燃气管道穿越工程施工技术讲义(附图).ppt

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1、第八章 燃气管道穿越工程施工,1,2,燃气管道穿越铁路、公路、电车轨道、地裂带、城墙以及河流时，应使用钢管。穿、跨越管道可地下敷设，也可采用架空敷设，应根据当地条件及经济合理性而定。当地上跨越时，必须有安全防护措施，以保证燃气管道安全运行。,埋地燃气管道穿越工程施工方法,1.开挖施工法（挖槽埋管法）（1）施工工序地面的准备工作；使用挖沟机、反铲等设备或人工进行沟槽的开挖，包括排水和支撑；敷设管线；回填和夯（压）实，以及支撑的拆除；路面的复原。,3,（2）优点,施工简单、直接施工成本低，适用于在宽阔的地表、不存在任何障碍物（河流、街道、建筑物等）、施工不会影响交通的条件下铺设地下管线。,4,（3

2、）主要缺点,妨碍交通（堵塞、中断或改道）；破坏环境（绿化带、公园和花园）；影响市民生活和单位的正常工作；安全性差；综合施工成本高。在市区，由于以上的原因，开挖施工法越来越受到来自政治、经济和环境方面的压力和限制。,5,6,2.不开挖技术 非开挖施工技术是指利用各种岩土钻掘的设备和技术手段，在地表不开挖沟槽的条件下，铺设、更换各种地下管线的施工技术，国外叫做TT技术（Trench less Technology）。它与传统的挖槽铺管的施工方法相比，具有不影响交通、环保、施工时间短、成本低、应用广泛等许多特点。目前发达国家应用此技术铺设管线的已占到7%-10%。,（1）主要优点,可以避免开挖施工对

3、居民正常生活的和不良影响。非开挖施工不会阻断交通，不影响商店、医院、学校和居民的正常生活和工作秩序；在开挖施工无法进行或不允许开挖施工的场合（如穿越河流、湖泊、交通干线、建筑物等），可用非开挖技术从其下方穿越铺设，并可将管线设计在工程量最小的地点穿越；,7,现代非开挖技术可以高精度地控制地下管线的铺设方向、埋深，并可使管线绕过地下障碍（如巨石和地下构筑物）；有较好的经济效益和社会效益。在可比性相同的情况下，非开挖管线铺设、更换、修复的综合技术经济效益和社会效益均高于开挖施工，管径越大、埋深越大时越明显。,8,实践证明，在大多数情况下，尤其是在繁华市区或管线的埋深较大时，非开挖施工是明挖施工很好

4、的替代方法；在特殊情况下，例如穿越公路、铁路、河流、建筑物等，非开挖施工更是一种经济可行的施工方法。,9,（2）不开挖技术分类：隧道法 基岩隧道 沉管隧道 顶管隧道 盾构隧道定向钻,10,一、穿越道路与铁路施工,（一）顶管法 1.顶管施工的基本原理 运用液压传动产生巨大的顶进力向土壤内顶进套管（工具管）或顶管掘进机，再将燃气管道安装在套管内。1）工作坑和接收坑 顶管工作坑是安装所有顶进设备的场所，其位置一般选择在顶管地段的下游最好是穿越管道的闸门井处。,11,接收坑是接收掘进机的场所。工作坑内应有足够的工作面，其尺寸和深度取决于套管（工具管）直径、每根管长、接口方式和顶进长度、顶进设备等因素。

5、,12,13,2）顶力计算 顶管施工必须要保证有足够的顶力，才能克服管子在顶进过程中土壤对管子产生的阻力。阻力主要表现为管周围水平与垂直方向的土压力所产生的阻力，管子前端挤压土壤所产生的阻力，以及管子自重所产生的阻力。P=KLf（2Pv2PH+P0）RA,3）主要设备,千斤顶：应采用起重量大，顶杆长度长的电动油压式千斤顶。按顶力计算出的总顶力选用1台或数台千斤顶。顶管掘进机或工具管：取土和确保顶进方向的正确性。卷扬机：下管及水平、垂直运土用各1台。主顶装置：包括主顶油缸、油泵、操作台、油管及动力设备。导轨：保证推进管有稳定的导向。顶铁：是传递千斤顶顶力的工具，应配备成套，可用工字钢或钢管。变压

