地鐵車站超長高壓燃氣管道懸吊保護綜合技術

溫少鵬 祁海峰

【摘要】超長高壓燃氣管道懸吊一直是困在地鐵施工的一大難題， 目前還沒有超長縱穿車站基坑高壓燃氣管的保護案例，如果采取措施不當，高壓燃氣管原位保護過程中發生事故，會產生極其嚴重的后果，安全風險極大。通過成都地鐵4號線二期工程成都大學站超長高壓燃氣管道懸吊保護的成功應用，總結出包括恒力彈簧吊架、自動噴淋降溫系統、防碰撞裝置等在內的懸吊保護綜合技術，為縱穿地鐵車站燃氣管道類似工程的懸吊保護施工提供參考。

【關鍵詞】縱穿車站；高壓燃氣管道；懸吊保護；技術

【中圖分類號】TU990.3

Comprehensive Technology of Suspension Protection for Super Long High Pressure Gas Pipeline in Subway Station

Wen Shao-peng1，Qi Hai-feng2

（1.CLP Construction Capital Investment Co.， LtdChengduSichuan610212；

2.China Water Resources and Hydropower 14th Engineering Bureau LimitedYunnanKunming650000）

【Abstract】Long high-pressure gas pipeline suspension has been trapped in the subway construction of a major problem， there is no long vertical longitudinal station pit high-pressure gas pipe protection cases， if taken improper measures， high-pressure gas pipe in situ protection process accident ， Will have extremely serious consequences， great security risks. Through the successful application of the suspension protection of the super high-pressure gas pipeline in the Chengdu University of Chengdu Metro Line 2 project， the paper summarizes the suspension protection comprehensive including the constant spring hanger， the automatic spray cooling system and the anti-collision device. Technology， for the longitudinal subway station gas pipeline similar to the construction of the suspension protection construction reference.

【Key words】Vertical station；High pressure gas pipeline；Suspension protection；Technology

1. 引言

成都地鐵4號線二期工程東延線成都大學站開挖過程中發現上方一根縱跨車站的高壓燃氣管線，跨度230m，設計壓力為4.0Mpa，設計規模20×104m3/d，管道材質為A377×10L245NPSL2無縫鋼管，如果不能遷改，將嚴重影響車站下一步施工。由于迀改所需手續繁瑣，耗時過長無法滿足工期要求，決定施工期間對該燃氣管進行原位懸吊保護，但高壓燃氣管原位保護難度大、安全風險高，無類似經驗可資借鑒。通過對燃氣管道的系統研究，制定了技術可行、經濟合理的施工方案并經過專家評審，現場成功地對該處超長燃氣管道進行懸吊保護，化解了管線改遷帶來的工期不可控、社會影響大等風險，實現了投資節約、工期可控，對加快地鐵車站施工具有借鑒意義。

2. 工程概況及技術特點

2.1工程概況。

（1）成都大學站為地下二層島式站臺車站，車站長271.3m，車站標準段寬19.7m，頂板覆土1.53～3.95m；圍護結構為圍護樁+冠梁、擋墻，從上而下三層支撐。縱跨該站的377高壓燃氣管位于基坑中部，影響基坑開挖及主體結構施工作業，為確保工期，施工前對該燃氣管進行懸吊保護。

（2）該車站地質情況從上到下依次為：雜填土層、粉質黏土層、黏土夾卵石層、全風化泥巖層、強風化泥巖層、中風化泥巖層，該管道穿越地層為雜填土層。車站所處區域內地表水系發達，地下水資源豐富。地下水主要埋藏第四系人工填土中，為上層滯水，主要為大氣降水補給，隨季節變化明顯。

2.2技術特點。

在地鐵施工過程中遇到遷改難、成本高、影響大的高壓燃氣管線，通過本技術對高壓燃氣管進行原位保護，使燃氣管在基坑施工過程中安全平穩的運行，既能夠規避高壓燃氣管遷改施工給周圍生活帶來的不便和施工安全風險，又能夠縮短地鐵施工時間，從而順利實現工期目標。

（1）采用犧牲陽極保護裝置對管齡較長的管道進行防腐保護，避免管道裸露在空氣中過快氧化導致管壁銹蝕，提高了管道自身的安全；

（2）采用恒力彈簧吊架，避免了超長管道由于應力變形帶來的安全風險；

（3）采用溫控噴淋系統，避免了燃氣管由于溫差變形而產生的安全風險；

（4）采用全自動監測系統（漏氣自動監測系統、CCD自動監測系統），對懸吊的高壓燃氣管進行全方位的動態監測，對其監測數據進行分析處理，然后對懸吊系統進行調整，全程實時監控燃氣管的運行安全；

