沟箱法在长输管道沿高等级公路边缘施工中的应用

王艳，李松柏，高兴，龚剑

（中国石油天然气管道局第二工程分公司，江苏徐州221008）

沟箱法在长输管道沿高等级公路边缘施工中的应用

王艳，李松柏，高兴，龚剑

（中国石油天然气管道局第二工程分公司，江苏徐州221008）

长输管道沿高等级公路边缘地带施工时，常见的方法是沿公路搭设隔离板，施工人员在隔离区进行作业，该方法占用路面时间长，拆装费时费力，资金投入大，且对交通和路边居民生活影响较大。中国石油天然气管道局第二工程分公司在泰国Wang Noi-Kaeng Khoi（万诺伊—港考伊）输气管道线路工程施工中，首次采用沟箱法进行施工，经济、高效、安全地完成了11 km管道沿3222省级公路边缘敷设的安装任务。文章介绍了沟箱的设计及计算、施工工艺流程及操作要点。

长输管道；公路边缘敷设；沟箱法；施工工艺

1 工程概况

中国石油天然气管道局第二工程分公司承建的泰国Wang Noi-Kaeng Khoi（万诺伊—港考伊）输气管道线路工程管径914 mm，全长72.4 km，其中11 km管道沿3222省级公路边缘敷设。此公路为双向4车道，路面总宽16 m，管道施工作业带为公路中心线到路面外7 m处，总宽度为15 m，管道中心线距离公路边仅2 m，作业带狭窄；公路上车流量大，车速快，施工人员和设备的安全受到严重威胁；路边加油站、民房、沟渠、岔路引道等设施多，无法采用沟上连续作业的常规方法；路边地质多变，流砂、粉土、碎石、岩石等交替出现，管沟成型困难，且管沟开挖易造成公路路面塌陷。

2 施工总体方案

开工前，针对路边施工作业空间狭窄、安全隐患大等特点，经过多次现场勘察，并与公路管理部门沟通和协调（公路部门只允许占用1/4路面进行施工，如果按设计图纸占用1/2路面，必须另外修筑施工临时通道），决定改变以往搭设隔离板进行封闭式施工的方式，采用沟箱法进行沟下管道组对、焊接、无损检测和防腐补口作业。

3 沟箱设计及计算

3.1 沟箱的结构

根据管径和管沟的宽度、深度以及施工需要确定沟箱的结构及尺寸，沟箱结构如图1所示。

图1 沟箱结构示意

3.2 静力作用下沟箱计算

沟箱的结构可以简化成如图2所示的模型，由此计算沟箱结构是否稳定。

假设侧面土为黏性土（黏性土容重比较大，偏于危险），利用力学公式分别计算地面处和沟底处承受的应力σa：

图2 沟箱结构简化模型

式中γ——管沟侧面土的重力密度/（kN/m3），地下水位以下用浮重度表示；

z——计算点距离管沟顶面的深度/m；

Ka——主动土压力系数，Ka=tan2（45°-φ/2）；

φ——管沟侧面土的内摩擦角，根据试验确定，当无试验资料时可参考经验数值/（°）；

c——管沟侧面土的黏聚力/kPa。

因为土体为黏性土，故需要计算临界深度z0：

由此可以计算出作用在梁上的力及弯矩值，按照所用钢截面及材质确定[σ]，利用公式（3）计算出实际受力σ，计算结果小于[σ]则满足要求。

式中[σ]，σ——分别为允许弯曲应力和实际承受弯曲应力/kPa；

M——管沟侧面土体对沟箱产生的最大弯矩/kN·m；

Wx——对x轴净截面抵抗矩/m3。

计算模型两侧的压杆长细比λ，小于150的情况下不用计算稳定性。

式中l——受压构件的计算长度/m；ix——构件截面的回转半径/m。

4 施工工艺流程及操作要点

4.1 施工工艺流程（见图3）

图3 采用沟箱法进行长输管道沿公路边缘施工工艺流程

4.2 操作要点

4.2.1沟箱预制

根据沟箱设计图纸，在临时场地进行沟箱预制，采用H钢制作框架及梯形支撑，钢板作为沟箱两侧挡板，在挡板上分别沿纵、横方向焊接两根槽钢加固。沟箱预制的数量应满足施工需求。

