天然气管道下穿高速公路施工控制技术研究

解腾飞（长沙市燃气实业有限公司,长沙　410008）

天然气管道下穿高速公路施工控制技术研究

解腾飞
（长沙市燃气实业有限公司,长沙410008）

某天然气管道径向垂直下穿高速公路，采用大直径钢筋混凝土管道顶管非开挖顶进，可减少对交通影响及路基的稳定性。从顶管下穿过程的受力分析验证顶管设计的正确性，并指出顶管施工的优点、施工控制技术及安全控制要点，为类似下穿高速公路的顶管施工工程提供了实践经验。

天然气管道; 下穿道路; 施工要点; 控制技术

1　　引言

某输气管线下穿某高速公路，与该高速公路垂直相交。该输气管道为内径为1.0m，管径426mm，壁厚10cm的Φ7冷轧带肋钢筋C40混凝土圆管，采取钢筋混凝土套管非开挖顶管掘进形式下穿，其中覆土厚度为4.2m，长度为52m。大直径管道下穿公路的研究主要集中于泥水平衡顶管法、大孔径管棚支护体系、顶管施工对高速公路交通影响评价及顶进施工关键技术研究等方面。下穿顶管根据材质有钢管及钢筋混凝土两类，天然气钢筋混凝土管道作为下穿管道，其受力敏感性较大，为保证顶管顺利下穿已经高速公路下沉量符合要求，需对此进行技术论证。

2　　顶管下穿受力计算

2.1 荷载计算

荷载分为恒载与活载，其中恒载为顶管上覆土垂直压力及管道自身压力，其计算式分别为：q1=Hγ1与q2=γ2t。式中：H为上履土厚；γ为土容重；t为管壁厚度。因此求得活载为97.5kN/m2与2.5kN/ m2。

为简化计算且不考虑动力效应，按照规范计算车辆后轮单边荷载横向宽度为3.76m，荷载纵向分别宽度为8.53m，车辆荷取为5.29kN/ m2。

2.2 弯矩计算及内力组合

上覆岩土的弯矩3.76kN.m，顶管自重的弯矩为0.42kN.m，活载弯矩为0.21kN.m。

根据《公路桥涵设计通用规范》进行内力组合计算。承载能力极限状态组合下为4.76kN.m，短期组合4.93kN.m，长期荷载组合下弯矩为4.63kN.m。

2.3 截面设计

钢筋采用Φ7冷轧带肋钢筋，间距为45mm，布置成双层钢筋Φ7@75.1mm。经验算可知其满足截面强度要求。采用有限差分法数值计算顶管施工后的竖向位移场如下图所示。由图可知顶管施工对路基的影响较小，满足路基稳定性要求。

3　　顶管施工的优点及控制要点

在预下穿时高速公路一定距离处深挖一工作坑（长4m宽3m、深为管底标高加0.6m），采用经纬仪测量穿越中心线及基地标高，将套管端部的刃脚部分顶入路基下方，在套管内人工开挖土的同时将套管顶入土内，直至达到设计位置。

3.1 顶管施工的优点

顶管施工是一种非开挖技术，对上覆岩土体及附属设施影响较少，且管道的使用年限大于开挖回填管道，因而在市政管道工程中应用普遍。顶管施工适用范围较为广泛，可下穿高速公路、河流、建筑物等，安全有效并且对环境影响极小。在下穿高速公路施工过程中不需交通管制且对公路结构影响不大。

3.2 顶管施工注意事项

（1）在施工前应掌握高速公路路基地质条件、地下管线及相应附属设施的分布，应避开地下建筑物，当上覆土层厚度不足时应采取注浆加固的方法保障路面稳定性。

（2）工作井及接收井的布置的原则为保证每次掘进的长度满足要求、尽量满足施工组织的要求、降低施工成本及工程实际情况。

（3）工作井的尺寸应根据工作需要拟定，并需加强其稳定性，在埋深不大时可采用放坡开挖式，在场地受限等情况下可采用钢筋混凝土桩或挡土墙。

（4）在顶管掘进的过程中应密切关注油泵压力表的变化，当出现尖点时应立即停止顶进及检查分析。

（5）顶管作业前应做预顶试验，主要检查项目为液压系统性能及传力设备的方位。机头钻入土中时极易产生偏差，每顶进30-50cm时应及时进行测量与纠偏，测量部位为管道前端位置。

（6）顶进一节管道后立即接上下一节管道并保证管道的平顺度及密封性，管内用钢胀圈将两节管接口支撑牢固保持刚性连接状态以保证顶进过程中高程和方向的准确性。

3.3 施工安全保障措施

（1）建立安全施工责任制及施工人员任职前接受岗前安全培训，坚持安全与质量两手抓的原则，且安全第一，任何其他因素均得为其绕路，确保平安工地的建设。

（2）各电动设备应专门设置放置区，并在醒目处放置警示牌。

（3）工作坑周围应设置围栏，并设置明显标志，严禁非工作人员进入施工场地。

4　　结论

本文以某天然气管道下穿高速公路工程项目为例，论证了大直径钢筋混凝土管道设计参数的可靠性及施工控制技术与安全控制要点。通过本文研究可知该输气管道满足设计规范要求，顶管下穿高速公路时顶进施工对路面交通不造成影响，且路基稳定性满足要求。

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解腾飞(1986-)，男，主要从事城镇天然气建设及管理工作。