6、器：2432V、500l000W l台，用于低压照明。,14,2.顶管施工的流程,15,3.顶管施工的方法,普通顶管法（人工掘进顶管法）燃气管道采用顶管施工法是向土体内顶进套管，顶进时由人工在套管前方掘土，然后在套管内安装燃气管道。顶进管道管内出土应严格按照“先挖后顶”的顺序操作。先挖工作坑，将管子放到工作坑内千斤顶的前面，人在管道的最前端挖土，为管子开路，挖出的土从管内运至管外，再吊到地面运走，挖一段后，摇动千斤顶顶管。,16,机械掘进顶管,在被顶进的管道前端安装上机械钻进的掘土设备，配置挖土和皮带运土机械以代替人工挖运土，当管前方土体被掘削成一定深度的孔洞时，利用顶管设施，将连接在钻机后部

7、的管子顶入孔洞。机械钻进的顶管设备有两种安装形式：套筒式安装 装配式安装,17,机械掘进顶管施工法可降低劳动强度，加速施工进度，对粘土、砂土及淤泥等土层均可顺利进行顶管。但运土与掘进速度不易同步，出土较慢。遇到含水土层或岩石地层时因无法更换机头，所以不能使用。,18,水力掘进顶管,原理是用高压水泵将水加压，经过管道与高压水枪连接，通过高压水枪将管道前端土壤冲成泥浆，然后由吸泥泵通过管道将泥浆排出管外。一般局限于穿越河流或野外顶管施工，在土质疏松、水源充足的条件下使用。,19,挤密土层顶管,挤密土层顶管是利用千斤卷扬机等设备将燃气管道直接挤压进土层内，顶进时，第一节管前端安装管尖，以减少顶进阻力

8、，利于挤密土层。挤密土层顶管法适宜在较潮湿的粘土或砂质粘土中顶进。顶进的最大管径不宜超过150mm。顶进过程中应采取措施保护防腐绝缘层,20,切刀掘削流体输送顶管,用水加压或机械加压使掘削面上层保持稳定，同时旋转切削刀掘进，掘出的土物则采用流体输送装置排出，掘削、排泥和顶管同时进行。切刀掘削流体输送顶管法的特点是适用于各种不同的地质条件，只需较小的工作坑。,21,22,4.顶管施工的优点,开挖部分仅仅只有工作坑和接收坑，而且安全、对交通影响小；在管道顶进过程中，只挖去管道断面部分的土，挖土量少；作业人员少，工期短；建设公害少、文明施工程度高；在覆土深度大的情况下，施工成本低。,23,5.不足之

9、处,曲率半径小而且多种曲线组合在一起时，施工就非常困难；在软土层中容易发生偏差，而且纠正这种偏差又比较困难，管道容易产生不均匀下沉；推进过程中如果遇到障碍物时处理这些障碍物则非常困难；在覆土浅的条件下显得不很经济。,24,25,（二）涵洞内施工 当燃气管道穿越铁路干线处，路基下已经作好涵洞，施工时将涵洞两侧挖开，在涵洞内安装。涵洞两侧设检查井，均安装阀门，安装完毕后，按设计要求将挖开的涵洞口封住。（三）开挖管沟施工 燃气管道穿越城市非主要街道时，在交通部门的同意下，可开槽施工。为了不影响交通，可先挖道路的一半，挖完后铺厚钢板方便车辆行驶，再挖另一半道路。也可组织夜间施工，施工期间必须作好安全防

