朱 凱 敏

(中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川 成都 610081)

珠海市黃楊河燃?xì)夤艿来┰焦こ淘O(shè)計

朱 凱 敏

(中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司，四川 成都 610081)

介紹了珠海市黃楊河燃?xì)夤艿来┰焦こ痰墓こ谈艣r、穿越位置與穿越深度選取的思路，通過管材選取、回拖力核算、管道徑向穩(wěn)定性核算三方面探討了PE管在長距離水平定向鉆穿越中的應(yīng)用。

水平定向鉆，穿越，PE管，回拖力，徑向穩(wěn)定性

1 工程概況

珠海市黃楊河燃?xì)夤艿来┰焦こ淌侵楹Ｎ鲄^(qū)市政中壓燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的一部分，項目東起湖心路，西至珠峰大道，管線路由位于尖峰大橋下游60 m，設(shè)計采用水平定向鉆施工工法穿越雞啼門水道(為Ⅲ級航道，穿越段又稱“黃楊河”)。穿越水域?qū)挾葹?90 m，根據(jù)GB 50423—2013油氣輸送管道穿越工程設(shè)計規(guī)范(以下簡稱“GB 50423—2013”)，項目工程等級為大型水域穿越工程。

本段穿越工程輸送介質(zhì)為天然氣，設(shè)計壓力0.4 MPa，采用符合GB 15558.1—2015燃?xì)庥寐竦鼐垡蚁?PE)管道系統(tǒng) 第1部分：管材要求的De355 SDR11聚乙烯(PE)燃?xì)夤艿?。定向鉆入土點位于雞啼門水道東岸河堤以東約50 m空地，入土角12°；出土點位于西岸河堤以西約66 m，出土角10°，西岸沿珠峰大道有近600 m的市政綠地可用于管道組焊和回拖前的布管場地。穿越段直線長度508 m，管道長度520 m，曲線段曲率半徑為177.5 m(500D)。

結(jié)合中國有色金屬長沙勘察設(shè)計研究院有限公司出具的《黃楊河燃?xì)夤艿来┰焦こ處r土工程勘察報告書》(2016年7月)，本項目燃?xì)夤艿雷晕飨驏|依次穿越人工填土、淤泥、粉質(zhì)粘土、淤泥質(zhì)粘土、人工填土。

珠海西區(qū)城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的氣源場站包含位于金灣區(qū)的泥灣門門站和位于斗門區(qū)的臨港門站、斗門門站，目前僅泥灣門門站建成通氣。本穿越工程建成后，近期可將黃楊河?xùn)|岸的泥灣門門站氣源經(jīng)珠海大道、湖心路引至西岸后向北供應(yīng)井岸鎮(zhèn)、通過珠峰大道向西供氣；遠(yuǎn)期可實現(xiàn)金灣區(qū)和斗門區(qū)燃?xì)夤艿赖幕ネ?，提高供氣穩(wěn)定性。

2 穿越位置和穿越深度

穿越航道的水下管道必須布設(shè)在遠(yuǎn)離灘涂、港口和錨地的穩(wěn)定河段。根據(jù)GB 50423—2013，采用水平定向鉆進(jìn)行水域穿越時，穿越管段距離橋梁墩臺沖刷坑外邊緣不宜小于10 m，且不應(yīng)影響橋梁墩臺安全。結(jié)合市政燃?xì)夤艿揽傮w走向，穿越位置選取距離尖峰大橋投影線邊線南側(cè)60 m的下游。入土點選取雞啼門水道東岸河堤以東約50 m的市政綠地，出土點位于西岸河堤以西約66 m的市政綠地，滿足水平定向鉆入土點、出土點距大堤堤腳距離不宜小于50 m的要求。

根據(jù)GB 50423—2013，水域穿越管段管頂埋深不宜小于設(shè)計洪水沖刷線或疏浚深度線以下6 m；另據(jù)廣東正方圓工程咨詢有限公司出具的《黃楊河燃?xì)夤艿来┰焦こ毯降劳ê綏l件影響評價報告》(2016年5月)，本項目滿足通航條件的燃?xì)夤艿理敳糠笤O(shè)深度應(yīng)不小于-6.734 m(56黃海高程，下同)。