4.2.2现场交通控制

在施工点前后每隔一定距离设置大块醒目的警示牌，提前警示过往车辆司机注意前方施工。沿公路边缘每隔一定距离设置一个注水防撞型塑料警示墩，警示墩之间用警示带连接。在每个作业面的首、尾和设备前各放置一个警示闪灯，闪灯要保持24 h工作；每个作业面前后各设一名旗手，旗手必须配备指挥旗，穿公路部门要求的专用警示背心。临时卸管、布管作业需占用半幅路面时，必须在道路中间设置隔离带，必要时请交通警察协助疏导交通。

占用公路路面施工时应保证道路双向通行。当占用路面施工不能保证道路双向通行时，应在公路另外一侧修筑临时便道，确保交通畅通。现场交通警示标志的设置要符合当地公路部门的要求。

4.2.3作业带扫线、平整

使用推土机和挖掘机对施工作业带进行清理。在进行作业带扫线、平整时不能破坏公路路基。路基开挖只能在管沟开挖时进行，并需得到监理和公路主管部门的同意。

4.2.4管沟开挖

4.2.4.1一般地段管沟开挖

管沟开挖在组焊工序之前进行，提前开挖的长度控制在100～200 m范围内，满足每日管道安装进度即可，以减少管沟敞口的长度和时间，降低安全风险。挖出的土由翻斗车拉运到临时堆放场地，生熟土分开堆放。对于已经开挖尚未回填的管沟，在公路边缘设置方形警示墩，中间用警示带连接，并沿沟边每隔50 m设置一个警示闪灯。

4.2.4.2石方段管沟开挖

在管道距离路边太近、不允许进行爆破作业时，使用凿岩机、钻孔机和挖掘机相结合的方式开挖管沟。开挖时，先用挖沟机剥掉表土，露出岩石，然后开始凿岩施工。对于质地坚硬的大块石方先用钻机钻孔，然后再使用凿岩机，以提高效率。凿岩和挖沟、清沟相结合，弃石弃土装到自卸车上并运到指定地点堆放。

4.2.4.3流砂段管沟开挖

流砂段管沟开挖前应打板桩，防止路面塌陷。对于受地质条件限制无法打板桩的地段，边开挖边放置防护沟箱，沟箱和沟壁间用砂袋挤密。

4.2.4.4民房前、叉路处的管沟开挖

民房前管沟开挖时需修筑施工临时便桥，便于住户通行。具体作法如下：横跨管沟铺设钢浮板，便桥两侧安装护栏，并拉上彩旗带。穿越道路处的管沟开挖需修筑施工便道，便道的修筑要满足通行载荷和通行量的要求，路口处设闪灯警示。

开挖时焊口处的管沟需适当加宽，保证沟箱能够放入管沟，施工人员在沟箱内有足够的作业空间。

4.2.5钢管运输与布管

由于作业空间受限，钢管运输到现场后直接用吊车吊入管沟内，吊车作业需要占半幅路面，现场除了按要求设置好交通控制标志外，应由当地交通警察加强交通协调。

对于卸放到公路路基以外的钢管，在业主、监理允许的情况下采用大功率挖掘机布管。根据钢管的管径和重量采用与之匹配的挖掘机，保证安全施工。当挖掘机在公路上行走时，应在履带下面垫8 mm厚的橡胶板，以免损坏路面。

4.2.6沟箱布放

用卡车将沟箱从临时场地运至施工现场。施工人员分别将两根Φ12.7 mm钢丝绳固定在沟箱顶部对角的吊耳处，同时用麻绳拴住相邻的两个吊耳，然后用CAT330挖掘机的背钩勾住钢丝绳，将沟箱吊起，缓慢放入沟内管口位置。沟箱起吊过程中，施工人员手拽麻绳，防止沟箱因摆幅过大而伤人，同时在沟箱就位时通过麻绳来控制沟箱方向。