（5）與永久改遷相比，本工法降低了施工難度和施工成本（超長高壓燃氣管道懸吊見圖1）。

3. 施工工藝及操作要點

3.1施工工藝流程。

地鐵車站縱跨高壓燃氣管線懸吊保護施工關鍵工序有犧牲陽極保護裝置設置、主支撐體系施工、貝雷架安裝、懸吊梁及加固工字鋼安裝、管道防護及恒力懸吊系統、溫控噴淋系統、監測系統安裝等，施工工藝流程如下圖2所示。

3.2技術操作要點。

3.2.1犧牲陽極保護裝置設置。

3.2.1.1犧牲陽極保護陰極裝置是利用原電池的原理，防止金屬腐蝕，將還原性強的金屬作為保護極，與被保護的金屬相連構成原電池，還原性強的金屬將作為負極發生氧化還原反應而犧牲消耗，被保護的金屬作為作為正極，免于被腐蝕。

3.2.1.2保護裝置設于車站兩端頭，每端分兩部分，一部分埋地，另一部分采用鋼板與管道粘接，該兩部分之間采用電纜連接。采用鎂鋁合金作為陽極。接地部分：在道路旁進行埋深，采用水平開槽法施工，陽極埋設深度不小于1m，每端頭放置2枚，間距3m。在埋設犧牲陽極時，注意陽極與管道之間不應有金屬構筑物。與管道連接部分：犧牲陽極通過電纜與管道連接采用電纜與鋼板焊接后，再與管道粘接。

3.2.1.3連接要求如下：

（1）電纜先與鋼板錫焊連接牢固后，再進行鋼板與管道間的導電膠粘結。導電膠涂抹應均勻，要全面覆蓋裸露金屬面。粘結施工應按照導電膠廠家提供的說明書進行。粘結前應按圖中所示將該部位管道防腐層除去，邊緣切成坡口形，坡角小于30度。用電動除銹工具使欲焊接處露出足夠大小的金屬光亮表面；電纜端應除去絕緣層，芯線應伸出50mm，電纜必須清潔、干燥、無油且無油脂。

（2）導電膠完全固化后應進行牢固性試驗，合格后方可進行密封防腐處理。首先清除干凈粘接處的雜物，采用粘彈體防腐膏對防腐層缺陷處進行填充，接著采用300mm寬粘彈體防腐帶貼補，應保證粘彈體防腐帶與補傷處主體防腐層搭接不少于100mm，貼附應緊密，最后再用聚乙烯膠粘帶外包覆。補傷時應先填充熱熔膠，再外包覆聚乙烯膠粘帶，原防腐層應預先打毛。具體做法如圖3所示：

（3）電纜粘接完成后，地面和地下均應留足裕量（10%伸縮裕量），以防土壤下沉時拉斷電纜，敷設時宜貼在管壁頂部，每隔5m用封口膠帶與管道綁扎一次，在測量點旁應將電纜敷設成一個大的蝴蝶結，并用封口膠帶將其固定在管子上，以減輕拉力。

3.2.2主支撐體系施工。

3.2.2.1混凝土橫梁+貝雷梁。

根據被懸吊管道的物理特性和基坑寬度設計出合理的混凝土支撐橫梁，每跨混凝土橫梁跨度在30m左右為宜。在混凝土橫梁施工過程中應該注意以下幾點：

（1）開挖邊線的確定：根據施工圖進行混凝土橫梁位置放樣，在地面標出混凝土橫梁中軸線，根據地面標高與混凝土橫梁底標高及開挖放坡坡度確定開挖坡頂線，并用白灰標識明顯。

（2）混凝土橫梁處土方開挖：土方開挖采用挖掘機分層進行，每開挖深度達2m左右進行一次噴混凝土防護，燃氣管周邊5m內的土體開挖采用機械配合人工進行，燃氣管周邊1m內的土體全部采用人工開挖，開挖過程由安全員采用手持式燃氣探測儀進行漏氣探測，如發現有漏氣現象必須立即停止施工，請燃氣管道產權單位確認并采取有效措施后施工繼續開挖；開挖過程中，必須嚴格控制開挖方式，確保燃氣管安全及不破壞防腐層，隨著開挖進度進行現狀燃氣管影像資料的留存（主要是燃氣管變形情況、防腐層狀況、燃氣管周邊狀況等）。當一段燃氣管管頂土方開挖完成后，立即進行該段管道坐標及高程初始值的采集，為后面監測系統的監測數據進行對比分析，開挖過程中發現防腐層現狀較差時，建議增加管道壁厚的探測。

