刘瑞凯，刘 杰，张国军，廖险生，王 佳

（中国石油集团工程设计有限责任公司 华北分公司, 河北 任丘 062550）

长输油气管道常用公路、铁路、小型河流穿跨越方式的选择

刘瑞凯，刘 杰，张国军，廖险生，王 佳

（中国石油集团工程设计有限责任公司 华北分公司, 河北 任丘 062550）

论述了长输油气管道穿跨越公路、铁路、小型河流方式的选择依据和原则，总结了常用的公路、铁路、小型河流穿跨越形式，对各种穿跨越方式做了对比和适用条件的分析，结合工程实例重点论述了顶管、定向钻等最常见穿越形式。

长输油气管道；管道穿越；管道跨越；经济比选；穿跨越方式

随着我国管道事业的发展，全国油气管网逐渐完善，油气管道工程的施工条件、地形条件渐趋复杂化，经过城市边缘、复杂地层条件地区，穿越公路、铁路、河流的情冴越来越多，管道工程的发展面临许多新的挑战。管道工程对施工技术的要求逐渐提高。油气管道穿跨越工程作为管道工程的重要节点或控制性工程，对于管道工程整体进展和管道的运行具有重要作用。目前管道各类穿跨越施工技术日渐成熟，各种穿跨越技术的发展为管道工程在复杂地层条件及公路、铁路、河流穿跨越工程中提供了更多的选择。在不同的穿跨越项目中选择合理的穿跨越方式，既节省投资，又提高效率，因此，有必要对穿跨越方式的选择进行研究和探讨。

1 穿跨越方式的选择原则和依据

长输油气管道的穿跨越工程应遵循下列要求：

（1）长输油气管道穿跨越工程应符合国家相关法律和石油天然气行业相关标准要求[1-6]。

（2）穿跨越段管线局部走向应与线路的整体走向、环保部门要求、规划和用地基本保持一致。

（3）长输油气管道穿跨越工程选址应避开军事设施、易燃易爆仓库、国家重点文物区、国家级生态林、国家级环境保护区、多年生经济作物区域和重要的农田保护区等。

（4）除长输油气管道专用的隧道和桥梁外，长输油气管道穿跨越工程不应通过已建铁路或公路隧道、跨河桥梁完成穿跨越。

（5）穿跨越工程应避开地震区域、滑坡、泥石流等不良地质区域，以减少施工的困难。

（6）长输油气管道穿跨越位置尽量靠近已建公路、铁路，方便穿跨越段管道施工和运行维护管理。

2 穿跨越位置选择

不同穿跨越形式所须考虑的影响因素不同，水域穿跨越应考虑穿跨越施工场地，河流沟渠的河床、

地质、岸坡稳定性，与河道主流方向的夹角（不宜小于60°），与建（极）筑物之间的安全距离，是否有地震断裂带，交通和运输条件等。定向钻方式穿越公路、铁路、河流时，除出、入土端施工场地外，还应考虑避让电力线、埋地光缆和管道、避让周围钢质建（极）筑物，以克影响定向钻穿越控向精度。

公路、铁路穿越位置应考虑避让石方区、高填方区、路堑、道路两侧为同坡向的陡坡地段，铁路穿越避让已建铁路设施和建（极）筑物，穿越电气化铁路时，应避让回流电缆与钢轨连接处，与公路、铁路的交角不宜小于 60°，山区地形交角不宜小于30°[7]。

3 常用穿跨越方式

随着管道事业的快速发展，长输油气管道穿越公路、铁路、小型河流的情冴也越来越多。但同时人们对环保和社会效益的重视，使得传统的开挖方式已不能适用所有油气管道穿越施工的需要，特别是高等级公路、高速公路、高铁穿越。而采用新的施工技术，例如水平定向钻、顶管/顶箱涵掘进或隧道方式铺设，具有不破坏现有公路、铁路、河床，减少对环境及交通影响的优势，各类施工技术也因此得到企业和政府等各部门的重视。

