山區丘陵地區天然氣管道工程作業帶掃線土石方工程量簡易算法

張國強　李杰

摘 要：我國是一個多山國家，山地丘陵加起來占全國陸地面積的43.2%。近年來我國陸續新建了中石油忠縣--武漢天然氣管道工程、中緬油氣管道工程;中石化川氣東送管道工程等大口徑、長距離天然氣管道工程，這些管道工程大多經過山區丘陵地區。本文以數學模型為基礎，介紹了業帶掃線土石方工程量簡易算法，為施工作業提供了一定的理論指導。

關鍵詞：山區丘陵、天然氣管道、作業帶掃線、土石方、工程量算法

引言：

按照管道走向是否垂直等高線敷設山區將丘陵地段分為縱坡和橫坡。縱坡是指管道走向垂直等高線敷設，橫坡是指管道走向順等高線敷設。也就是管道走向順著地形圖上示坡線敷設為縱坡，管道走向垂直地形圖上示坡線敷設為橫坡。

基本原理：采用高挖低填方式，本著減少施工工程量與征地面積的原則，我們選取作業帶上一個橫斷面，設定土方開挖工程量=土方回填工程量時，作業帶掃線土石方工程量最小，工效最高，成本最優。

1、縱坡計算模型：

附圖-1：根據上述原理，S1+S2+T=F1+F2，h1=h2=H。圖示字母意義：S1+S2--作業帶掃線削方工程量;T--管溝土石方開挖工程量;F1+F2--土石方回填工程量;a--左側作業帶外緣到作業帶挖填臨界線的距離;b--右側作業帶外緣到作業帶挖填臨界線的距離;H--作業帶掃線最高點至作業帶平整后的距離;B--作業帶寬度;α--坡度;β--坡度;Ln--第n段某一坡度作業帶長度。B已知，根據設計圖紙或由施工方案確定;坡度α和β、H由儀器實測。

由于管溝土方工程量比較小，我們在實際計算時忽略管溝土石方工程量，按照土方開挖工程量=土方回填工程量這一基本原理可以得出，VS1=VF1、VS2=VF2;由此可以推導出△S1≌△F1、△S2≌△F2。VS1=VF1=×a×h2×Ln=×（×H×cotα）×（×H）×Ln=×H2×cotα×Ln;VS2=VF2=×H2×cotβ×Ln;那么第n段作業帶掃線土石方工程量=VS1+VS2=×H2×cotα×Ln+×H2×cotβ×Ln=×H2×Ln×（cotα+cotβ）;以此類推將坡度相同的縱坡段α和β、H由儀器測量出來列表，即可計算出整個線路中縱坡作業帶掃線土石方工程量。附圖-2為縱坡掃線后理論模型。

作業帶位于縱坡（梯田或臺地）上的可采用單斗挖掘機和推土機進行挖填方、 降坡、碾壓，人工配合修整;對于石質山坡地，可采用爆破后機械配合人工就地挖填方降坡的方式作業帶掃線。

2、橫坡理論計算模型：

附圖-3：S+T=F，h1=h2=H。圖示字母意義：S--作業帶掃線削方工程量;T--管溝土石方開挖工程量;F--土石方回填工程量;a--左側作業帶外緣到作業帶挖填臨界線的距離;b--右側作業帶外緣到作業帶挖填臨界線的距離;H--作業帶掃線最高點至作業帶平整后的距離;B--作業帶寬度;α--坡度;Ln--第n段某一坡度作業帶長度。B已知，據設計圖紙或由施工方案確定;坡度α和β、H由儀器實測。

同理我們在忽略管溝土石方工程量情況下，按照土方開挖工程量=土方回填工程量這一基本原理可以得出，VS=VF;由此可以推導出△S≌△F。VS=VF=×a×h2×Ln=×（×H×cotα）×（×H）×Ln=×H2×cotα×Ln;那么第n段作業帶掃線土石方工程量VS=×H2×cotα×Ln;以此類推將坡度相同的橫坡段α和H由儀器測量出來列表，即可計算出整個線路中橫坡作業帶掃線土石方工程量。附圖-4為橫坡掃線后理論模型。

管道沿橫坡敷設時，由于橫坡容易造成滾管以及施工設備損壞，為保證設備及施工作業人員的安全，施工作業帶坡度一般不宜大于8°，因此在進行作業帶掃線時，其目標就是將橫向坡度降至8°以下。針對現場具體情況， 需采取如下措施：在地勢較為平緩的山間臺地或者坡度小于10°的平緩地段， 應盡量利用施工作業帶， 以減少施工工程量與征地面積;坡度為10°～20° 時，可直接在斜坡上挖填土修建;坡度為20°～30° 時，需在作業帶填方坡腳處修建擋土墻護坡，在地表松軟或易滑坡的地段打樁加固并用毛石砌筑，以保證施工作業帶安全可靠。

3、結束語

根據筆者在陜西天然氣股份有限公司商洛--商南天然氣管道工程中的實踐，山區丘陵地區天然氣管道工程作業帶掃線土石方工程量簡易算法，能夠簡便快速的計算出作業帶掃線土石方工程量，保證了工程的順利實施，可為今后同類山區丘陵地區天然氣管道工程施工提供借鑒。

參考文獻

[1]宋龍進，彭建國，耿勁松.山區管道施工通道修筑及管溝開挖技術[J].石油工程建設，2012（5）