（3）混凝土橫梁澆筑：混凝土橫梁鋼筋綁扎前必須施作墊層，墊層厚5cm，如遇中部撓度過大可將橫梁中部設置預拱，預拱度不小于L/300，混凝土橫梁應與該位置冠梁一并進行澆筑，保證混凝土橫梁與冠梁的整體性。在混凝土支撐鋼筋施工過程中根據上部門架或貝雷梁位置設置地錨螺栓，以便與貝雷梁連接根據現場情況可以進行間距調整。澆注過程中須注意振搗，澆注完成后注意收面，混凝土終凝后覆蓋灑水養護不少于7天。

（4）貝雷梁進場檢查合格后就近拼裝，將貝雷梁單元從一道混凝土橫梁處開始拼接到下一道混凝土橫梁處，貝雷片單元之間按照專用使用手冊進行拼裝。

3.2.2.2格構柱+貝雷梁。

如在遇到基坑較寬的情況，使用混凝土橫梁截面較大且不經濟時，可以采用2道格構柱作為主支撐，格構柱頂板架設混凝土橫梁，然后安裝門架及貝雷梁。根據相關規范，建議兩側格構柱間距為6m，單側離管道中心3m，以便在格構柱的施工過程中保證管道的安全（施工震動）。

3.2.3懸吊體系施工。

圖4懸吊梁與貝雷梁固定連接圖

（1）每跨的主支撐體系形成以后立即進行懸吊體系施工。管道周圍的土方開挖：開挖過程注意減少土體擾動，開挖一跨懸吊一跨，確保在燃氣管安全，開挖采用機械配合人工進行。

（2）貝雷梁安裝后應立即安裝加固工字鋼，根據管道性質懸吊梁選用合適的雙拼槽鋼，每道懸吊梁間距建議采用6m，加固采用I20a工字鋼，間距建議采用6m。懸吊梁及加固工字鋼與貝雷梁連接固定方式如圖4所示：

（3）懸吊梁與貝雷梁固定采用10mm厚的鋼板，大小根據實際情況而定，在鋼板上面預留兩個長孔，孔徑比螺栓直徑稍大，孔處35mm，以避免因加工誤差導致現場無法安裝，安裝過程中必須增加墊圈。鋼板與槽鋼滿焊，焊縫高不小于6mm。I20a加固工字鋼通過M16 U型螺栓與貝雷梁加固連接，在I20a工字鋼鉆取兩個孔以便螺栓穿過固定。

（4）懸吊支承體系的選擇與安裝：為了避免溫差變化過大，使用固定支架時產生對管道不利的附加應力，因此選用恒力彈簧吊架作為管道懸吊的支架。恒力彈簧吊架置于雙拼槽鋼懸吊梁頂。在安裝過程中測量放置彈簧吊架的準確位置，需將連接板尾部螺栓孔采用U型螺栓固定后再行與槽鋼搭接周邊焊接。焊接過程中必須注意漏氣檢測及焊渣掉落的保護。

（5）為避免施工工具在安裝過程中與貝雷梁、槽鋼、工字鋼等碰撞產生火花，需采用銅質工具（如銅質扳手）及橡膠工具（如橡膠錘），貝雷梁下土方開挖一跨，必須架設一跨貝雷梁，安裝一跨懸吊系統，遵循開挖一跨保護一跨的原則。

3.2.4管道防護體系施工。

（1）管道外包防護：當管道周圍土方開挖完成后立即采用50mm巖綿保溫層、10mm橡膠板進行包裹保護，開挖一跨保護一跨，起到防碰、防曬、防火的功能。

（2）自動溫控噴淋系統：沿高壓燃氣管上方敷設一條Φ20mm的高壓水管，水管上隔3m一個灑水孔，貝雷梁之間安裝自動溫度及煙霧感應裝置，當溫度超過25攝氏度時會自動打開噴淋系統進行降溫，使管道外部溫度維持在25度左右，還可以防火。

自動溫控噴淋系統由溫度傳感器、溫度開關組成，溫度開關控制高壓水管，當溫度超過設置上限以后，溫度開關自動會打開水閥向管道內供水噴出水霧，從而使外部溫度降低不超過溫度上限，溫度傳感器每隔10m布置一個，保證每個區域溫度控制在一個水平，消除因為管道自身因為溫度不同，而產生對管道不利的應力。

（3）防雷：直擊雷防護利用鋼筋混凝土橫梁門架內的主鋼筋、金屬貝雷梁及工字鋼橫梁本體作為接閃器及引下線；接地裝置采用自然接地體，利用鋼筋混凝土橫梁門架內的主鋼筋及與其焊接連通的地鐵四周圍護樁基礎內的鋼筋網，等電位接地線采用-40×4熱鍍鋅扁鋼，沖擊接地電阻R≤10Ω。所有連接采用搭焊接，圓鋼焊接長度為不少于圓鋼直徑的6倍，扁鋼焊接長度為不小于扁鋼寬度的2倍，且不少于三面施焊，并形成良好的電氣通路，焊接處作防腐處理。具體布置如圖5所示。