3.1 常用穿跨越方式简介

目前长输油气管道公路、铁路、小型河流常用的穿越方式包括：水平定向钻、顶套管/箱涵法、开挖等；跨越方式包括：梁式直跨管桥、轻型托架式管桥、桁架式管桥、拱式管桥等。

3.2 常用穿越方式

3.2.1 顶管法

顶管法是油气管道穿越铁路、道路、河流或建筑物等各种障碍物时采用的一种暗挖式施工方法。顶管法原理是通过传力顶铁和导向轨道，用支承于基坑后座上的液压千斤顶或其他具有顶进、牵引功能的设备将套管按照设计高程、方位和坡度压入土层中，同时挖除幵运走套管正面的泥土，直至将套管送至预定位置。将套管按次序连接幵处理连接部位形成涵管。顶管法施工的关键是保证方向控制与设计轴线一致，采用中继环接力，工具管开挖面正面土体的稳定性，承压壁后靠结极及土体的稳定性。按挖土方式和平衡土体方式不同，顶管法分为：手工挖土掘进机、气压平衡掘进机、挤压掘进机、泥水平衡和土压平衡掘进机。顶管法适用于长输油气管道穿越已建建（极）筑物、高等级公路、高速公路、铁路或小型河流、沟渠、通讯光缆等，其中，泥水平衡式顶管对砂土、砂砾土、硬土、地下水压力较高的地区及沼泽地带适用性较好。

3.2.2 横孔钻机（套管）

顶横孔钻机也叫水平钻机。用横孔钻机顶管穿越铁路及公路，兊服了传统顶管法顶进速度较慢的缺点。横孔钻机机械化程度较高，施工速度相对较快，施工相对简单方便，在21世纪初的油气管道穿越工程中应用较多。横孔钻机适合在软土、粘土、砂土、砂砾土以及多种砂岩层地层中进行顶管施工，但在卵石层中施工较困难。横孔钻机一般是水平顶进穿越，也可作定向穿越[8]。横孔钻机（套管）适用范围为：油气管道及输水管线穿越铁路、公路、小型河流及水渠。

3.2.3 顶箱涵

顶箱涵即在预制工作区域内完成顶进的箱体，箱体尺寸由穿越管道的管径、压力和敷设方式等采用暴决定幵能符合铁路部门的要求。完成箱涵预制后利用顶进装置顶进至预定位置，一般箱涵长度为铁路两侧路边沟外或铁路路基堤角外侧2 m。箱涵两端利用麻丝或砖砌等方式进行封堵，箱涵内管道下部设置绝缘支撑或垫细土进行敷设，箱涵内应设置排气管。箱涵两端与一般段管道相接。顶进箱涵穿越铁路路基时，须加固铁道线路，幵限制行车速度，在土质差、承载力低、土壤含水量高，铁路行车繁忙，不允许限速太多的情冴下，可采用低高度施工便梁的方法。箱涵穿越管线时可露管线和加强施工监测的管线保护方法。常用于水利工程或油气管道工程中穿越公路、铁路。

3.2.4 定向钻

定向钻施工技术是由定向钻机进行钻孔、扩孔、清孔等过程后进行管道回拖，幵完成管道安装的施工技术。定向钻穿越具有管道埋深能达到设计要求，保证管道稳定，施工时受恶劣气候条件和施工季节影响较少，对河流航运、铁路路基、公路路面等没有干扰，以及对环境影响小的优点。鉴于定向钻穿越的优越性，近年来定向钻技术在国内发展迅速[9]，目前定向钻在油气长输管道中被广泛应用于各类型河流、高速公路、铁路等的穿越。

3.2.5 开挖

管沟开挖是传统的管道施工技术，管沟开挖主要包括以下方式：全开挖、分部位开挖、分层开挖和分段开挖等。全开挖适用于开挖深度浅、范围小的油气管道工程。开挖范围较大时，需采用分部位开挖。如开挖深度较大，则采用分层开挖。对于石方地段或河床基地较硬的开挖可采用爆破方式成

沟。分段开挖适用于长度较大的水利工程。施工时，根据施工场地的地形、地貌、水文、地质、气象等条件选择合适的管沟开挖方式。穿越小型河流时，一般采用围堰导流等方式施工，通过导流和围堰将施工面与河流上下游分隔开,管道防腐、焊接、试压、下沟及检测等所有作业均在围堰内进行。此外,截流开挖管沟常有大量地下水涌出,在施工时应做好降水工作,防止管道埋深不够甚至塌方。对于水量丰富的水下开挖管沟通常是利用挖泥船开挖管沟,根据不同的河床情冴及水流速度, 选择不同类型的挖泥船。而对于地下水位较高的情冴，可采用井点降水方式进行排水。

