天然氣管道河流穿越工程的設計

/自然氣管道河流穿越工程的設計摘要：主要介紹了燃氣管道河流穿越工程的幾種方式并提出設計要點及留意事項

關鍵詞：自然氣管道；穿越河流；應力；施工

abstract:thispapermainlyintroducedthegaspipelinerivercrossingengineeringinseveralwaysandputsforwardthedesignkeypointsandmattersneedingattention

keywords:gaspipeline;rivercrossing;stress;construction

中圖分類號：tu74文獻標識碼：a文章編號：2095-2104（2012）

前言

西寧市近年來在市區(qū)及各郊縣敷設了大量的燃氣管道人，在燃氣管道建設中，穿越河流工程往往成為影響工程造價及工程進度的一個重要因素。下面介紹燃氣管道穿越河流的幾種方式及設計方案的確定。

1、燃氣管道穿越河流的主要方式

燃氣管道穿越河流的方式可分為三類：第一種為開挖方式，包括導流和截流開挖管溝，水下開挖管溝，爆破開溝等；其次種為氣舉沉管法；第三種為頂管及定向鉆機穿越。其中除導流和截流開挖管溝外，其余方法一般都須要對管道進行牽引，設計時需考慮到由于施工方法不同，牽引力大小也不相同，施工時須要對管道進行應力校核。

1.1開挖方式：導流和節(jié)流開挖管溝是目前最常用，最原始的穿越河流的方法，適用于小型和中型河流和水流量小的狀況。通過導流和圍堰將施工面和河流上下游分隔開，施工簡易便利，工程造價低，管道防腐、焊接、試壓、下溝及檢測等所用作業(yè)均在圍堰內進行，施工質量宜于保證。缺點是適用面較窄，對流速較快，流量較大的河流，導流和圍堰工程浩大，經濟上不合理。此外，截流開挖管溝常有大量地下水涌出，在施工時如不剛好做好降水工作，可能導致管道埋深不夠甚至產生塌方，使穿越工程失敗。

水下開挖管溝通常利用挖泥船開挖管溝，依據(jù)不同的河床狀況及水流速度，選擇不同類型的挖泥船。其優(yōu)點是工程造價低，速度快，缺點在于施工精度差，溝槽埋深誤差大，不易限制。爆破開溝適用于河床基地較硬，接受開挖方法難以實現(xiàn)的狀況，缺點在于施工精度差，溝槽埋深誤差大，不易限制。

1.2氣舉沉管法：氣舉沉管法運用和土壤松軟的河床，穿越深度受限制，運用設備多，在船上操作困難，同時須要核算氣舉穿的承載實力及穩(wěn)定性，否則簡潔發(fā)生事故，當其他方法穿越難度較大可是具體狀況選用。

1.3頂管及定向鉆機穿越：水下開挖管溝，爆破開溝及氣舉沉管法均須要對管道進行牽引就位，所需牽引設備，機械設備較多，同時須要開闊的施工場地。隨著管材，防腐材料的不斷改進以及新型鉆機具的不斷出現(xiàn)，上述方法慢慢被定向鉆機穿越方法所取代。該技術具有平安，快速，節(jié)約材料，不破壞河床和堤岸，不影響航運，有利于環(huán)保等優(yōu)越性，目前已在大中型河流的穿越中得到廣泛應用。但目前鑒于鉆機具、管材及防腐材料的局限性尚不適用于巖石層、流沙層、礫石層和卵石層等土層的穿越，并且當穿越管線和地下管線、電纜距離較近時，地下管線、電纜產生磁場會干擾地下儀表單元的傳感器，是測量誤差增大，所以在選擇穿越位置時必需考慮上述因素。

2、管道穿越河流方案的確定

燃氣管道穿越河流是管道工程的難點，在設計前充分考慮到管道輸氣的各種要求，因此，必需駕馭輸送氣體的物質資料及輸送工藝參數(shù)，穿越工程一旦發(fā)生事故，管道泄漏對環(huán)境的影響往往比一般埋地管道事故嚴峻得多，因此在燃氣管道穿越河流設計過程中管道材料、防腐以及環(huán)境對管道穿越段的影響合理確定管道運用年限，適當?shù)卦黾庸艿涝O計平安系數(shù)，嚴格的施工質量管理，都是確定燃氣管道穿越河流工程設計方案不行缺少的前提和條件。

