石油儲備庫戶外管線穿越華南山區段的若干問題的探究

盧雪峰

摘? ?要：華南某石油儲備庫戶外管線因選址、法律法規、政策及規劃等原因必須穿越高速公路、自然保護區、文物古跡等障礙。本文提出了山體敷設、定向鉆及頂管3種施工方法，并對其關鍵點和施工中的核心問題進行了探討研究，為類似工程提供依據。

關鍵詞：戶外管線;翻越敷設;定向鉆;頂管

1? ? 戶外管線施工背景

華南某石油儲備庫因其選址位于山地，雖然在勘察選線和實地踏勘階段已采取規避、繞行等方式，但還是無法完全避免穿越高速公路、自然保護區、文物古跡等障礙。再者，因當地法律法規、政策及已有規劃等原因所限，不能采用常規的地面開挖的方式敷設管道。由于戶外管線所經之處大多地形起伏大，地質條件及水文地質多變、雨量充沛等不利因素，造成施工異常困難。因此，如何解決戶外管線施工中各種穿越方式存在的難題，從而保證戶外管線的安全性及順利運營有十分重要的意義。

2? ? 施工階段的關鍵問題及要點

目前，長輸管線常見的穿越方式有以下幾種：大開挖法、跨越、定向鉆法、開挖隧道法、頂管法及隧道法等方式。其中，跨越方式主要有簡支梁、桁架、拱跨、鋼架、斜拉、懸索與懸纜等十余種管橋型式[1]。由于本項目在平坦地段敷設管線所采取的措施比較簡單，本文不作深入討論。本文著重討論管線沿橫坡和縱坡敷設、定向鉆、頂管等方式施工時所遇到的難題、施工要點及解決措施。

2.1? 翻越敷設

翻越山體敷設管線是本項目最常見的一種管道敷設方式，大致可分為：管道沿橫坡敷設和縱坡敷設兩種完全不同的敷設方式。橫坡是長輸管線的，走向基本平行于等高線，或者說與等高線相切。此種敷設方式多位于有一定高度的坡腳或坡面，經開挖后形成路塹邊。橫坡敷設容易誘發滑坡、崩塌等地質災害，原則上應該避免[2]。當谷底和山脊均不具備敷設條件時，才應該選擇橫坡敷設[3]。管線沿縱坡敷設雖然總體開挖后的邊坡較為安全，但是此種敷設方式作業難度大，還需在一定位置設置作業平臺，完成施工作業后對現場水保、植被破壞較大。

翻越山體敷設管線的關鍵點如下：施工前應先做好現場實際踏勘，尤其了解現場存在的安全隱患。針對巖質邊坡的結構面要仔細研究。特別注意在危險段施工時，須經各個專業反復討論之后方可施工，施工前設計單位必須做好交底。踏勘階段發現潛在滑坡和有崩塌趨勢的巖體，應做標記或立即處理。

在滿足管道最小埋置深度的前提下，對不管是巖質還是土質邊坡均應盡量少擾動。

地下水和地面水改變了主動土壓力系數Ka、土的重度γ、內摩察角等參數的取值，尤其水的潤滑作用使支擋結構的抗滑移和整體穩定性變得更加不利，所以在支擋結構的土壓力計算、抗滑移驗算和整體穩定驗算都要充分考慮水的不利影響，應對所取參數進行修正。筆者在項目進行過程中，曾多次親身經歷水（包括地面水和地下水）對支擋結構造成的破壞;尤其是管線沿縱坡敷設時必須設置截水墻（見圖1）、排水溝及鋼筋混凝土保護層防止山體坡面形成較大匯水，帶走管道頂層覆土，也可以防止巖塊崩塌對新建管道造成破壞。

要整體建模分析土質和巖質邊坡的整體穩定性，可采用削坡減重、擋墻、土釘、噴錨支護及抗滑樁等多種方式保證邊坡穩定。削坡減重法應做到有效削坡，削坡的原則是：減少土體作為滑動力部分的自重。土釘、噴錨支護和抗滑樁是3種有效支護方式，在一定程度下可以減少挖填方量和征地費用。

施工前就應該考慮綠化水保問題。植被對水保綠化的意義重大，而且對邊坡穩定意義重大。施工前應做好表土剝離和收集。應選擇根系發達、耐候、易于成活的植被。在本工程中，多處邊坡選用網格植草、客土噴播植草及植生袋等經濟且見效快的方式，已取得不錯的效果。

2.2? 定向鉆施工法

定向鉆作為一種比較成熟的施工工藝，在敷設大口徑、長距離的石油和天然氣管道時經濟實用，可以做到管道埋深達到安全可靠目的，宜作為管道穿越的第一優選方法。定向鉆的優點為：對地表的干擾較小、環境影響小、不影響交通、施工速度快、可控制鋪管方向、施工精度高，可以節省大量的征地時間和費用。

出口位置和入口位置的確定。一旦確定采用定向鉆的穿越的方式，就應該結合現場實際情況和周邊環境，考慮鉆機、泥漿池和管道預制場地的布置問題，從而確定管線的出、入口位置。