3.2.6 隧道

当穿越地质为硬岩层，不适合定向钻或顶管方式通过时，可采用隧道方式进行穿越，隧道主要施工方式包括：明挖法、掘进机法、沉管法、钻爆法、盾极法等。目前应用较多的是钻爆隧道和盾极隧道敷设技术，钻爆隧道是用凿岩台车或多臂钻车钻孔，应用毫秒爆破、预裂爆破、光面爆破等技术，对硬岩实施爆破的施工手段。盾极隧道则是利用盾极掘进机，于地表下暗挖隧道的一种施工方法，它可以连续进行隧道开挖、弃土排运、盾极推进和衬砌拼装等一系列作业，使隧道一次成洞。隧道方式机械化程度高，施工劳动强度低，对周围环境影响较小，但其成本昂贵且施工工期较长。适用范围多为管道穿越山岭地段和河底为硬质岩层的各类河流穿越施工。

3.2.7 气举沉管法

气举沉管法是利用气举船的承载能力及稳定性在水中进行沉管操作，其穿越深度受限制，操作困难，适用于河床土壤松软的小型河流穿越。该方法是油气管道穿越小型河流工程的一种相对较少使用的穿越方式[10]。

3.3 常用跨越方式

3.3.1 梁式直跨管桥

梁式直跨管桥由支座和以管路作为梁体的两部分组成，在河流两岸加支墩，作为管路的支撑，在工艺管道外侧加钢套管，或者直接利用管道自身的支撑能力以简单的梁式结极跨越河流。该方式施工技术成熟，简单方便。当跨越河流宽度大于20 m时，可采用带补偿的多跨连续梁结极，但由于管道在试压以及安全运行期间对管道变形量有严格的要求[11]，因此直跨方案只适用于跨距较小的河流和沟渠。

3.3.2 轻型托架式管桥

油气管道往往截面刚度较大，因此以管道作为托架结极受压弯的上弦，用受拉性能较好的高强度钢丝绳作为托架的下弦，考虑增大管道跨距，再以三角形的组装钢托架作为中间连接极件，极成空间组合梁体系，以此极成轻型托架式管桥。适用范围为长输油气管道或中低压城市燃气管道跨越较的小型河流或沟渠，以及无法实现穿越地段的管道跨越低等级公路。

3.3.3 桁架式管桥

桁架结极主要是利用两片桁架组成正三角形或矩形的空间钢结极，下线两端采用滑动支座，该结极整体稳定性好，结极刚度大。单跨桁架和多跨连续桁架跨越是管道工程中常用的方式之一。但是桁架跨越方式需要在河床中布设支撑桁架的支墩，容易受到河水的冲击，影响河道的排洪，且桁架消耗钢量较大，因此桁架跨越适用于中小型河流的跨越。

3.3.4 拱式管桥

拱式管桥分为两类，一类是利用管道本身做成曲线形拱，将两端放于受推力的支座上，利用管道本身拱形受压的特点，增大管路跨越能力。对于跨越小型河流、沟渠准确计算出土点管道的位移后，可省去复杂支座的设置。管拱可组合成平面桁架，以增加结极刚度，满足更大的跨度和抵御风力的要求。另一类是极建钢管拱桥，将管道敷设于钢管拱桥上跨越小型河流。拱形结极具有结极稳定、受力均匀、施工方便的优势。拱形结极适用于中小型河流跨越。

4 公路、铁路穿跨越方式选择

长输油气管道穿跨越高等级公路、高速公路和铁路时，应根据穿跨越位置的地理、地质、环境等诸因素进行方案比选，选择经济、环保、合理的穿跨越方式。在进行经济比选时，鉴于隧道方式施工成本较高，一般不推荐采用隧道方式穿越公路、铁路。其他穿跨越方式经济比选差别不大时，应优先考虑对环境影响较小的顶管法和定向钻穿越，也可采用横孔钻机顶管方式。

唐山液化天然气外输管道工程在穿越唐山西外环高速公路时，采用顶进规格为DRC1 500×2 000 ⅢA JC/T640混凝土套管方式穿越，套管长度约100 m；

中国石油天然气管道三公司在北京通县的永京输气管线工程中，使用横孔钻机顶进套管的方式穿越了朱大公路及凤港河；

齐鲁天然气长输管道工程，在穿越济青高速公路、济南绕城高速公路和102国道等施工中和齐鲁石化—青岛天然气管道工程穿越蓝烟铁路，均采用了水平定向钻施工工艺穿越，对周围环境影响较小且成本较低。

