跨石油、天然氣管線高速公路施工技術研究

宗敏、劉丙強、張偉

（中交一公局集團有限公司，北京100024）

0 引言

隨著我國基礎設施建設的高速發展，公路建設覆蓋面積大幅度增加，在石油、天然氣管道設施附近進行施工的情況越來越多。高速公路與石油、天然氣管線交叉相遇時，受限于石油、天然氣管道本身的重要性質及相應產權單位或管理單位相關管理要求，往往存在路基施工安全風險高、施工協調難度大等問題。

1 國內外研究現狀及發展趨勢

傳統高速公路路基施工采用的爆破開挖往往會對周邊的管道產生不同程度的振動影響，一般的機械破碎開挖影響小但工效低，對于大管徑石油、天然氣管道而言，管道安全保護尤為重要，為了減小路基施工對管道產生的干擾，同時提高施工效率、推進路基施工進度，國內外許多技術研究人員開展了跨石油和天然氣管線路基靜態爆破技術[1-2]、鄰近管線爆破參數控制[3]、路基石方靜態劈裂技術等研究工作；也有研究人員從埋地石油和天然氣管線受施工影響的監測方案、管道響應特征、振動安全試驗等方面入手，探索路基施工干擾下的安全警戒值，認為一般在管道處地面振速不超過2～3cm/s 的情況下，可有效保證管道安全。

為了保護石油、天然氣管道，保障石油、天然氣輸送安全，維護國家能源安全和公共安全，我國出臺了《中華人民共和國石油天然氣管道保護法》，以法律的形式對管道運行中的保護、管道建設工程與其他建設工程相遇關系的處理等內容作了詳細的要求。高速公路路基與埋地石油、天然氣管道交叉或鄰近時，管道附近一定范圍內一般不允許炸藥爆破施工。現有膨脹破碎劑、巖石劈裂機等靜態爆破技術能在不使用炸藥的情況下破碎巖石，具有振動沖擊小、無噪聲、無粉塵的特點，但施工效率不如炸藥爆破，且對埋地管線有擠壓風險，施工成本也偏大。受限于石油、天然氣管道本身的重要性質及相應產權單位或管理單位依據管道保護法所制定的相關管理辦法，對于施工單位而言，解決管道干擾問題的路基施工技術途徑較少，即使目前各項路基靜態爆破技術或傳統機械開挖方法應用成熟，但在眾多實際工程案例中，因施工原因造成既有管道損壞、泄漏事件仍時有發生，如何從管道保護、施工方法選擇、施工風險管理等方面構建起跨石油、天然氣管線路基施工技術綜合管理體系，已成為近幾年相關研究人員探索和行業發展的主要方向之一。江津至瀘州北線（重慶段）高速公路項目通過跨管線路基施工技術應用與管理研究，達到施工與管線互不干擾的效果。

2 工程概況

江津至瀘州北線高速公路（重慶段）TJ-4 標主線路基全長7.9km，采用設計速度120km/h、路基寬度34.5m、雙向六車道高速公路標準建設。項目沿線與兩條大管徑石油天然氣管線交叉相遇。項目主線K35+615 處與國家管網西南成品油管道交叉，該石油管管徑40cm，與線路交角60°，埋深1～1.5m；主線K36+439 處與國家管網中貴天然氣管道交叉，交角77°，管徑1016mm，埋深約2～4m，管內壓力10MPa。

3 跨管線施工臨時保護措施

為了確保管道不受線路施工干擾，公路建設過程中需對管道采取臨時保護措施，結合管道保護相關法律和產權單位要求，項目制定了兩種臨時保護措施：一是在橋梁下沿管道埋設方向修建鋼筋混凝土蓋板保護涵以保證高速公路建設過程中的管道安全；二是修建臨時鋼便橋跨過管道，作為施工期間跨管線通行的臨時保護措施，見圖1。

圖1 燃氣管道保護措施平面示意圖

3.1 管道位置勘探及標識

根據設計文件及管道管理單位提供的管道資料，在產權單位指導下，采用人工開挖的方式探明施工影響范圍內管道及其配套光纖的位置、埋深、走向等參數，利用彩旗和裝配式護欄將該區域作標識和臨時隔離防護，防止施工車輛誤穿管道、無關人員進入施工區域，見圖2。

