长输热网管线穿越复杂环境施工技术

许 松 吕忠涛 杨 奇 曹 铖 辛宏伟

中国建筑第四工程局有限公司 陕西 西安 710065

集中供热是改善城市环境、改善城市大气质量、提高城市现代化水平的重要措施，具有良好的社会效益、环境效益和经济效益，符合国家节能减排的政策要求，是国家产业政策重点支持发展的行业。供热管网按照敷设方式分为架空式和直埋式，施工过程经常遇到管网穿越高压线、地下管线、河流等情况，复杂环境下集中供热管网施工技术应运而生。

1 工程概况

凤翔县集中供热二期管网工程位于凤翔县境内，工程范围包括DN900、长约7 km的蒸汽管网，DN800、长约9.5 km的供回双向热水管网这2个部分。

管道敷设沿线共穿越高压线20余次，其中最高电压330 kV，最近距离3 m，高压线下管网施工工程量大，施工安全要求高；管道地埋敷设沿线共穿越石油管道3处、天然气管道4处、河流2处，施工设计方案的选择将直接关系到项目的安全生产情况。

2 工程重难点

长输热网管线沿线地下及地上障碍物多，地理落差170 m，施工操作空间不够，施工难度大，致使机械使用率低，人工作业部分增多，施工进度将受到制约，如何通过巧妙的施工方式解决上述问题，是本工程研究的重点[1-2]。

3 施工工艺流程

3.1高压线下管道吊装施工方法

3.1.1 基本原理

高压线为架空敷设，集中供热管网在高压线下穿越时，经常遇到施工操作空间不够的问题，后来通过巧妙的施工方式，满足高压线对安全距离的要求，既使管网施工正常进行，又使得高压线在集中供热管网施工过程中正常供电。

通过降低原地面标高，使施工作业空间既满足高压线的安全距离，又满足管沟开挖的施工空间。在进行管道吊装时，通过将管道在地面提前焊接接长，之后利用2台汽车吊在管道两端进行吊装的方式，合理避开高压线垂直、水平方向的安全距离。

3.1.2 架空管道高压线下吊装施工方法

此处以凤翔县集中供热二期管网工程蒸汽段柱号1 006～1 009区间330 kV高压线下管道吊装施工为例，介绍高压线下管道吊装施工方法。

1）柱号1 005～1 008上方存在330 kV的高压线，根据高压线安全距离要求，吊装需满足所有人员、材料、设备活动范围不能进入以高压线为圆心的7 m半径以内。

2）由于在高压线下的垂直安全距离无法满足汽车吊起吊垂直高度的要求，通过现场踏勘，计划将长12 m的蒸汽管道通过焊接接长为长48 m的管道，在高压线水平投影9 m范围外采用2台25 t汽车吊，在高压线9 m水平投影内利用1辆50装载机托住管道进行管道吊装，如图1、图2所示。

图1 柱号1 005～1 008区间管道吊装

图2 管道吊装时吊车吊点及装载机举托点位置

3）管道应力计算。σ＝M/W，τ＝F/A，其中σ为拉应力，M为弯矩、W为截面属性、τ为剪切应力、F为剪力、A为截面面积。

按照第四强度准则求得焊缝处截面应力，与焊缝强度做比较后确定是否满足强度要求。

因为τ＝12.125 MPa＜235 MPa×0.8＝188 MPa，所以管道焊缝满足要求。

3.1.3 地埋高压线下管沟吊装施工方法

此处以凤翔县集中供热二期管网工程热水段G1-59处高压线下管沟开挖为例，介绍高压线下管沟开挖施工方法。

1）考虑到在高压线下管线施工的所有设备、机械、人员、材料活动范围均满足高压线安全距离要求，主要采取以下2种施工措施：

① 垂直方向：保证所有机械设备、材料、人员在施工过程中不进入高压线垂直安全距离线以上。

② 水平方向：保证所有机械设备、材料、人员在以高压线为中心线，其两边宽度各10 m范围内满足高压线安全距离要求。

2）以高压线为中心线，其两边宽度各10 m范围内控制人员、机械设备、材料活动高度，主要包括：管沟开挖（需控制挖机工作高度，必要时降低原始地貌高程）、灰土垫层施工（需控制装载机、压路机工作高度）、混凝土垫层施工（需控制泵车、混凝土运输车工作高度）、管道吊装（需控制吊车吊装时管道的高度）、管沟回填土（需控制装载机、压路机的工作高度）。