2.1基礎資料：設計單位應當取得精確的水文資料、工程地質和地形測量，以保證穿越工程設計的科學性。這些因素將影響到施工平安、難度以及管道的平安運行。在水文資料中應當包括設計洪水流量、流速、水位和水面寬度、河道平面變遷、深泓線搖擺和自然沖刷常水位和多年平均水位、枯水期流量和流速等指標等。工程測量應包括平面地形及斷面圖等。

2.2管材的選擇：有關規(guī)范對管材的許用應力及設計系做出了有關規(guī)定，其中管材的需用應力按下式計算：σ=f′φσs；式中：σ—輸送油漆鋼管的許用應力，mpa；φ—鋼管的焊縫系數(shù)；σs—剛過規(guī)定的屈服強度，mpa；f′—設計系數(shù)（見表1）。

國內外有關標準中，對穿越管道都相應增加管道壁厚或減小設計系數(shù)，以增大管道的平安系數(shù)。但是對于管道設計，往往存在大量的小型河流穿越，ⅲ、ⅳ級公路及鐵路的穿越段設計系數(shù)和穿越段設計系數(shù)取相同數(shù)值。但對于大中型河流、沖溝進行局部的管道壁厚調整應當說是經濟合理的。設計人應當依據(jù)不同的許用應力對管道在運用階段及施工階段的強度、剛度和穩(wěn)定性進行設計鹽酸。穿越的當量應力按下式計算：σe=∑σh-∑σa≤0.9σs

式中：σe——穿越管道鋼管的當量應力，mpa；∑σh——各荷載產生的總環(huán)向應力，mpa；∑σa—各荷載產生的總軸向應力，mpa

表1設計系數(shù)

穿越管段條件 輸氣管道地區(qū)等級

一 二 三 四

沖過穿越 0.6 0.5 0.5 0.4

小型沖溝、水域穿越 0.7 0.6 0.5 0.4

大、中型沖溝、水域 0.6 0.5 0.4 0.4

下面主要探討常見穿越方式中載荷的確定。

管道在運用時的設計載荷一般相同，主要包括以下幾種：管道自重、管道上方覆蓋層的垂直土壓力、管道側向水平壓力、地下水壓力、內部荷載（內壓力）、地面荷載、管道地層反力等。

①垂直土壓力計算：垂直土壓力計算較困難，當管道覆蓋土層較薄，土體松散無強度時，可以將覆蓋層全部重量取為垂直土壓力。但當覆土層較厚，土體密實（如定向鉆）時，可考慮拱效應，垂直土壓力減小。按土力學泰沙基理論中簡化公式計算垂直土壓力fv為

fv=*

或者按普氏公式計算：

式中：r0——半徑，——土層厚度；c——粘聚力及內摩擦力；h——覆土層厚度；q——附加載荷；d——管道外徑。

②水平土壓力計算：水平土壓力一般按朗金土壓力理論計算：

。式中：h——地標起算的深度。

③管道側向土抗力計算：管道側向圖抗力主要和其產生的變形荷地層壓縮系數(shù)k、地層變形量y有關，抗力fk計算是為：fk=ky

其他荷載計算可參考有關管道計算書冊。

管道在施工階段的施工荷載隨施工方法的不同差異較大。對于河底管溝開挖施工，基本沒有附加荷載。但對河底以及定向鉆機穿越，則管道要承受較大的牽引力、外壁摩擦力等。鋼度及徑向穩(wěn)定性驗算。

現(xiàn)分析定向鉆穿越中管道的能夠承受的抗拉力。管道抗拉力應大于摩擦力。摩擦力等于垂直作用于管道表面的總載荷和摩擦系數(shù)的乘積。

摩擦力可按馬爾司東公式計算：；式中：ff——管道和膨潤土泥漿之間的摩擦力n；σs——管道最小屈服強度mpa；—管道壁厚mm；d——管道外徑mm。

2.3合理的穿越位置：管道穿越位置應選在河道較直、水流平緩、岸坡穩(wěn)定、雙側又較開闊施工場地處，應盡量避開彎道處簡潔發(fā)生旁蝕，造成凹岸沖刷，危及管道平安。埋設的穿越段一旦經洪水或激流沖刷袒露，由于較大處產生斷裂，故應避開在常水位范圍內加設彎頭或固定墩等設施。在以上條件無法滿足處，應進行計算，實行相應的愛惜措施。

3、結語

自然氣管道穿越河流時，應依據(jù)建設規(guī)模、重要性、管道的工程特性、河流的大小等來劃分工程的等級，并結合水土保持部門的有關規(guī)定，在符合我國技術水平，考慮的施工難易程度等因素的狀況下，合理選擇穿越方案，將管道工程的平安性、好用性