實際地質情況和已有勘察資料不符或相矛盾，充分了解定向鉆穿越段的地質情況，必要時可以加密勘察點。例如，本項目在定向鉆施工前，在出土點和入土點各設置3個勘察孔;當遇到不良地質時，也應增加勘察孔的數量。一旦發現地質情況不適合定向鉆施工，及時調整穿越線路。

本工程施工定向鉆施工過程中曾遇到淤泥、淤泥質土、流沙、砂卵石層不良地質情況。淤泥和淤泥質土在飽和狀態下呈流塑狀，未經處理無法成孔。工程中，對于少量或淺層的淤泥或淤泥質土可以采用挖出的方式。如果淤泥或淤泥質土是大面積且埋置深度較深，可以采取預注漿對其固結，再進行定向鉆施工的方式。砂卵石層在地鐵和隧道修建過程中均屬于難以穿越的地質環境。定向鉆穿越砂卵石層時也是一個值得高度重視的問題。砂卵石層因自身硬度不均勻、摩擦阻力大，鉆頭鉆進時較大塊石或礫石會隨鉆頭移動，導致鉆進困難。施工前，應充分考慮上述問題才能合理選擇鉆機和鉆頭形式。

泥漿作用是一個易忽視的問題，尤其在鉆進和回拖時發揮著重要作用，直接決定施工質量和水平。一方面，配比合適的泥漿是一種護壁和潤滑均俱佳的流體。協調泥漿壓力和鉆井速度，根據現場實際，要不斷調整以獲得合適的泥漿配合比。另一方面，擴孔時通常壓力較大，要避免出現真空，導致冒漿。再者，管道回拖時必須要保證泥漿循環不間斷。

穿越層、出入土角度、水平轉角及曲率半徑等參數的取值往往存在矛盾之處，其取值直接關系到工期和成本，須結合現場實際情況和自身的施工能力合理取值。通常，穿越時管道的出、入土角度直接影響到穿越的長度和深度，出、入土角度越大，拖拽管道的阻力就越大，施工難度就越大[3]。

2.3? 頂管施工法

相對于傳統管道，頂管施工工藝具有以下特點：（1）不影響周邊環境，不破壞已有綠化和植被。（2）施工期間不影響交通。（3）具有挖方量少、工期短、造價低的特點。（4）尤其適用于公路等不宜放坡開挖溝槽的管道施工[4]。因頂管法施工具備上述優點，另一方面為保證本項目按期投產，本項目有多處管道采用頂管法穿越高速公路，最終取得理想的效果，某處頂管法應用如圖2所示。

頂管法施工應著重注意以下幾點。

研究穿越段地質資料和水文地質情況，地貌、周邊不利條件，應查清地下含水層，有無地下潛水，施工過程有無塌方或是塌陷可能，提前做好應急方案。本項目在現場頂管作業時曾發生多次塌陷和流沙。塌陷和流沙是地下工程施工中經常遇見的工程難題。本項目通過現場地面向下垂直反復多次預注漿固結松散土體，然后通過人工掏土的方式成功穿越施工危險段。

現場踏勘應查明場地大小、高程、現場水源，作業坑及泥漿池的擬擺放位置。根據頂進方式、管徑、管壁和接觸土體的摩擦力計算頂推力并合理選擇千斤頂，從而計算后背墻的受力和剛度。

頂進過程中應連續監測作業面正上方土體變形情況，避免頂進過快造成地面的隆起和下沉。遇見地下水豐富的土層，應先采取降水、旁路引導等方式，盡可能避免過快頂進增大管周對富含地下水土層的擾動，從而降低管周和管頂土體的穩定性[5]。

加強管道頂進過程的軸線偏差的測量和糾偏。應每頂進一節測量一次，及時糾偏避免誤差積累過大而糾偏困難。激光導向自動糾偏系統現已廣泛應用于地下工程掘進中。本工程因作業條件所限，在幾個地質復雜的地段多采用人工挖土法和千斤頂糾偏。管頭偏高時多挖下半圓土，使其在繼續頂進時借管子自重而進軸心樣線;當管頭低時，則多挖上半圓土，繼續頂進中管頭自然抬起。也可采用千斤頂，調整管頭高度，達到糾偏效果。

完成頂管施工后，應對施工段進行監測觀察，可對擾動較大的土體進行注漿加固或硬化處理，已消除頂管后的安全隱患。

3  ? 結語

戶外管線部分的順利貫通為石油儲備庫發揮作用奠定了基礎，幾年來，戶外管線部分一直發揮其積極作用。每2周一次的戶外管線巡查結果表明：沿線邊坡穩定，定向鉆和頂管施工段安全可靠。本項目所采取的施工方法和措施可行，可以為其他項目提供經驗。

[參考文獻]

[1]黃春芳.油氣管道設計與施工[M].北京：中國石化出版社，2008.

[2]郭存杰，張來斌，梁 偉，等.油氣管道橫坡敷設邊坡穩定性計算[J].油氣儲運，2016（12）：1342-1346.

[3]馮韶恒，陳曉虎，陳百超.油氣管道在山區橫坡段敷設方案[J].當代化工研究，2018（8）：64-65.

[4]張長青.油氣管道定向鉆穿越的設計要點分析[J].上海煤氣，2018（6）：10-12，17.

[5]路 平.一種頂管穿越公路的安全性評價方法研究[J].山西建筑，2019（4）：156-157.