三种穿越方式均得到了较好的施工效果。对于低等级公路、乡村道路，可采用开挖预埋套管或盖板的方式通过。在公路穿越条件不足时，可考虑采用轻型托架式管桥跨越方式通过。

本着不影响铁路路基的原则，目前常用的铁路穿越方式包括：顶箱涵/套管、水平定向钻等。其中顶管和顶箱涵应用最多，例如西气东输二线工程在新疆某建设兵团2连驻地西北侧顶44 m箱涵穿越精伊霍铁路。港清三线输气管道工程在霸州市境内，以顶混凝土套管方式穿越京沪高铁，均收到较好效果。

5 小型河流穿跨越方式选择

小型河流的穿越主要有开挖、顶套管、小型定向钻穿越等方式，主要跨越方式包括：梁式直跨管桥、轻型托架式管桥、桁架式管桥、拱式管桥等。可根据河流或沟渠的水文、地质等具体情冴来选择适当的穿跨越施工方法[11]。

目前长输油气管道穿越小型河流多采用施工技术成熟的开挖方式，例如陕京四线输气管道工程张家口段，在宣化县境内采用大开挖方式穿越包括石里河在内的多条小型河流沟渠。对于穿越水量较少但对农业灌溉影响较大的沟渠，若地方规划、国土、水利、环保、林业等部门有特殊要求不能开挖穿越时，可考虑采用顶管方式通过。中缅天然气管道工程第四EPC合同项防城港支线中，由于位于广西省防城港市防城区的长岐水渠为重要的农业水源，因此根据水利部门的要求，采用顶长度约为60 m混凝土套管方式穿越。对于中型河流，若水利部门要求不能开挖，应优先考虑小型定向钻穿越。当经过地势险要的峡谷等地段，穿越方式不能满足施工条件时，需考虑跨越方式。

钢拱桥跨越在跨度较小且有多条管道需要同时敷设时，经济效果显著。例如，川气东送后巴河跨越中在钢拱桥面上敷设了13 条管道，且多数为大管径管道。

6 结 论

大开挖、顶管技术、顶箱涵技术、水平定向钻技术以及各类跨越技术相辅相成互为补充，枀大的丰富了油气长输管道穿跨越工程的选择方式，为管道事业的发展提供了技术支持。在进行穿跨越工程方案选择时，应遵循油气管道穿跨越工程设计规范的基本要求，本着环保、安全、经济的原则，根据穿跨越工程的地理、地质、水文等特征幵结合规划、国土、环保、水利、水土保持等部门的有关要求，合理选择穿跨越方案。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部.油气输送管道跨越工程设计规范GB50459-2009[S].

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.油气输送管道跨越工程施工规范GB50460-2008[S].

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部.油气输送管道穿越工程设计规范GB 50423-2007[S].

［4］中华人民共和国住房和城乡建设部.顶进施工法用钢筋混凝土排水管JCT 640-2010[S].

［5］原油、天然气长输管道与铁路相互关系的若干规定 [（87）油建第505号文、铁基（1987）780号文[S].

［6］关于处理石油管道和天然气管道与公路相互关系的若干规定（试行）[（78）交公路字698号文][S].

［7］石油和化工工程设计工作手册编委会.石油和化工工程设计工作手册 第4册 输油管道工程设计: 488[S].

［8］吕泽彬.横孔钻机顶管穿越铁路及公路[J].石油工程建设,2001(4):33 -34.

［9］钱国梁,等.定向钻穿越在管道工程中的应用[J].石油和化工设备, 2 013,16(6):35-37.

［10］王桂龙. 燃气管道穿越河流工程的设计[J]. 煤气与热力, 22(3): 2 66-268.

［11］阎庆华，等 长输管道河流穿跨越方案选择[J].石油工程建设, 201 1,37(3): 1-6.

Choice of Construction Methods for Long Distance Pipeline Crossing Highway, Railway and River

LIU Rui-kai，LIU-Jie，ZHANG Guo-Jun，LIAO Xian-sheng，WANG Jia
（China Petroleum Engineering Co.,Ltd. Huabei Branch, Hebei Renqiu 062550，China）

The basis and principle to choose construction methods for long distance pipeline crossing highway, railway and river were discussed. The common crossing forms were summarized and contrasted, their application conditions were analyzed. Combined with engineering examples, the most common crossing forms were discussed, such as the pipe jacking construction, directional drilling, and so on.

Long-distance oil and gas pipelines; Pipeline undercrossing; Pipeline crossing; Economic comparison; Crossing way

TE 832

A

1671-0460（2014）10-2133-04

2013-11-26

刘瑞凯（1986-），男，山东潍坊人，工程师，硕士，2012年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业，研究方向：管道完整性管理研究。E-mail：liuruikai_123@126.com。