了比選，案例確定穿越方式為定向鉆穿越，計算了穿越管段最大回拖力。

［1］王毓民.大口徑管道穿越河流方法研討[J].天然氣與石油,2000,18（3）:5-6.

［2］陳仲科.管道穿越大中型江河方案比較[J].天然氣工業(yè),2000,20（2）:83-84.

［3］伍平,向勇,天然氣長輸管道漢江穿跨越方案研究[J].西華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版),2013,32(4):94-96.

［4］閻慶華，孫玉杰，付超,等，長輸管道河流穿跨越方案選擇[J].石油工程建設(shè)，2011,37(3):1-3.

［5］閆相禎,丁鵬,楊秀娟.水平定向鉆技術(shù)在管道穿越工程中的應(yīng)用研究[J].石油學(xué)報,2008,29(2):293-294.

［6］楊先亢，遆仲森，馬保松,等，水平定向鉆管道穿越回拖力計算公式的比較分析[J].石油工程建設(shè),2011,37(1):2-3.

［7］GB 50423-2007 油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范[S]:25-27.

阿克蘇諾貝爾中東新建粉末涂料廠

阿克蘇諾貝爾中東新建粉末涂料工廠開車，該工廠將顯著擴(kuò)增公司旗下Interpon和Resicoat產(chǎn)品產(chǎn)能。這座擁有先進(jìn)水平的工廠是阿克蘇諾貝爾在中東建立的第六座制造廠，并且是全球范圍內(nèi)第30座粉末涂料生產(chǎn)廠。

“該投資將進(jìn)一步增強(qiáng)阿克蘇諾貝爾在中東的戰(zhàn)略地位并提升我們服務(wù)迅速發(fā)展的粉末涂料市場的能力?！卑⒖颂K諾貝爾執(zhí)行委員會委員Conrad Keijzer(性能涂料部)如是說。新建工廠旨在滿足不斷增長的裝飾性粉末涂料需求，尤其是建筑領(lǐng)域。

包括石油和天然氣以及建筑使用的功能性產(chǎn)品。據(jù)專家介紹，就工廠開車，阿克蘇諾貝爾中東地區(qū)的常務(wù)董事 Peter Tomlinson表示：“迪拜新建工廠突出顯示了公司對中東地區(qū)的承諾，并不斷超越競爭者?！?/p>

Design of the Natural Gas Pipeline Crossing River Program

YANG Ou-xiu，YU Li-li
（Sinopec Gas Branch Guangxi LNG Engineering Project, Guangxi Beihai 536000，China）

The principle to select gas pipeline river crossing program was illustrated, design principle of crossing river engineering was listed, principles of selecting the crossing position and way were introduced, design steps of river crossing program was illustrated, the main types of crossing river of long distance pipeline including large excavation crossing, directional drilling and pipe jacking crossing were summarized, The applicable conditions of several kinds of river crossing projects were analyzed and summarized, combined with engineering examples. Engineering application of the directional drilling method was discussed.

Natural gas pipeline; Crossing river; Design program

TE 832

A

1671-0460（2014）12-2606-03

2014-06-02

楊歐修（1977-），男，湖北荊門人，工程師，2008年畢業(yè)于長江大學(xué)油品儲運(yùn)專業(yè)，研究方向：從事天然氣行業(yè)管理。E-mail：yangox@126.com。