对于流砂等管沟边坡不稳定的地方，沟箱放入管沟后，沟箱壁与管沟之间的间隙用尼龙袋装土进行挤密，确保施工人员在沟箱内安全操作和路基的稳定。

4.2.7管道沟下组对、焊接

先将吊带固定在防腐管中心位置，然后用CAT330大功率挖掘机起吊、组对防腐管，起重工在沟边进行专门指挥，管工在沟箱内用外对口器进行精确对口。管口组对合格后，焊工直接在沟箱内进行焊接作业（如图4所示）。焊机放在轮式卡车上，便于移位。

图4 焊工在沟箱内作业

管道组对、焊接施工应符合相应工程所执行的规范标准。

4.2.8管口无损检测、防腐补口

在进行X射线检验焊口时，应尽量在车流量小的时候进行，同时在射线机两侧应加防护铅板，防止射线伤害路人。管口无损检测合格后，立即进行防腐补口作业。管道防腐邻近住家时，喷砂除锈前应安装隔离板或防护网，减少对住户的影响。无损检测和防腐补口施工按正常地段进行。

防腐补口合格后，用挖掘机将沟箱吊出管沟，运至布好管的管口位置，继续进行管道组焊等作业。

4.2.9回填

管沟回填时，用翻斗车将细土从临时堆放场地运回，回填时由专人指挥。管沟回填过程中按要求进行分层压实，确保路基稳定。

4.2.10地貌恢复

管沟回填完成后用清扫车或人工对路面进行清扫，保持路面干净无杂物。并按设计和公路管理部门要求恢复地貌。

5 实施效果

泰国天然气管道沿3222省级公路边缘敷设工程采用沟箱法进行施工时，一辆皮卡车由于司机疲劳驾驶，冲破路障，车身擦过沟箱顶角，斜撞入管沟。由于使用了沟箱，使正在进行焊接作业的两名焊工得到了有效的保护，未受到任何伤害，有效避免了安全事故的发生。2006年5月泰国Wang Noi-Kaeng Khoi输气管道工程获得了美国BECHTEL监理公司颁发的“百万工时无事故”证书。

6 结束语

使用沟箱法进行沟下焊接施工，避免了常规方法隔离公路、占用路面时间长、对公路边居民生活影响严重的问题，减少了占地面积，保证了施工人员的人身安全，为以后类似施工提供了范例。同时沟箱法还可用于地基承载力差的水网地区管道沟下连头施工。

[1] 陈希哲.土力学地基基础[M].北京:清华大学出版社,2004.

[2] 魏明钟.钢结构[M].武汉：武汉理工大学出版社，2002.

Abstract:In the pipeline construction along high-grade highway roadside,the normal method adopted is to set up isolation barriers along the highway so that the constructors can work in the isolated area.By this construction method,the road has to be occupied for a long time and the dismantlement of the barriers is arduous,time-consuming and expensive work.In addition,it disturbs traffic and normal life of dwellers near the roadside.In Thailand Wang Noi-Kaeng Khoi Pipeline Project,Second Pipeline Construction Co.of CPP applied the trench box method in the pipeline construction for the first time,and finally completed the construction task of 11 km pipeline along Provincial Highway 3222 with cost-saving,high efficiency and zero hazard.It provided a good example for later pipeline construction along highway roadside at home and abroad.

Key words:long-distance pipeline;high-grade highway roadside;trench box method；construction process

（32）Application of Trench Box Method in Long-distance Pipeline Construction along High-grade Highway Roadside

WANG Yan（Second Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau,Xuzhou 221008，China），LI Song-bai，GAO Xing，et al.

TE973.91

B

1001－2206（2010）05－0032－03

王艳（1977-），女，满族，辽宁黑山人，工程师，2008年毕业于中国矿业大学，现从事油气管道施工技术管理工作。

2010-06-28