由測量資料可知，穿越位置的河床最低處約為-6.9 m；穿越管道水平敷設(shè)段長度為321 m，設(shè)計管中標(biāo)高為-13.23 m，已涵蓋適航水域，滿足相關(guān)規(guī)范和通航條件對穿越深度的要求。

3 工藝設(shè)計

3.1管材選取

中壓和低壓燃?xì)夤艿来┛缭焦こ踢x材可根據(jù)輸送介質(zhì)、設(shè)計壓力、設(shè)計溫度、設(shè)計使用壽命以及環(huán)境條件選擇鋼管或PE管。盡管CJJ/T 250—2016城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿来┛缭焦こ碳夹g(shù)規(guī)程(以下簡稱CJJ/T 250—2016)建議當(dāng)穿越管道的管徑大于DN400或長度大于300 m時，宜采用鋼管。但由于PE管在以下諸多方面有著鋼管無法比擬的優(yōu)勢[1]，且德國LMR公司早于2005年7月已經(jīng)創(chuàng)造了用D350 mm的PE管一次性穿越易北河(穿越長度2 626 m)的記錄[2]。在進(jìn)行回拖力核算和徑向穩(wěn)定性核算后，建設(shè)單位更傾向于選用PE管。

1)耐腐蝕性：鋼管除采用防腐層外，還應(yīng)設(shè)置陰極保護(hù)系統(tǒng)；在以PE管為主的市政中壓燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中建設(shè)零星鋼管，給建設(shè)單位運行造成不便；而PE管耐土壤腐蝕，不必考慮防腐措施；2)使用壽命：鋼管使用壽命一般為25年左右，而PE管使用壽命達(dá)到50年，長距離穿越工程造價高、施工難度大的特點也凸顯了管道壽命的重要性；3)輸送性能：PE管內(nèi)壁光滑，當(dāng)量絕對粗糙度僅為鋼管的1/10，意味著更小的輸氣壓力損失；4)焊接復(fù)雜性：穿越工程中鋼管的焊縫應(yīng)進(jìn)行100%超聲檢測和100%射線檢測，而PE管無需進(jìn)行無損檢測。

3.2回拖力核算

CJJ/T 250—2016和CJJ 63—2008聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程對PE燃?xì)夤艿浪蕉ㄏ蜚@回拖時的最大允許回拖力的規(guī)定分別見式(1)和式(2)。這兩個公式均源自ISO/TS 10839:2000燃?xì)廨斔陀镁垡蚁┕懿暮凸芗O(shè)計、搬運和安裝規(guī)范和EN 12007燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)——最大壓力超過16巴的管線，其中式(2)相較式(1)作了一定簡化，雖要求稍有放寬，但相較管材屈服拉伸應(yīng)力仍有較大余量，因此本工程采用式(2)計算值(171.85 kN)作為本項目所用De355，SDR11燃?xì)夤艿赖乃蕉ㄏ蜚@最大允許回拖力。

(1)

(2)

其中，F(xiàn)為允許拖拉力,kN；de，DN均為管道公稱直徑，對于PE管材，公稱直徑為管道外徑，mm；SDR為標(biāo)準(zhǔn)尺寸比。

由于管道回拖時邊界條件復(fù)雜，所以很難建立起與實際工況非常吻合且具有普遍適應(yīng)性的力學(xué)模型，因此在實際工程中大多采用以下三種經(jīng)驗公式：靜浮力計算法、卸荷拱土壓力計算法、絞盤計算法[3]。

根據(jù)本項目地質(zhì)條件，選取靜浮力計算法，采用GB 50423—2013推薦的如下公式(式(3))計算值的1.5倍～3倍作為鉆機(jī)最大回拖力，至少應(yīng)滿足F≥1.5FL，才能通過管材的回拖力核算。

