燃气管道跨越河道施工方法的比选及应用

宝鸡中燃城市燃气发展有限公司 贾 雷

随着天然气的使用日益普及，穿、跨越河道敷设燃气管道已成为城市天然气管道施工中无法避免的难题。通常，燃气管道通过河道按照敷设方式分为：河底穿越敷设和架空跨越敷设。河底穿越敷设管道对施工的技术要求高、施工的难度大，且对河道地层扰动较大；相比之下，架空跨越河道敷设管道因其具有不需要开挖河床、不受水流影响、不改变河道地貌、施工难度小等优点已作为首选方式。

常见的架空跨越河道敷设燃气管道方法有：随桥架设法和管桥架设法。

1 燃气管道跨越河流的常见施工方法

1.1 随桥架设法

1.2 管桥跨越法

管桥跨越法也叫桁架法，是依附桁架、托架等支撑结构跨越河道的敷设方式[3]。上部结构通常采用正三角形或者梯形的空间钢结构，管道敷设在桁架上弦或者下弦平面之上；下部结构一般为钢筋混凝土桥墩及基础。以这种方式跨越河道敷设燃气管道的特点是稳定性突出。

1.3 两种施工方法特点

两种架空跨越河道敷设燃气管道的施工方法，有着各自的优缺点和适用条件，如表1所示。实际工程案例中应结合工程特点灵活选用，既要保证施工简便、经济合理，又要确保后期燃气管道的安全运行，不影响周边环境，以达到工程建设安全、经济和高效的效果。

表1 跨越河道敷设燃气管道方式比较

2 跨越河道的燃气管道应遵循的技术原则

随桥敷设的燃气管道设计压力≤0.4 MPa，管桥跨越的燃气管道设计压力≤4.0 MPa[4]。管材均应采用钢管，并根据输送介质、设计压力、设计温度、设计使用寿命以及环境条件等因素确定[5]。最大允许跨距应同时满足管道的强度和刚度的要求。

根据减震和补偿需要，燃气管道跨越河道工程设计时管道伸长量应按式(1)计算[4]：

式中：ΔL——管道的伸长量，mm；

L——计算管道长度，m；

α——管道线膨胀系数，mm/m·K；

Δt——温差，即管道运行时可能达到的极限温度与管道安装时的环境温度之差，架空管道的温差一般取70 K。

地下水主要有两种类型：一是填土层空隙潜水，另一类为基岩裂隙水，主要赋存于强、中等风化带及断裂构造裂隙中，具有承压性。

随桥架设施工前应征得桥梁管理部门和交通管理部门同意后，方可施工，并制定交通导行方案、专项施工方案；管桥跨越通航河流时，管道管底标高应符合通航净空要求，桥墩的设置不得影响通航和泄洪的要求。

3 随桥架设法应用实例

3.1 中压天然气管道跨越福谭大桥工程概况

本工程位于宝鸡市市区西端，通过跨越渭河敷设中压燃气管道，将渭河南北燃气管网组成环网，从而解决宝鸡市市区末端供气不足的问题。本工程征得渭河管理及桥梁管理等部门审批同意，具体管位架设于大桥东侧桥梁上。该天然气管道设计压力为0.4 MPa，管材为D219 mm×7 mm螺旋缝焊接钢管，跨越桥梁长度为1 042 m。按式(1)计算出福谭大桥燃气管道的伸长量为677 mm。选用外压式轴向波纹补偿器，单个的吸收量为90～100 mm，福谭大桥共有8处80 mm的伸缩缝，因此，共需9个波纹补偿器均匀安装于管道上。

3.2 重点及难点工序

(1) 支架设置。支架的安装位置经与河道管理部门、桥梁管理部门及设计单位共同协商确定，以保证桥梁结构稳定、桥梁和管道的安全运行、不影响泄洪为标准。

福谭大桥整体结构有32个桥墩，2个桥台，8处80 mm的伸缩缝。为了进行减震补偿，防止管道变形，9个波纹补偿器在管道的轴向位置进行安装，且在距离伸缩缝5 m处。在两个补偿器之间的桥墩墩帽处设置了管道的固定支架，分别安装在3#、6#、8#、11#、14#、18#、20#、30#桥墩处和毛石护坡处，共计9处。行业标准CJJ 94－2009《城镇燃气室内工程施工与质量验收规范》规定：D219 mm×7 mm螺旋缝焊接钢管最大跨距为12 m。为了保证管道的安全运行，本工程确定间隔6 m安装一个活动支架，共安装活动支架165个。由于相连两个桥墩中心间距为30 m，除墩帽处设置固定支架外，中间间隔3 m须设置吊架(两个桥墩之间设置9个吊架)，支架与吊架配套使用，吊架和固定支架安装见图1、图2。

图1 吊架安装示意

图2 固定支架安装示意

(2) 管道焊接及安装。D219 mm×7 mm的螺旋缝焊接钢管每根长度为12 m，质量约为439.20 kg。为减少高空作业的固定焊口数，确定先在地面每 3根管道进行组焊，再将分段管道全部吊装并固定在支架上后，进行固定焊口对焊。该工程共有活动焊口61道、有固定焊口28道。