10、护措施，防止车辆及行人跌入沟内。当燃气管道埋设深度较深时，按设计规定，可直接敷设在土壤中。,26,二、穿越河流施工 管道穿越河流的方法很多，方法的选择决定于管径、地方条件、河流宽度与深度、河底形状、水流速度，河床两岸的斜度及高度、岸边地上及地下的构筑物等。水位较低，流速较慢、土质较好、允许封航的中小型河流，宜用围堰法；水位较高、流速较快，没有条件封航的中小型河流，可采用沉管法施工（隧道法的一种）；大型河流，没有条件封航的中型河流，可采用隧道法（基岩、顶管、盾构）和定向钻。,27,（一）围堰法（大开挖）在待穿越水下管道的两侧，堆筑临时堤坝，阻挡水流并排除堤坝间的积水，然后开挖沟槽，敷设管道，回填

11、土施工完毕后将围堰拆除。这种方法施工简单，需要设备少，但必须在断航的条件下施工。,28,先将河流的一半用围堰围住，用水泵排除围堰内的河水，然后挖沟，敷设管道，再将河中的管口用堵板焊住，以防泥水进入管内。施工中会有水渗入应用水泵排出。安装完后，拆除围堰。用相同的方法将剩下的一半作围堰，挖管沟，将己施工管道堵板割去与后安装的管道连接起来，以后回填管沟，拆除围堰，为了减少河水冲刷，围堰迎流水方向的堰体应平缓，围堰高度应保证在施工期间河水的最高水位不至淹没堰顶。,29,围堰的种类较多，常用的有土围堰、草土混合堰、水排（钢管或槽钢）桩围堰和草麻袋围堰等。,各种河底围堰示意图1-石块竹笼；2-粘上草包防冲

12、层；3-粘土草包护层；9-砂质粘土；5-石块护脚；6-钢板；7-槽钢桩；8-土质堰体；9-满布铅丝绳；10-敷设管道；11-草（麻）包粘性土；12-敷设管道；13-散草；19-捆草；15-粘性土壤,西气东输16标段芝河穿越,30,（二）浮运施工法 1.水下管沟的机械开挖(1)拉铲式和抓斗式开挖 挖土机主要用以挖掘岸边的水下管沟。挖土机有可更换的工具。同一台挖土机可以用正铲或反铲、拉铲或抓斗挖土。在挖河床水下沟槽时，挖土机可以装在沿沟槽线路上用钢丝绳及绞车移动的平底船或其他船上。,31,32,抓斗挖土是用抓土的斗子，斗子用钢丝绳下到地面后，用装有刀片并由专用传动装置带动的特制开闭式斗子抓土。斗子

13、合闭，并用钢丝绳吊至堆土的上方，把土卸下。,(2)索铲开挖 铲土的铲子用钢制成，有多种规格，下部有齿状铲刀，但没有底。用此法开挖沟槽，其底部呈弧形，无法保持平整。,33,34,(3)架式铲土机 当挖出的土需要在旁边堆成土堤时，或者挖出的土根据工作条件的要求要用铲土机的铲子升到一定高度时，使用架式铲土机最为方便。,(4)水力冲击器 水力冲击器用长软管接在泵上，橡胶管末端装有带锥形喷水嘴的普通水枪。水力冲击器由高压离心泵供水，水下的土被喷水嘴以高速喷出的水柱冲开，由潜水员控制向需要的方向冲土。,35,(5)水力吸泥器或空气吸泥器 利用高压水或压缩空气通过喷嘴，在混合室内造成负压产生吸力，当泥浆吸口

14、向土表面靠近时，进入吸泥器内的水便带入泥砂，使管沟的泥砂同水一起排走。这种方式适用于砂性土壤。对于粘土或较坚硬的土壤，要先用水力冲击器把土冲松，先碎土，再吸泥，也能达到较好的效果。,36,(6)挖泥船 根据土质选择不同类型的挖泥船。常用的挖泥船为装有泥浆泵的吸扬式挖泥船。抓斗式挖泥船和轮斗式挖泥船。,37,(7)水下爆破（钻爆法）适用于河底遇礁石，基岩河床或其他坚硬地层。水下爆破有裸露药包爆破法和钻眼爆破法。,2.水下管道敷设(1)河底拖运敷设 当密封的管道自重大于水的浮力时，将自然下沉至河底。先将管道在岸边组对焊接并防腐，按规定检验合格后的管道沿管沟底从一个岸边拖到另一个岸边。将对岸钢丝绳的

