陕京四线天然气管道怀九河顶管隧道穿越的实践

2017-11-06包宏宇中油辽河工程有限公司辽宁盘锦124010

化工管理 2017年31期

包宏宇(中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦 124010)

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陕京四线输气管道工程怀九河穿越，由于工程地质条件复杂，地层组成主要为漂石，设计施工难度很大。经论证采用顶管隧道穿越方案，顶管内径2.4m，顶管全长87.5m。为减少竖井深度，缩短工期，降低工程投资，该穿越设计采用斜顶进方式。在介绍了场地环境和水文地质条件的基础上，较详细地论述了顶管隧道穿越纵断面设计、顶管竖井设计。

天然气管道；顶管隧道穿越；竖井；漂石穿越

1 工程概况

陕京四线输气管道工程总体走向自西南向东北，途经陕西、内蒙古、河北、北京4个省、直辖市、自治区。陕京四线包括1条干线和1条支干线，线路总长度为1114km。把西部气引入以北京为中心的华北地区，以适应华北地区及管道沿线地区对天然气快速增长的需要，满足2020年张家口市举办冬奥会对清洁能源的需求。干线怀九河穿越位于北京市怀柔区九渡河镇花木村南约200m处，属于河流中型工程穿越。穿越处管道设计压力为10MPa，管径为D1219mm，壁厚为27.5mm和22mm，材质为X80M。

2 水文地质条件和场地环境

怀九河为怀河支流，发源于北京延庆大庄科乡，经西水峪，进入怀柔境内，汇入怀柔水库后入怀河。怀九河干流全长68.9km，怀柔境内长52km，境内流域面积约为216.8km²。

根据勘察资料，穿越场地各岩土层特征从上至下分述如下：第1层漂石土，杂色,密实,磨圆度较好,母岩成分以花岗岩为主,粒径大于200mm的颗粒含量大于总质量的50%，最大粒径约为800mm，砂土、卵石充填，局部揭露为圆砾混粗砂，厚度约为0.40m，分布连续，层底深度5.50m～8.00m。第1-1层粉土，灰黄色，稍密，稍湿，干强度、韧性较低，仅在ZK1内揭露，揭露厚度0.50m。第2层微风化花岗岩，褐色,矿物成分以石英、长石、角闪石为主,节理裂隙发育,岩芯呈短柱状，该层仅在1#钻孔内揭露，勘察深度范围未揭穿该层，揭露厚度为0.50m。第3层中风化板岩,灰黑色,隐晶质黏土矿物，板状结构，岩芯呈短柱状，局部为碎片状，力学强度不高，局部揭露为强风化板岩。该层仅在2#钻孔揭露，最大勘察深度15.00m，未揭穿该层，揭露厚度为9.50m。

3 顶管穿越设计

根据勘察资料，综合考虑穿越处的地质条件、场地因素，管道穿越主要在第2层微风化花岗岩和第3层中风化板岩中通过。顶管穿越地层主要为微风化花岗岩和中风化板岩，套管以上基本为渗透性较大的漂石层，且地下水位较高，因而顶管机头采用封闭式顶管掘进机，推荐选用泥水平衡式顶管机。结合本次穿越的特点，顶管隧道采用内径为2.2m的钢筋混凝土套管(DRCP Ⅲ2400×2500 A JC/T 640-2010)，混凝土强度等级C50，抗渗等级P8，接口采用“F”型接口，楔型橡胶止水圈，顶管隧道防水等级三级。为了减少竖井深度，采用斜顶进方式进行穿越。

(1)顶管纵断面设计。(2)顶管竖井设计。顶管始发井作下放掘进设备、输气管道、光缆、排渣出口、运送套管及上下人员之用。由于竖井深度较深，始发井为圆形，内径为12.5m，井深14.58m。

接收井作为撤离设备和管道安装用为圆形，内径为10m，井深为13.22m。顶管始发井布置在河槽西岸，竖井边线离河岸边坡约15m，接收井布置于河槽东岸，竖井边线离河岸边坡约15.4m，均采用圆形断面，顶管隧道两竖井中心间距水平长度为98.75m，顶管隧道长度为87.5m。根据管道穿越地层及埋深，为了确保工作竖井施工安全、方便施工，工作井较套管底部深0.5m。竖井施工底板时，在竖井底部设0.8m×0.8m的集水坑，深度1.2m，作为竖井内的排水。另外为了减少汇入基坑中的降雨量，在基坑周围设置截水沟。同时，为了施工操作方便，井内设置临时施工用钢梯。

4 顶管施工

(1)套管内管道安装及固定输气管道采用在始发井内焊接、发送，在接收井端牵引的方式进行管道安装。在始发井内每焊接完成一节，进行焊口检测、补口，检测合格后再往隧道内推送。为减小管道推送阻力及避免破坏管道防腐层，在管道上每间隔10m安装一组滚轮组，滚轮组与输气管道之间用10mm的橡胶护层隔离，用以保护管道防腐层。管道就位完毕，经检测合格后，为了避免管道由于套管内充水而失稳，对套管内进行水泥砂浆填充，填充后水泥砂浆顶高不应低于输气管道顶300mm。

(2)竖井内管道安装及固定考虑穿越位置地势及竖井深度，竖井内管道采用热煨弯管方式安装。竖井内管道安装原则上采用地面整体预制，整体吊装组对焊接方式，并地面上进行无损检测，防腐补口、补伤，然后整体吊装组焊的方式完成，焊接由下往上。管道安装完毕、套管内水泥砂浆固化合格后，进行两侧竖井拆迁回填。先人工将两侧竖井内穿越管道下部的回填土夯实，防止穿越管的下沉，降低穿越管段两端的弯曲应力。管顶以上300mm采用人工回填细土(粒径≤20mm)并夯实，其余部分采用原状土(粒径＜200mm)分层回填夯实。夯实系数均不小于0.93。