管道焊接采用手工电弧焊根焊、半自动焊填充和盖面焊的方法，焊接方式为向下焊。所有焊缝须做100%无损探伤检测。管道焊接后应进行喷砂除锈，并进行刷漆。刷漆要求：先刷两道防锈底漆，再刷两道黄色耐高温、耐紫外线面漆。待自然干燥及支架安装完成后进行吊装，吊装采用2台性能相似的吊车同时进行，起吊时辅有挖机配合。固定焊口涉及到高空作业，为保证作业人员的安全和焊口的轴向在同一中心线上，施工时采用了可移动式操作平台，并有吊车和手动倒链配合进行，从而确保安全、高效地完成了固定焊口的焊接，保证零事故、高标准地完成整个管道的安装。

3.3 实施效果

该工程施工区域位于渭河宝鸡段的上游，所在的河道较宽，涨水期水流湍急，且渭河南侧河堤与G30连霍高速(宝天段)平行接壤，管道须同时跨越渭河和高速公路，跨越长度较长。在征得渭河管理部门、桥梁管理部门审批同意后利用福谭大桥随桥架设方式敷设燃气管道，合理利用了现有的桥梁结构作为管道固定和安装的基础、且施工工艺相对简单、成熟。整个工期历时45 d，从施工时间和工程成本而言，都是较为经济合理的方案。

4 管桥跨越法应用实例

4.1 双中压天然气管道跨越工程

本工程位于宝鸡市眉县区域内，为解决县区内用户供气问题需要跨越霸王河敷设双管中压燃气管道。管位位于霸王河汇入渭口上游1 500 m处，起点位于霸王河左岸石头河东干渠退水渠下游200 m处堤防背水侧，终点位于霸王河右岸红河谷快速干线路肩。管道跨越河道段长度为90 m，设计压力为0.4 MPa，采用材质为L360M的D325 mm×8 mm螺旋缝埋弧焊钢管。

4.2 重点及难点工序

(1) 桩墩施工。根据施工现场河道宽度，本工程跨越宽度为90 m，共设置5个桩墩，桩墩为T型桩，桩基础采用机械成孔灌注桩。桩基础采用C30水泥混凝土现浇，桩墩直径为1.0 m，高度为5.0 m，可根据基础持力层情况调整桩长，桩墩下设墩台基础埋深1.5 m。为保证桩的垂直度，须及时校核桩中心位置及垂直度。为保持灌注桩桩底密实度，成桩时采用后压浆法。桩芯混凝土浇灌过程中，应注意防止地下水或地表水进入，不能有超过20 mm的积水层，否则应设法把混凝土表面的积水吸干，才能浇灌新的混凝土。支墩混凝土强度达到设计强度的75%后，方可进行钢管桁架的安装。

(2) 桁架结构制作及安装。桁架采用钢管制成梯形结构，材质为Q235B，上弦杆选用φ168 mm×6 mm钢管，下弦杆采用φ102 mm×5 mm钢管，腹杆选用φ68 mm×4 mm钢管。桁架高度为1.0 m，上下弦面宽度为1.0 m，并设置1.5 m高的不锈钢栏杆。桁架制作应保证三维控制(中心线、水平线、垂直线)平行，各支撑点焊接必须保证全熔透相贯焊接[6]。钢构件表面除锈后用两道红丹漆打底，再涂刷两遍黄漆。桁架结构最下缘净空高度应符合GB 50139－2014《内河通航标准》的规定：在不通航的河流上跨越时，桁架结构最下缘应比设计水位高出3 m。

(3) 管道的安装。为了使桁架更好地起到承重作用和降低管道安装难度，确定管道安装在桁架的上弦平面上，采用管卡固定。管道安装时，管道外应先包裹一层橡胶绝缘套管，防止铁质吊装设施直接与管道接触而磨损管道。管道安装应在墩柱完全达到设计强度及桁架结构安装完成并进行预压合格后进行。安装管道时，在桁架上每隔9 m设置一个支撑点，在每个支撑位置设置一个固定支架以固定管道。管道每2根进行对接焊，并进行无损探伤检测焊口质量，合格后对管道刷漆进行外防腐。防腐层自然干燥后进行管道吊装，最后进行固定焊口连接，完成管道的贯通。

4.3 实施效果

眉县霸王河属于中小型河流，管道跨越处河道较窄，河道常年基本无水流，地层稳定性良好，对河两侧和支墩的冲刷、侵蚀程度较小。桁架结构的刚度、稳定性好，增加了施工的安全性和便捷性，避免了开挖方式敷设燃气管道的土方量大和降排水难等问题，且对管道后期运行与检修提供了便利。但因涉及桩基施工，需要对桩墩进行养护，故工期较长，工程共历时60 d，其中桩基础、桥墩的施工及养护就耗时40 d，桁架预制及安装用时12 d，管道安装及吹扫、压力试验用时8 d。

5 结语

架空跨越河道敷设燃气管道时，首先，应确保管道与固定管道的桥梁、管桥的安全性，并对桥梁的交通运行、河道的通航与排流等产生的影响和安全隐患进行充分评估；然后，根据随桥敷设和管桥架设的优缺点和适宜的工程条件，选择安全、经济、合理的最佳方法；最后，在施工中应严格按照规范规程的要求，落实工程建设的合规性和可行性。尤其在工程施工中需要注重细节，严格计算管道的跨距、设置管道的补偿和减震、做好管道的防腐保护和安全防护措施等。