圖2 管道位置現場勘探及標識圖

3.2 鋼便橋

采用單跨簡支工字鋼梁便橋作為施工通道臨時跨過管線，設計臨時通行車輛或機械設備一般單體總荷載不超過80t，每日通行不超過100 車次。鋼便橋總長10m、總寬8m，跨徑9m、凈寬6m、凈高0.5m；縱梁為40#a 工字鋼，間距40cm；分配梁采用10#工字鋼，間距26.5cm；橋面采用10mm 厚鋼板鋪裝；橋臺采用C30混凝土澆筑；橋面布設防護欄桿、防撞設施、警示標識牌等，見圖3。

圖3 鋼便橋設計圖

3.3 蓋板涵

涵洞結構形式及材料：條形基礎+蓋板，基礎為C25 鋼筋混凝土，蓋板采用C35 鋼筋混凝土，沉降縫采用瀝青麻絮填充。蓋板涵專為橋下氣管防護設計，未設涵臺，總寬7.6m，長約47m。基礎埋深0.6m，蓋板跨徑5.6m，左右各搭接0.5m 置于基礎上，蓋板厚42～56cm。

4 減少近管線施工干擾的主要技術途徑

4.1 跨管線橋梁施工

項目生基灣中橋1#、2#墩間存在燃氣管線，樁基為摩擦樁基礎，為降低施工對燃氣管線的干擾，采取1臺旋轉鉆機進行樁基施工，長鋼護筒的布置原則上是在距離天然氣管道底部50cm 以內。如果已經達到了地層交界處，鋼護套的長度應與地層接觸面相接。橋梁墩柱則采用特制的圓筒鋼模立模，柱子鋼模直接受力于系梁，蓋梁為穿心棒法施工，上部為簡支梁，不影響管線基礎。

跨管線橋梁施工前，必須對圖紙進行全面復核，確認橋梁設計是否滿足管道保護要求。一般要求樁基、墩臺等結構與管線的凈距不得少于5m，管線的中線兩側5m 以內嚴禁取土、采石、用火、堆放重物、排放腐蝕性物質、使用機械工具進行挖掘施工等，而管頂離橋底自然地表高度不能低于1m。

4.2 路基交叉路段施工

路基與管道交叉無法避免時，路基土石方主要有兩種施工方法：一是靜態爆破，二是機械開挖。

靜態爆破技術的關鍵在于掌握爆破方法和爆破過程，并結合高速公路路基工程現場的實際需要，設計出一套科學的靜態爆破方案，并精確地安排合理的孔洞。爆破作業要按照縱向的原則進行分層布置：第一，對靜態爆破作業的影響范圍進行合理估計；第二，制定安全爆破作業方案，對靜態爆破作業進行科學的選擇；第三，對爆破作業人員進行作業指導；第四，拆除大體積的巖石；第五，按爆破設計規范進行鉆孔爆破；第六，在鉆孔中設置爆炸物和相關的起爆設備；第七，在靜態爆破作業現場附近設立警戒區，并安排人員進行警戒；第八，強制疏散靜態爆破作業警戒范圍內的人、獸；第九，執行爆破警示，執行靜態爆破作業；第十，爆破完畢，處理和清除未完工的盲炮，立即拆除警戒裝置和檢查員；第十一，采用專業設備綜合評定靜態爆破作業。

機械開挖則是利用挖掘機、破碎錘、鷹嘴鉤機等大型開挖機械設備直接開挖管道附近土石方。機械開挖應自上而下進行，根據施工段落路基橫斷面寬度和深度，采用合理的開挖面布置和推進方式。對于大塊的整體巖層，用破碎錘鑿除減小，不規則的淺層巖體利用鷹嘴鉤機開挖，較為破碎的巖體及減小的石方用挖機開挖并裝車運送。機械開挖前，應準確勘探出管道具體位置，必要時設置一定范圍的開挖停止線，防止出現管道受振過大、管道附近巖體失穩坍塌、施工機械接觸破壞管體等情況。