3）管沟开挖区域与高压线平面交叉位置如图3所示。

图3 管沟开挖区域与高压线平面交叉位置

3.1.4 安全文明施工措施

1）按照电力部门下发的关于加强高压线巡视严防外力破坏的通知及注意事项，并告知项目所有施工及技术人员，做到对高压线下施工安全的全员管理。

2）涉及高压线下施工的必须由专职的安全员和技术人员实行安全值班制度，每个工点开工前，工区组织相关技术和安全人员对施工作业人员进行安全教育培训，提高现场施工人员高压线下作业的安全意识，并对现场施工员进行风险告知，保证施工安全。

3）施工现场在显眼处设立安全警示标识，标明高压线电压、安全操作距离，施工期间若发现异常或者检测出机械感应电集中现象，应立即停止作业，不得自行处理，必须立即向上级汇报，安排专业人员进行处理。

4）进入高压线下危险区域，必须戴好安全帽和绝缘手套、穿防护鞋才能进行施工。在高压线下立警戒杆，标杆顶以下为安全作业空间。在高压线下进行管道吊装时，必须有专人进行指挥，施工高度不得高于安全作业空间，防止施工机械触碰高压线。

5）吊装作业。起重设备操作人员、指挥人员及其他各种工作人员必须取得操作合格证，在吊装作业过程中，必须有专人进行指挥，施工高度不得逾越安全作业空间，防止施工机械触电危害人身安全，造成经济损失。

6）针对不同区段高压线离地距离，应采取相对应的安全防护措施，施工时通知电力部门派专人进行现场安全监管，起重设备操作人员、电工在施工期间必须配备绝缘手套、绝缘鞋，并按安全防护用品使用要求进行规范穿戴，严禁无防护措施进行施工。

7）阴雨及大风等恶劣天气条件下应停止在高压线下及附近施工，防止高压感应电伤人，禁止施工人员疲劳作业。电表及电敏感性仪器在高压线下施工时应远离高压线，若需要放置在高压线下时，必须加设防护罩，以免仪器损坏。

3.2穿越石油、天然气等地下管线施工措施

集中供热是城市的基础设施之一，供热管道建设与埋地管道有越来越多的交叉和冲突。如何防止地下管线受到损害，确保施工管道的安全性，并减少管道扰动，是本工程需要解决的一个难题。

1）施工顺序：开挖探沟→人工开挖沟槽→铺管→回填压实。

2）管线探明。在施工前协调地下管线相关管理部门来现场，根据相关部门人员现场指定位置，采用人工开挖探坑探明地下管线所在位置，开挖至自然地坪下800 mm后，应以每100 mm为一层逐步向下开挖，且不得使用羊镐等尖物刨挖，挖土铁锹与地表面夹角应尽量缩小，以免损伤地下已建输送管道，直至管线完全暴露后确定管线走向。

3）开挖沟槽。在明确地下管线走向后，天然气、石油管道等在管道线路中心线两侧各5 m地域范围内，禁止使用机械进行挖掘，全面采用人工开挖沟槽，且应控制开挖沟槽的坡度为1∶0.33，以防止塌方。管沟开挖至已建地下管线底部后，为避免土体位移造成塌方，可采用悬吊或下支撑的方式对管线进行固定保护，管线固定保护时需考虑永久性或临时性，同时需考虑拆除便捷性和安全性，如砖砌支墩为永久性，快拆钢管悬吊为临时性，需考虑悬吊部位不会受到土体的形变而造成管道位移的影响。

4）铺设管道。管沟开挖完成并经天然气、石油单位人员验收后，进行管道穿越。穿越时先单管下沟至管道一侧，在距两端管口2 m处各绑扎10 t吊带，然后由起重工指挥2台25 t吊车同时吊起管道向前缓慢送管，送管过程中管道应始终保持与天然气、石油管道距离2 m以上，直到单管中心穿越至输气、石油管道下，该过程注意不要与天然气、石油管道发生碰撞。穿管完成后，由人工对管道内部进行清理，然后由管口两端各向东西两侧焊接管道，逐渐远离输气、石油管道，焊口无损检测合格后应立即进行防腐补口。