15、一头栓在管道的首端，另一头由对岸拖拉机或卷扬机拉拽。用此法将管道沿管沟底拖过，为了减少牵引力，在管端焊上堵板，以防河水进入管内。,38,39,在拖拉时以及用其他方法在水下管沟铺设管道时，为了防止损坏防腐层，在管子四周防腐层上包以木条包扎层，木条用铁丝扎紧，在拖拉过程中，必须防止燃气管道过份弯曲，以保护管道与防腐层。,40,(2)浮运下管法 为了减少水下焊接，应在岸上将管子组对焊接成整体，并作好防腐层，如需要分段浮运时，应尽量加长浮运管段的长度。管段的浮运可用拖拉加浮船的方法，即把管段放在浮船上，然后用设在对岸的卷扬机或拖拉机将管段拖至水下沟槽的上方。如图所示。,41,在水下焊接管子可用潜水井。

16、潜水井用钢板制成，下部方形箱与上部方形箱用法兰连接，并用橡胶垫密封，在井的两侧上、下箱均有半圆孔作为管道通过之用。管端各经一孔进入井内。侧孔的边缘装有锥形接头，在装井时，边缘四周包着管子，并在管子与锥体接头之间塞填料，防止河水渗入井内。在井的上部开一直径700800mm的圆孔，焊上同样直径的管子。,42,(3)冰上下管法 铺设水下管道时需停止航行，挖河底的土方工程，需要驳船、汽艇、平底船等浮运工具。当水流很急时，工作困难，因为敷设管子时，水流可能将管子冲出沟外。在严寒地区，冬季河水从结冰后到解冻之前，利用冰层进行上方工程、管道预制、下管及铺设管道，上述的困难就不存在了。1)冰下挖管沟 2)冰上

17、组对焊接 将已作防腐层的管道沿管沟旁的冰上布管，用焊管台或方木垫起，组对焊接全部焊缝经射线探伤合格后,再进行强度与严密性试验，合格后将焊口处作防腐层。3)冰上往水下管沟下管 水下管沟挖好后，潜水员进行检查，沟底堵塞与不平的地方用水力冲击器消除。,43,4）水下穿越管段的稳定 水下管道与陆上管道不同，二者铺设环境不一样，水下管道多了一个水流影响因素。水流不仅对管道产主各种作用力（如浮力、动水上抬力、水平推力以及对称绕流对悬空管道引起的振动等），而且对于敷设管道的河床边会引起冲刷，冲刷剧烈的会危及管道安全。因此，人们为了确保管道的安全，围绕着如何避免或克服水流作用的问题，产生并发展了各种技术，其中

18、就包括了各种稳管方法。,44,常用的稳管形式有：混凝土（或铸铁）平衡重；重混凝土连续覆盖层；复壁管注水泥浆；石笼；管段下游打挡桩；粗化河床等。每一种稳管方法部有一定的使用条件和优缺点。选用时，应按具体河水的流速、河床地质构成、管径、施工力量等因素择优考虑。1)加平衡重稳管 平衡重是用特别的加重块（压块）盖压在管道上，增加管道在水下的重量，以保持管道在水下的稳定。一般要求压块应有较好的稳定性，并且施工制作和安装方便、经济。,45,常见的压块型式有铰链式和马鞍式两种。铰链式压块易在管道上保持其稳定位置，水下安装时可以张开，安装比较方便，但在加工制作和组装上比较麻烦，成本也较高。马鞍型式压块制作简单