4.3 路基邊坡近距離伴行路段施工

路基邊坡線與石油、天然氣管線近距離伴行時，坡腳或坡頂邊線與管線外壁的凈間距應不低于5m。伴行段路基邊坡施工必須嚴格控制邊坡坡率，同時做到開挖一級防護一級、填筑一級防護一級，邊坡防護排水和綠化工程應及時跟進，以防邊坡失穩坍塌造成管道受損。必要時，應加強伴行段路基邊坡的防護強度，采取砌筑路堤擋土墻、路塹上擋墻等措施，確保管道安全穩定。此外，在施工過程中還應加強管道附近邊坡的穩定性監測，適當加大監測頻次，掌握邊坡變形速率，一旦發生邊坡變形和位移超過警戒值的情況，就必須及時采取相應的邊坡加固措施或管道保護措施。

5 跨管線施工安全保障措施

5.1 成立安全組織機構

為確保臨近石油、天然氣管線高速公路施工安全，應不斷建立健全項目安全管理體系建設，成立以項目領導班子和現場管理人員為主的作業領導小組，全面指揮、全程指導和監管跨管線施工。

5.2 落實安全交底制度

根據石油、天然氣管道主管單位審查的施工圖設計、與業主簽訂的合同、施工技術規范等，對跨管線施工組織方案進行進一步的修改完善，并報管道管理單位相關人員進行審批，嚴格按照其審批意見組織施工。施工前首先要求管道管理單位專業人員對項目相關管理人員進行現場交底，明確管道管理單位對于管線保護的相關要求、管線被破壞后的后果、緊急處理措施等內容。項目管理人員在充分理解管道管理單位專業人員交底內容和意圖的基礎上，對實際進場施工作業人員進行全面安全技術交底，告知全體作業人員作業范圍和內容，強調臨近石油、天然氣管道作業的特殊性質，突出作業要點和注意事項，增強全員跨管線施工安全防護意識，掌握一定的基礎防護技能，提高應變能力和自救搶險能力。

5.3 風險識別及預防

跨管線施工開始之前，依照“以人為本、預防為主”的原則，組織技術人員對跨管線施工安全風險進行識別并制定預防措施。安全風險的識別范圍包含兩個方面：一方面，具體工程施工中的人員安全風險，包括機械傷害、觸電、物體打擊、高處墜落等風險。另一方面，有關石油、天然氣管道因施工造成管道損傷、泄漏等情況，可能引起火災、爆炸、中毒等的事故風險。施工前針對以上風險內容進行全方位識別并制定預防措施，形成安全風險隱患清單，便于在施工過程中對照檢查，同時還需制定相應的專項應急預案，確保事故發生時能夠有條不紊地開展事故處理工作，降低事故損失。

5.4 加強聯動和溝通

跨管線施工單位和管道管理單位之間必須加強聯動與溝通。施工單位應及早與管道管理單位進行聯絡，利用物探方法確定施工區域內的管線，摸清管線的實際走向、深度、直徑，核實管道的具體位置，嚴格按“先防護，后施工”的原則，嚴禁盲目施工。施工過程中及時向管道管理單位獲取施工影響范圍內的管道安全穩定情況，如管道受振強弱、管內壓力是否異常等，以此反饋指導施工，確保能及時采取糾偏措施。對于管道管理單位而言，有責任向施工單位提供必要的管道信息并說明管道的重要性、特殊性以及基礎性的管道相關知識，同時嚴格履行跨管線施工審批制度，若自身管理制度體系受限，可要求施工單位制定專項施工方案，聯合監理單位、業主單位對施工方案進行審查并批準，方案實施過程中亦可派遣專人現場監督指導，確保施工安全可控。在發生有可能危及管道安全的情況時，及時報告相關單位和部門，共同研究并制定解決措施，消除風險后方可采取下一步動作。

6 結語

高速公路建設與石油、天然氣管線交叉相遇時，若在施工過程中造成管道損毀、泄漏事故，將造成不可挽回的巨大損失，且事關國家能源和公共安全，必須采取有效的技術措施確保跨管線施工安全。具體應根據實際施工情況并結合管道管理單位的相關要求，綜合分析各類跨管線路基施工方法應用于此工程中的利弊，確定合理的施工方法并組織實施。施工前全面分析可能危及管道安全的施工風險，制定具有針對性的應對措施，及時解決施工過程中遇到的問題，切實保證跨管路基線施工安全。