燃氣管道隨橋敷設安全措施總結

第一作者簡介：梁小林（1982-），男，工程師。研究方向為燃氣設計。

DOI：10.19981/j.CN23-1581/G3.2024.16.036

摘" 要：隨著社會的進步，城市的發展，城鎮燃氣管道不可避免地要通過河流等障礙物，通過的方式一般為跨越或穿越。穿越工程一般要求較高（穿越的位置、與橋梁的間距、管道預制場地、設備停放位置等），跨越工程一般采用隨橋敷設或管橋跨越等方式實施。如何安全、經濟、合理地通過河流，必須通過綜合論證來確定實施方案，該文通過燃氣管道隨橋敷設實際案例進行總結，分享相關經驗心得。

關鍵詞：燃氣管道；跨越；隨橋敷設；安全措施；管道防腐

中圖分類號：TU996.7" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）16-0152-04

Abstract： With the progress of society and the development of cities， urban gas pipelines inevitably pass through obstacles such as rivers， and the way is generally crossing or crossing. The crossing project generally requires higher requirements （crossing position， distance between the bridge， pipeline prefabricated site， parking location of the equipment， etc.）， and the crossing project is generally carried out by laying with the bridge or crossing the pipe bridge. How to pass through the river safely， economically and reasonably， we must determine the implementation plan through comprehensive argumentation. This paper summarizes the actual cases of gas pipeline laying along the bridge and shares the relevant experience.

Keywords： gas pipeline; crossing; laying along the bridge; safety measures; pipeline anticorrosion

GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》明確燃氣管道通過河流時，可采用穿越河底或采用管橋跨越的形式。當條件許可時，可利用道路橋梁跨越河流。燃氣管道隨橋梁敷設，采取安全防護措施包括但不限于如采用加厚的無縫鋼管或焊接鋼管；管道設置必要的補償和減振措施；對管道做較高等級的防腐保護等。

本文以燃氣管道跨越漢江隨橋敷設的實際案例進行設計總結。項目為解決漢中市漢江以西地區天然氣主管網供氣不足的問題，需跨越漢江橋閘工程將漢江東西兩岸的天然氣主管網進行連通。漢江橋閘工程是連接漢江東西兩岸的重要交通樞紐，大橋由長1 626 m的特大橋與774 m的攔河閘兩大部分組成。其中橋梁長1 100 m，由五跨（5×100 m）下承式鋼管砼系桿拱主橋和30孔20 m跨度的預應力引橋組成。主橋寬28.6 m，引橋寬27 m。本項目借助漢江橋閘才能得以實施，實施后既可以解決民生保供問題，又保證不會對漢江橋閘的運行造成影響。本項目的設計壓力為0.4 MPa，工作壓力為0.3～0.35 MPa，設計管徑為DN400。

1" 隨橋敷設方案的確定

一般在城鎮燃氣管道中通過障礙物的穿跨越方式為定向鉆穿越、開挖穿越、頂管穿越、管橋跨越或隨橋敷設5種方式[1]。

根據現場踏勘選定連通管道的穿跨越位置，但是由于河流水面寬度、深度及河底土質情況等問題，開挖穿越和頂管穿越的造價太高且施工難度非常大，基本需要首先排除掉。

由于東西兩岸均為住宅小區及濕地保護區，且從現場施工條件（無管道預制場地和鉆機設置場地）、環境保護、施工周期及用氣緊迫性等多方因素考慮，無法采用穿越施工，因此定向鉆穿越施工的可能性較小，只能尋求管橋跨越和隨橋敷設方式通過。