19、，但稳定性较差。,46,2)重连续覆盖层稳管 此方法是在穿越管段外表面包上钢丝网作成加强筋，配以混凝土防护加重层，以保持管道在水下的稳定性。3)复壁管注水泥浆稳管 为了克服平衡稳管的缺点，我国近年来在穿越河流工程中广泛采用了复壁管的管身结构。这种结构是在工作管外套一较大口径的钢管，在两管之间的环形空间灌注水泥浆，以增加管体重量。4)石笼稳管 石笼是由骨架（直径68mm的钢筋）和镀锌铁丝纺织成的笼子，内装石块、卵石等。,47,5)管线下游打桩稳管 当管线的单位长度重量仅能保证管子不浮动，而不能保证管线水平不移动时，可采用打桩稳管法。它可防止管线水平位移或产生过大的弯曲应力。,48,6)粗化河床稳

20、管 这是用气举法沉石以置换砂粒，粗化河床，使河床不易被冲刷，从而保证管线稳定的方法。7)打防浮桩 当管顶填土不能满足最小厚度时，则需采取防浮措施。防浮措施可采取每隔一定距离打一组混凝土方桩或槽钢。防浮桩的间距和桩长应根据不同管径钢管的浮力和桩的材料以及土壤对桩的摩擦系数通过计算来确定。,大开挖法的特点（水底沟埋敷设）,挖沟方式：水力冲吸气举、挖泥船挖沟、爆破等。稳管方式：采用加平衡重稳管、重连续覆盖层稳管、复壁管注水泥浆稳管、石笼稳管、粗化河床稳管、打桩稳管、打防浮桩等。适宜河床：河床土壤松软（机械或人工开挖），水流速度小、回淤量小，以及卵石层和土壤硬实的河床（爆破法）优点：用于可停航河段，适

21、用河床范围较广，可以进行电缆、光缆等设施的同沟敷设，施工工艺简单。,49,缺点：工期长，施工受气候等条件限制，对河道航运和渔业等其它部门影响大，对河道有破坏，破坏生态环境，会开挖河堤造成安全隐患，不能确定保护结构（外防腐层）的安全可靠性和长期使用寿命（即敷设后的管道受河流流动及船支航行抛锚等影响），水下作业牵涉部门多，受干扰大，各项赔偿费用高。穿越河流主槽不易达到设计深度。,50,51,（三）隧道施工 在穿越水流急、宽度大、航运繁忙的江河时，可采用隧道施工法，因为隧道施工（除了沉管法外）可避免与河流直接接触，施工不受航运干扰。,1.沉管隧道,该方法是在隧址以外的船台上或临时干坞内制造隧道管段，

22、同时在隧址处预先按设计要求挖好一个水底基槽，待管段水面定位后，充水沉管就位，再将各管节连接起来，并进行密封形成隧道。优点：对地址水文条件适宜性较强，可浅埋，防水性较好，大型隧道每米造价较低。缺点：对水下河床地形河覆盖层有一定的要求。施工作业与外界联系密切，协调工作复杂，沉管复土深，成槽困难，不可预测因素较多，需封航或半封航、对航运有影响，工艺技术复杂，质量和工期难以控制，一般不宜采用。,52,2.基岩隧道,适用环境：基岩河床或覆盖层较薄的基岩河床，基岩完正，裂隙不发育，且相对平整的穿越断面。施工技术和方法：探孔超前钻进，凿岩机浅眼掘进，预裂和光面爆破，超前支护和预制件混凝土衬砌，高压壁后注浆固

23、井等。缺点：施工工艺复杂，工期长，工程造价高，施工工程中存在安全隐患。,53,3.顶管隧道,施工技术和方法：采用专门的设备进行地下掘进，通常借大吨位液压油缸（或顶管掘进机）的推力，把工具管（钢筋混凝土预制管节）以及紧随其后的若干管节，从工作井内穿越土层，一直顶进到接收井。,54,适宜环境：粘土，砂砾至岩层全土质均可。施工能力：管径800mm，130m左右；管径800mm，1km以上；任意曲线，曲率半径可小于50m；激光定位，机头纠偏(绝对偏差；上下50mm，左右30mm以内)；平衡地下水性能好。,55,56,顶管隧道特点,优点：顶管施工法，采用超长距离顶管，运用中继装置接力顶进，施工工艺技术成