（4）在貝雷梁頂部采用50mm×50mm×5mm方管焊制防落物撞擊骨架，與貝雷梁采用鐵絲扎緊，上覆蓋藍色彩鋼瓦防止太陽直曬管道，兼起防止落物掉落基坑作用。

利用貝雷梁固定工字鋼在貝雷梁下弦桿處沿車站縱向在管道兩側各鋪設1條能夠施工走道板，以方便巡查及監測人員行走，走道板沿貝雷梁方向安裝，與加固工字鋼、懸吊梁采用鐵絲綁扎牢固。在貝雷梁內側鋪設米格網，利用貝雷梁兼作護欄，米格網與貝雷梁采用鐵綁扎。米格網搭接必須大于2個網孔，走道板必須與槽鋼及工字鋼采用8#鐵絲綁扎牢固。

管道防護體系實現的各項功能如下圖6所示：

3.2.5全自動監測系統施工。

（1）安裝天然氣漏氣自動報警裝置一套，漏氣監測探頭設在燃氣管上方，每隔10m安裝一臺，并連接到總報警器。自動報警裝置設在現場指揮室，安裝好后先進行調試，調試時采用小瓶裝天然氣放在管下模擬漏氣。

（2）變形監測：將燃氣管監測納入到基坑施工監測項目，統一基準、綜合分析，確保燃氣和基坑總體安全。主要監測內容如下：

支撐軸力、沉降、樁頂水平、豎向位移，圍護樁測斜、燃氣管豎向、水平位移，派專人實行24小時監測，每12h監測一次。

監測點布置及初始值采集：監測點布置完成后立即進行初始值的采集，并報第三方監測單位進行復核，確定后作為后續監測結果計算的基準值。需監測貝雷梁與燃氣管位移及沉降量，兩都同步實施，綜合分析，根據貝雷梁跨度進行布置，每跨端頭及跨中位置設置一組監測點，每組3個點，其中兩側貝雷片各1個，燃氣管1個，燃氣管監測點采用鋼箍固定于燃氣管上，貝雷梁上采用圓頭十字螺栓作為監測點。

3.2.6管線復原。

為盡量減少懸吊保護的時間跨度，在相應段落頂板澆注完成后在頂板頂、管道底施作砼柱作為燃氣管支撐柱，支撐柱每6m一道，砼支撐柱的設置根據燃氣管的遷改進度確定。每一跨懸吊保護內的支撐柱施作完成并達到強度的75%后，即可拆除該跨的懸吊保護系統。然后回填至原路面，恢復路面使用功能，燃氣管線懸吊保護工序結束。

4. 效益分析

4.1經濟效益。

（1）對遷改難、成本高、影響大的縱跨基坑高壓燃氣管使用該技術，可以解決管線遷改影響工期的難題，有利于加快車站施工進度，避免了主體工程人員窩工和設備閑置，同時降低了管線施工費用，經計算，采用本工法的工程成本約1.42萬元/米，而管線遷改工程成本約1.5萬元/米，經濟效益明顯。

（2）懸吊保護系統中大部分主要設備都可重復利用，不會造成資源浪費，而改遷一次投入大量資源，這些資源一般難以重復使用，資源耗費很大。可見該技術在城市工程施工中遇到類似情況時可大量推廣使用。

4.2社會效益。

高壓燃氣管線遷改需停氣可能導致阻工風險，甚至造成社會恐慌。因此使用該工法對遷改難、成本高、影響大的高壓燃氣管進行保護，有效避免社會影響和安全風險。

5. 結束語

通過本工藝的成功應用，形成了集跨基坑橫梁支撐、貝雷梁懸吊、燃氣管變形控制和混凝土支撐恢復等為一體的超長高壓燃氣管原位懸吊保護施工綜合技術，降低了安全風險，縮短了施工工期，節省了施工成本，為類似施工條件的地鐵車站工程施工提供了可借鑒經驗。

參考文獻

[1]覃敏華.工業園區埋地燃氣鋼質管道的防腐蝕設計[J].城市道橋與防洪，2008，（08）：198-201+226.

[2]胡衍利.犧牲陽極保護法在天然氣管道防腐中的應用[J].硅谷，2010，（24）：121+175.

[3]袁洪波，宋印強.環氧煤瀝青防腐層輔助犧牲陽極法陰極保護防腐技術在城市天然氣埋地鋼制管道上的應用[J].城市燃氣，2005，（03）：3～8.

[文章編號]1619-2737（2017）05-20-674

[作者簡介] 溫少鵬（1973-），男，學歷：研究生，職稱：高級工程師，主要從事地鐵工程技術及管理工作。

祁海峰（1985-），男，學歷：大學本科，職稱：工程師，主要從事地鐵工程技術管理工作。