5）土方回填。管道焊接完成后，及时回填已建天然气两侧管沟，以减少输气管道暴露的时间，在管道线路中心线两侧各5 m地域范围内回填，应人工分层夯实，保证管道附近土质的稳定性。天然气管道基础注意夯实，避免塌陷造成管道断裂。

3.3管道穿越河流的施工方法

在长输管道施工中，管网穿越河流地段一直都是施工难点，管道穿越一般小型河流通常采用的做法是围堰导流大开挖方式，将管道穿越处隔断，在河床外重新开挖导流渠，使河水暂时改道，从而完成河流穿越，科学合理的施工方案不仅能保证施工的可行性、安全性，而且决定了工程进展的速度、工作的效率及工程项目的经济效益。

3.3.1 施工导流设计

本工程河床宽约10 m，采用大直径导流管围堰设计，围堰前先在沟槽开挖两侧埋设DN800导流管，将截流后的上游河水引至下游。

3.3.2 施工方法

1）测量放线。根据开挖沟槽断面、长度尺寸，施工前，在岸边标明管沟中心线、管沟开挖边线、围堰边线等。

2）堆土围堰。根据开挖沟槽宽度、长度及放坡比例，将焊接好的DN800管道搁置在河道内导流，先采用袋装土围堰，然后装载机、长臂挖掘机相互配合，按作业带边线堆土，堰顶高出施工期最高水位1 m，且不超过河岸最低点，河流围堰完成后，边开挖边抽积水，将堰间积水排入下游，若河道水流较大，则采用多根管道导流或围堰开挖导流沟槽。

3）管沟开挖。管沟开挖应和穿越管道预制同步进行，开挖时河底淤泥较多，且管沟较深容易塌方，因此管沟采用分级开挖。在开挖的过程中，要不间断地抽水，使管沟内的渗水基本排出渠外，满足管沟的开挖需要。待管沟开挖完成后，立即用测量仪器对管沟的标高进行测量，确保管沟达到设计要求的标高。

4）吊装、布管、组对。管道吊装使用50 t吊车，下管时设专人指挥，用宽度不小于75 mm的尼龙吊带和钢丝绳吊钩配合使用，逐根下管，将管道放置在沟底沙袋上，管道对口处应垫置牢固，在焊接过程中不得产生错位和变形，管道焊口之间的距离应满足焊接操作的需要。

5）焊接。管道焊接先采用氩弧焊打底单面焊接，焊缝宽度为17～20 mm，焊缝厚度为1.5～2.5 mm，且超出坡口边缘2～3 mm，底部施焊完成后，清除熔渣、飞溅物，再进行填充层焊接，最后进行盖面层焊接，盖面层焊缝应表面完整，焊缝表面不得出现裂纹、气孔、夹渣、熔合性飞溅等。待无损探伤检验伤检测合格后，接头保温安装前要将钢管两端的浮锈、泥土、污物清理干净，将热熔套搭接两端用打包带扎紧，不得松动，当热熔套两端融化后的聚乙烯溢出，热熔套出现变形，直至热熔套与外管融为一体时，切断电源，然后热熔套两端用热收缩带加热收紧。

6）管沟回填、地貌恢复。沟槽经隐蔽工程验收合格后应及时进行回填，沟槽回填要逐层进行，中部为至管顶回填细砂夯实，上部为回填土，回填土中不准有冻块、混凝土块、树枝等杂物，管道回填时，要求两侧同时投填，以防止管道发生偏移，回填要求分层夯实，施工完成后，进行水工保护施工，恢复地貌，河流较大时建议采用导流渠。

4 结语

凤翔县集中供热二期管网工程地处黄土梁昴沟壑区，地质条件复杂，野外施工难度大。针对施工中存在的技术难题进行研究攻克，提出满足质量、安全、进度、成本等要求下最经济的施工方案，并在此基础上，总结上述研究成果及工程经验，可为类似工程提供借鉴。