在漢江中設置獨立立柱支撐，造價太大，城燃企業根本無法承受，只能借助漢江橋閘進行敷設。在GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》和CJJ 11—2011《城市橋梁設計規范》中均是允許不大于0.4 MPa的城鎮燃氣管道隨橋敷設。但是漢江橋閘是重要的水利設施，是否能夠借助漢江橋閘敷設管道，首先需要進行可行性評估。評估機構從橋梁的投運年限及使用現狀、橋梁和橋閘已有結構是否具備敷設燃氣管道的條件、敷設燃氣管道后橋梁和橋閘荷載是否在容許范圍內、敷設燃氣管道后的安全風險和其他因素影響（政府主管部門、交通部門及環保景觀等意見）等進行了全面的評估。最終經過政府主管部門牽頭和專家組論證，該方案達到了安全、經濟、合理的目標，同意借助漢江橋閘來跨越敷設管道，解決民生保供問題。

2" 設計采用的安全防護措施

項目從跨越位置、管材、壁厚、補償、管道防腐和支架等多方面設計安全防護措施。

2.1" 跨越的位置

既要保證天然氣管道安裝穩固牢靠，又要確保閘板升起時不能碰到天然氣管道，不會影響漢江橋閘的安全運行。擬敷設天然氣管道的橋閘位置上，還有橋梁排水管道、電線、照明燈具等障礙物需要協調移位。另外，管道吊裝施工，需要將吊車設置在交通橋梁上，交通橋梁需要封閉至少一半。以上需要移位的設施，在天然氣管道安裝前需由政府主管部門牽頭將上述障礙物調整至他處。施工時由交通部門、橋梁管理部門配合完成橋梁封閉。

2.2" 跨越的管材

根據GB 50028—2006《城鎮燃氣設計規范》規定隨橋敷設的管道應選用加厚的焊接鋼管或無縫鋼管。焊接鋼管與無縫鋼管對比最明顯的區別就是多出了一整條焊縫，無縫鋼管是在軋制中一次成型，采用焊接鋼管除了焊口處的環向焊縫，還有管體本身的縱向焊縫，而無縫鋼管只需要考慮環向焊縫即可，且根據規范要求會對環向焊縫進行100%射線探傷，確保管道的焊接質量。綜上，根據本項目的重要程度優先選用無縫鋼管。

2.3" 管道的補償

隨橋閘跨越的管道總長為828.2 m，補償量計算如下所示，補償量計算為695.68 mm，遠超過1臺波紋補償器的最大補償量（450 mm），最終通過設置固定支架，將管道分為3段，分別設置波紋補償器來消化補償量。設計時需要根據安裝環境溫度，進行預拉伸或預壓縮的計算，并在設計說明中注明具體的預變形量。關于波紋補償器的設計、施工要注意以下幾點：①選用波紋補償器時，其補償能力建議按照最大補償能力的1/2～2/3選取，波數一般選3～4波。②波紋補償器進場后在安裝前，應先檢查其規格、型號與設計要求保持一致，實際施工過程中經常遇到安裝的是波紋調長器（所配拉桿、螺母為產品的永久附件且都是受力件，不能隨意拆除或松緊），外觀很相似，但并非設計選用的波紋補償器（所配拉桿、螺母為產品的臨時附件，安裝結束后需要拆除）。③波紋補償器安裝完畢后，應將拉桿、螺母等約束附件拆除，并將限位裝置調整到位，以免影響波紋補償器的補償性能。④禁止將波紋補償器在未設置固定支架的情況下串聯2個及以上安裝，2個固定支架之間只能安裝1個波紋補償器。

補償量計算公式如下

ΔL=αΔtL=12×10-6×70×828.2=0.696 m，

式中：ΔL為管道補償量，m；α為管道線膨脹系數，m/m℃，鋼管的線膨脹系數為12×10-6 m/m℃；L為管道長度，m；Δt為計算溫差，℃，隨橋敷設管道計算溫差取70 ℃。

預變形量計算公式如下

ΔX=X■-■

式中：ΔX為預拉伸量，mm；X為軸向補償量，mm；T0為安裝環境溫度，℃；Tmin為最低工作溫度，℃；Tmax為最高工作溫度，℃；ΔX為正值時，為預拉伸量，ΔX為負值時，為預壓縮量。