(3)

其中，F(xiàn)L為計算的拉力,kN；L為穿越管段的長度，本項目取520 m；f為摩擦系數(shù)，取0.3；D為管道外徑，取0.355 m；γm為泥漿重量，取10.5 kN/m3；γs為管道重量，取9.4 kN/m3；δ為管道壁厚,m，等于D/SDR；Wf為回拖管道單位長度配重，當(dāng)管道內(nèi)充水配重時，為0.65 kN/m；K為粘滯系數(shù)，取0.18 kN。

分析式(3)可知，穿越管段回拖時產(chǎn)生的回拖力，由泥漿中的浮力扣除自重后(當(dāng)配重時，尚需扣除配重)產(chǎn)生的摩擦力，加上拖管前進(jìn)時管段在泥漿中的粘滯力組成。由于PE管密度較低，在不配重情況下，泥漿產(chǎn)生的浮力遠(yuǎn)超管道自重，產(chǎn)生較大的摩擦力，此時鉆機(jī)的最大回拖力為320.61 kN，遠(yuǎn)大于管材的最大允許回拖力。

工程上有在管道回拖時充水降低管道回拖力的實例[4]。當(dāng)回拖前管道內(nèi)灌滿水配重時，浮力扣除自重和配重后的摩擦力大大減小，此時鉆機(jī)的最大回拖力為168.55 kN，滿足F≥1.5FL的要求，可通過管材的回拖力校核。

3.3管道徑向穩(wěn)定性

GB 50423—2013給出了鋼管在擴(kuò)孔回拖時，空管在泥漿壓力作用下的徑向屈曲失穩(wěn)核算公式，PE管材參數(shù)與鋼管有較大差異，且為充水回拖，不能按照該公式進(jìn)行校核。有文獻(xiàn)[5][6]顯示，某工程采用聚乙烯管穿越河流深度達(dá)到了17.6 m，該穿越管段在實際運行中尚未發(fā)現(xiàn)問題。

4 結(jié)語

本項目已于近日成功完成了PE管的回拖，隨著施工技術(shù)、材料技術(shù)的發(fā)展以及對工程技術(shù)認(rèn)識的提高，塑料管有望逐漸突破穿越長度的限制，在城鎮(zhèn)燃?xì)獯┰焦こ讨邪l(fā)揮越來越大的作用。

[1] 嚴(yán)銘卿.燃?xì)夤こ淘O(shè)計手冊[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

[2] 尹剛乾，湯學(xué)峰.磨刀門水道水平定向鉆穿越施工技術(shù)[J].石油工程建設(shè)，2008,34(6):181-182.

[3] 王可棟，張樂珍.深圳市坂瀾大道天然氣高壓管線定向穿越工程[J].上海燃?xì)猓?010(6):96-98.

[4] 乾煒杰，賈德偉，李 剛.PE配重管在大口徑長距離定向鉆穿越中的應(yīng)用[J].江漢石油科技，2012,22(1):123-125.

[5] 蘇 琪.水平定向鉆進(jìn)技術(shù)在城關(guān)鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖膽?yīng)用[J].煤氣與熱力，2011,31(2):166-167.

[6] 孫中飛.鋼管和聚乙烯管應(yīng)用于水平定向鉆穿越的比較[J].煤氣與熱力,2012(7):140-141.

DesignofnaturalgaspipelinecrossingprojectofZhuhaiHuangyangriver

ZhuKaimin

(SouthwestMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteofChina,Chengdu610081,China)

Project general situation, crossing site and crossing depth selection of natural gas pipeline crossing project of Zhuhai Huangyang river is introduced. The application of PE pipeline in long distance horizontal directional drilling is discussed through the aspects of pipeline material selection, pull-back force checking and radial stability checking of pipeline.

horizontal drilling, crossing, PE pipeline, pull-back force, radial stability of pipeline

TU996.7

A

1009-6825(2017)27-0084-03

2017-07-17

朱凱敏(1986- )，男，碩士，工程師