張國(guó)強(qiáng) 李杰
摘 要:我國(guó)是一個(gè)多山國(guó)家,山地丘陵加起來(lái)占全國(guó)陸地面積的43.2%。近年來(lái)我國(guó)陸續(xù)新建了中石油忠縣--武漢天然氣管道工程、中緬油氣管道工程;中石化川氣東送管道工程等大口徑、長(zhǎng)距離天然氣管道工程,這些管道工程大多經(jīng)過(guò)山區(qū)丘陵地區(qū)。本文以數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ),介紹了業(yè)帶掃線土石方工程量簡(jiǎn)易算法,為施工作業(yè)提供了一定的理論指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞:山區(qū)丘陵、天然氣管道、作業(yè)帶掃線、土石方、工程量算法
引言:
按照管道走向是否垂直等高線敷設(shè)山區(qū)將丘陵地段分為縱坡和橫坡。縱坡是指管道走向垂直等高線敷設(shè),橫坡是指管道走向順等高線敷設(shè)。也就是管道走向順著地形圖上示坡線敷設(shè)為縱坡,管道走向垂直地形圖上示坡線敷設(shè)為橫坡。
基本原理:采用高挖低填方式,本著減少施工工程量與征地面積的原則,我們選取作業(yè)帶上一個(gè)橫斷面,設(shè)定土方開(kāi)挖工程量=土方回填工程量時(shí),作業(yè)帶掃線土石方工程量最小,工效最高,成本最優(yōu)。
1、縱坡計(jì)算模型:
附圖-1:根據(jù)上述原理,S1+S2+T=F1+F2,h1=h2=H。圖示字母意義:S1+S2--作業(yè)帶掃線削方工程量;T--管溝土石方開(kāi)挖工程量;F1+F2--土石方回填工程量;a--左側(cè)作業(yè)帶外緣到作業(yè)帶挖填臨界線的距離;b--右側(cè)作業(yè)帶外緣到作業(yè)帶挖填臨界線的距離;H--作業(yè)帶掃線最高點(diǎn)至作業(yè)帶平整后的距離;B--作業(yè)帶寬度;α--坡度;β--坡度;Ln--第n段某一坡度作業(yè)帶長(zhǎng)度。B已知,根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙或由施工方案確定;坡度α和β、H由儀器實(shí)測(cè)。
由于管溝土方工程量比較小,我們?cè)趯?shí)際計(jì)算時(shí)忽略管溝土石方工程量,按照土方開(kāi)挖工程量=土方回填工程量這一基本原理可以得出,VS1=VF1、VS2=VF2;由此可以推導(dǎo)出△S1≌△F1、△S2≌△F2。VS1=VF1=×a×h2×Ln=×(×H×cotα)×(×H)×Ln=×H2×cotα×Ln;VS2=VF2=×H2×cotβ×Ln;那么第n段作業(yè)帶掃線土石方工程量=VS1+VS2=×H2×cotα×Ln+×H2×cotβ×Ln=×H2×Ln×(cotα+cotβ);以此類推將坡度相同的縱坡段α和β、H由儀器測(cè)量出來(lái)列表,即可計(jì)算出整個(gè)線路中縱坡作業(yè)帶掃線土石方工程量。附圖-2為縱坡掃線后理論模型。
作業(yè)帶位于縱坡(梯田或臺(tái)地)上的可采用單斗挖掘機(jī)和推土機(jī)進(jìn)行挖填方、 降坡、碾壓,人工配合修整;對(duì)于石質(zhì)山坡地,可采用爆破后機(jī)械配合人工就地挖填方降坡的方式作業(yè)帶掃線。
2、橫坡理論計(jì)算模型:
附圖-3:S+T=F,h1=h2=H。圖示字母意義:S--作業(yè)帶掃線削方工程量;T--管溝土石方開(kāi)挖工程量;F--土石方回填工程量;a--左側(cè)作業(yè)帶外緣到作業(yè)帶挖填臨界線的距離;b--右側(cè)作業(yè)帶外緣到作業(yè)帶挖填臨界線的距離;H--作業(yè)帶掃線最高點(diǎn)至作業(yè)帶平整后的距離;B--作業(yè)帶寬度;α--坡度;Ln--第n段某一坡度作業(yè)帶長(zhǎng)度。B已知,據(jù)設(shè)計(jì)圖紙或由施工方案確定;坡度α和β、H由儀器實(shí)測(cè)。
同理我們?cè)诤雎怨軠贤潦焦こ塘壳闆r下,按照土方開(kāi)挖工程量=土方回填工程量這一基本原理可以得出,VS=VF;由此可以推導(dǎo)出△S≌△F。VS=VF=×a×h2×Ln=×(×H×cotα)×(×H)×Ln=×H2×cotα×Ln;那么第n段作業(yè)帶掃線土石方工程量VS=×H2×cotα×Ln;以此類推將坡度相同的橫坡段α和H由儀器測(cè)量出來(lái)列表,即可計(jì)算出整個(gè)線路中橫坡作業(yè)帶掃線土石方工程量。附圖-4為橫坡掃線后理論模型。
管道沿橫坡敷設(shè)時(shí),由于橫坡容易造成滾管以及施工設(shè)備損壞,為保證設(shè)備及施工作業(yè)人員的安全,施工作業(yè)帶坡度一般不宜大于8°,因此在進(jìn)行作業(yè)帶掃線時(shí),其目標(biāo)就是將橫向坡度降至8°以下。針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)具體情況, 需采取如下措施:在地勢(shì)較為平緩的山間臺(tái)地或者坡度小于10°的平緩地段, 應(yīng)盡量利用施工作業(yè)帶, 以減少施工工程量與征地面積;坡度為10°~20° 時(shí),可直接在斜坡上挖填土修建;坡度為20°~30° 時(shí),需在作業(yè)帶填方坡腳處修建擋土墻護(hù)坡,在地表松軟或易滑坡的地段打樁加固并用毛石砌筑,以保證施工作業(yè)帶安全可靠。
3、結(jié)束語(yǔ)
根據(jù)筆者在陜西天然氣股份有限公司商洛--商南天然氣管道工程中的實(shí)踐,山區(qū)丘陵地區(qū)天然氣管道工程作業(yè)帶掃線土石方工程量簡(jiǎn)易算法,能夠簡(jiǎn)便快速的計(jì)算出作業(yè)帶掃線土石方工程量,保證了工程的順利實(shí)施,可為今后同類山區(qū)丘陵地區(qū)天然氣管道工程施工提供借鑒。
參考文獻(xiàn)
[1]宋龍進(jìn),彭建國(guó),耿勁松.山區(qū)管道施工通道修筑及管溝開(kāi)挖技術(shù)[J].石油工程建設(shè),2012(5)