24、熟，截面小、造价相对较低，顶进速度较快，工期较短。较为适宜大口径油气管道穿越河流以微型隧道方式通过。缺点：施工工艺较为复杂，对河床有一定的要求。施工距离相对较短，施工安全性相对较差，要有一定的经济施工长度。,57,4.盾构隧道,施工技术和方法：盾构法主要是用专门制造的盾构机及配套装置，进行地下掘进，并把地面送来钢筋混凝土预制环片拼装成管段，并连起来形成隧道。,58,盾构隧道,适宜地层：松软沙性土、淤泥、小粒径少含量的沙卵石层和软岩。优点：掘进速度快，噪音和振动较小，对地层变化适应能力较强，施工安全。可同沟敷设油、气管道和电缆，管道具有可维护性。若做复线，投资较省。缺点：施工工艺复杂，进尺缓慢，

25、工期较长，圆形隧道一般不小于3m，要有一定的经济掘进长度，造价相对较高。,59,长江盾构隧道,60,长江盾构隧道,61,隧道穿越优点：,对河床的适应能力较强安全性高具有可维护性隧道具有多用性除沉管法外，均在河堤外施工，不受季节限制，不影响航运、渔业等其它行业。,62,顶管隧道与盾构隧道比较,63,(四）定向钻施工,在穿越水流急、宽度大、航运繁忙的江河时，除了可采用隧道施工法，还可以采用水平定向钻穿越。水平定向钻作为无沟敷设的一种方法早在70年代在北美洲开始应用，80年代后期迅速发展。我国1985年从美国里丁贝茨公司引进了一套RB-5水平定向钻机，1986年正式用于黄河穿越起，到目前已采用定向钻

26、穿越了松花江、黄河、辽河、长江以及苏丹国尼罗河，共计24条大型河流穿越工程，穿越最大口径DN800mm，穿越最大长度为1340m，穿越河床深度18-34m之间变化。水平定向钻管道穿越在泥砂质覆盖层较厚的河床上得到了广泛的应用。水平定向钻现在是穿越人口密集区、工业区、建筑群、铁路、公路的首选施工方案。,64,施工工序：钻孔和管道组焊工序并列就位一次完成。具体作法是在河流一岸设置钻机钻孔，另一岸进行管段组焊、检验、试压和防腐，钻机按设计管位钻完导向孔、扩孔后再回拖穿越管段。,65,施工技术和方法简述:可根据预先设计好的铺管线路驱动装有契形钻头的钻杆从地面钻入，地面仪器接收由地下钻头内传送器发出的信

27、息，控制钻头按照预定的方向绕过地下障碍物直达目的地；,66,然后卸下钻头换装适当尺寸和特殊类型的回程扩大器，使之能够在拉回钻杆的同时将钻孔扩大至所需直径，并将需要铺装的管线同时返程牵回钻孔入口处。,在整个工作中，特别的混合机组提供的钻孔混合液不断地从钻头的钻口嘴喷出，用以润滑钻头，钻杆和钻道，以提高整个工程的工作效率。,定向钻施工过程,67,定向钻施工过程,68,定向钻施工过程,69,定向钻施工过程,70,定向钻施工机具,71,定向钻施工机具,72,适宜地层：适用于河床地层为粘土层、粉砂层、中砂层。不适用于粒径大于100mm砾石、卵石层、流砂层、基岩层。优点：穿越管道埋深大，比大开挖沟埋深度大得多；安全性高；施工期短，一般只需1-2个月，且施工不受季节限制；工程造价如果运作合理,比常规大开挖沟埋敷设穿越低；有利于河床、河道、河堤的自然环境保护等。缺点：工艺较为复杂，投资较高（与顶管穿越比较）；施工距离比盾构隧道短；事故下管道不易检修；如敷设备用复线投资较高。,73,