2.4" 管道的防腐

為了確保本項目管道的設計工作年限，管道外防腐需要重點考慮。一般的防腐大多為紅丹防銹底漆外加黃色調和漆，在經過風吹日曬雨淋之后，基本上每隔1～2 a就需要重新刷漆防腐。本項目的后期運維并不像小區樓棟圍樓管一樣方便，因此選用的防腐工藝和材料要大大降低后期的運維工作量。本項目的防腐，經過綜合對比論證，最終選用號稱“永垂不朽”的防腐工藝（環氧樹脂噴涂）。與其他防腐工藝相比，環氧樹脂噴涂有以下明顯的優點：①化學抗性好，環氧樹脂不與酸堿發生反應，化學穩定性極高，且與金屬管道表面具有極佳的黏著性，是金屬管道防腐的極佳材料。②高溫穩定性，在高溫下依舊能保持穩定的涂膜功能。③機械強度性能優異，環氧樹脂有較好的抗壓和彎曲強度，不容易開裂，具有較好的耐久性，本項目在彎頭處應用最為明顯。④施工方便，不僅可以在工廠預制噴涂，也可以在現場直接操作。

本項目選用環氧樹脂噴涂防腐，在管道投運后將大大降低建設單位的運行維護工作量。

2.5" 壁厚的計算

根據GB 55009—2021《燃氣工程項目規范》的要求，DN400鋼質管道最小公稱壁厚為5.2 mm。管道壁厚的計算和選取是本項目的重要環節，壁厚太大會造成工程造價增大，橋閘的載荷增大；壁厚太小，安全性無法保證。因此如何確定本項目的管道壁厚就顯得尤為重要了，鋼質燃氣管道直管段壁厚的計算公式如下

δ＝PD/2σsφF，

式中： δ為鋼管計算壁厚，mm；P為設計壓力，MPa；D為鋼管外徑，mm；σs為鋼管的最小屈服強度，MPa；F為強度設計系數，選0.3；φ為焊縫系數，取1.0。

經過計算，直管段的計算壁厚為1.16 mm，遠遠小于規范要求的最小公稱壁厚。根據規范要求結合建設單位庫存情況，最終確定管道壁厚為8 mm。

2.6" 管道支架的論證

考慮到橋閘的升降高度及管道敷設的位置，需要在每個橋墩處設置管道支架或吊架，支架的高度需要高出閘板抬升至最高位置處，對于無法在橋墩上設置管道支架的情況，需要借助交通橋梁設置管道吊架。每臺波紋補償器的兩端均需要設置固定支架，其他位置均采用活動支架，另外需要注意的是在波紋補償器的兩側至少在4D之外各設置1處導向支架。支架的設置首先應該考慮跨距，至少要考慮動荷載和靜荷載的影響，下面進行管道支架跨距的計算。

本項目管道無保溫層，管道支架允許跨距取決于管材的強度、管子截面剛度、外荷載的大小及管道允許的最大撓度。管道支架允許跨距的計算應按強度和剛度2個條件進行，取兩者中較小值作為推薦的最大允許跨距。

2.6.1" 按強度條件確定管道支架允許跨距

管道自重彎曲應力不應超過管材的許用外載彎曲應力值，以保證管道的安全。對于連續敷設，均布載荷的水平直管，支架最大允許跨距按下式計算

Lmax＝2.24×■，

式中：Lmax為管道支架最大允許跨距，m；q為管道單位長度計算載荷，N/m，q=管材自重+氣體重+風載荷（可忽略不計）；w為管道斷面擾彎矩，cm3；？覫為管道橫向焊縫系數；[δ]t為鋼管熱態許用應力，MPa。

經過計算，滿足強度條件的管道支架最大跨距為31.2 m。

2.6.2" 按剛度條件確定管道支架允許跨距

管道在一定跨距下總有一定的擾度，由管道自重產生的彎曲擾度不應超過支架跨距的0.05，對于連續敷設均布載荷的水平直管支架最大允許跨距按下式計算

Lmax＝0.19×■E1Ji0 ，

式中：Lmax為管道支架最大允許跨距，m；q為管道單位長度計算載荷，N/m，q=管材自重+氣體重+風載荷（可忽略不計）；E1為在計算溫度下鋼材彈性模數，MPa；J為管道斷面慣性矩，cm4；i0為管道坡度，i0≥0.002。

經過計算，滿足剛度條件的管道支架最大跨距為28 m，由此可見管道支架同時滿足剛度條件和強度條件的允許最大跨距應為28 m。本項目現場橋閘支墩最大跨距為20 m，符合要求。

3" 施工采用的安全防護措施

由于橋梁的車流量、人流量大，安全要求高，且大部分燃氣管道在橋閘上敷設，少部分燃氣管道在交通橋梁上敷設，應委托具有相應施工資質和相關業績、施工經驗豐富的施工單位負責施工。要制定完善專項的安全技術方案和施工組織方案，建立健全施工安全、質量管理制度，完善安全技術操作規程，明確各崗位人員的安全、質量責任[2]。

在河道上進行作業時，要盡可能避開汛期和雨季進行施工。施工前要關注氣象預報，根據氣象預測和河道水流量合理安排施工計劃。如果必須在汛期或雨季施工，則必須建立可靠的洪水預警機制，并制定洪水安全預案，確保施工人員和設備安全[3]。

由于大部分管道在橋閘上敷設，少部分管道在交通橋梁上敷設，故管道的吊裝均需在交通橋梁上進行作業，需到相關交通管理和城市綜合管理部門辦理相關手續，制定交通疏導方案，并申請相關部門配合現場管控。另外，本項目的施工作業屬于高空作業，必須制定安全生產責任制、安全檢查制度，高空作業前逐級進行安全技術交底和教育，從事高空作業的人員應接受高空作業安全知識教育。高空作業前，工程項目部必須對安全防護設施進行檢查、驗收，經驗收合格后方可允許作業。工程項目部應為高空作業人員配備合格的安全帽、安全帶等必備的安全防護設施，作業人員應按規定正確佩戴和使用。用于高空作業的載人機械，應按規定進行定期或不定期的檢查，且檢查完后應有記錄。進場前必須確認完好，堅決不能帶著問題開展高空作業，需要臨時拆除或變動安全防護設施的，應經項目部技術負責人審查批準后方可實施。高空作業過程中，必須派專業人員全程監護。

監理單位要委派監理工程師全過程監理，重點抓好管道吊裝、管道支架、管道焊接和焊口防腐工序的監督驗收，質量把關。每道工序完成后要組織監理工程師及甲方代表進行現場驗收，未經驗收或驗收不合格的工序均按不合格返工處理。

4" 結論

隨橋敷設是最有效的過河方式，經濟性好，造價低，施工速度快，運維方便。隨橋閘跨越河流也是一種新型的跨越方式，值得推廣。政府相關部門應大力支持并統籌協調解決遇到的各種困難。

城市橋梁和橋閘都是重要的交通、水利設施，隨橋敷設管道在設計階段應充分論證涉及的各項安全措施（位置、管材、壁厚、補償器、防腐和支架等），有條件的情況下盡量提前進行規劃，預埋管道支架或管孔，減少后期對橋梁的損傷。施工階段應充分論證各施工節點和施工措施、安全措施、關鍵環節的質量把控等，確保在施工中和建成后安全運行，同時應便于檢修和保養。燃氣管道投運后，應將隨橋敷設的管道單獨建立檔案，配備專人定期巡檢，對管道支架和補償器應定期重點檢查和維護保養。

參考文獻：

[1] 白凈，鄭平平.蘭州天然氣管道穿越黃河方案的探討[J].煤氣與熱力，2016，36（1）：50-53.

[2] 程喜兵，袁耀輝，王忠平.城市燃氣管道隨橋敷設的探討[J].煤氣與熱力，2012，32（3）：51-53.

[3] 代波.芻議城市建設中燃氣管道的隧橋敷設工程[J].城市建設理論研究（電子版），2013（10）：4.