新建市政道路跨越现状石油管道保护方案研究

刘光礼，张睿杰

（中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北 武汉）

引言

输油气管道是国家重点工程设施，是成品油市场主要供给线，对保证地区国民经济的健康、快速发展和社会稳定具有重要意义，做好输油气管道安全保护工作关乎国家能源安全；随着城市建设区域的不断外扩，以市政道路线性工程的特点极易与现状油气管道形成交叉影响，目前相关法律法规、地方政府、管理部门对油气管道的规划、建设、运行管理愈加严格，如对输油气管道进行改迁，改迁难度大、周期长、投资成本高，对与新建市政道路交叉的油气管道采取合理的保护措施是一种切实可行的解决办法，文章依托工程实例，对新建市政道路与现状石油管道交叉的保护方案进行研究探讨。

1 工程概况

某新建市政道路为20 m 宽城市支路，道路同步配套建设地下市政管线（雨水管、污水管、电力管、电信管、给水管、再生水管），道路桩号K6+664.277 位置与现状石油管道斜交，中心线交叉角度约20°，斜交影响长度约120 m,道路和石油管道整体均呈南北走向，目前石油管道已建设完成正常运行，为华南片区石油主供给线，石油管道沿地面入地埋设，输油管径400 mm，管顶覆土约1 m，顶面采用1 m 宽0.3 m 厚混凝土覆盖保护，沿线设置有警示桩及专职人员日常巡查；本次交叉区域道路设计为填方路基，现状地势整体呈锅底状，该区域需要填高4.93 m～10.50 m，按照常规路基填筑不满足《中华人民共和国石油天然气管道保护法》的相关规定，无法保证现状石油管道的日常运行及结构安全，结合片区规划发展计划，该条石油管道路径长，对区域发展影响重大，短期内无法进行改迁，为满足市政道路建设的工期要求，需采取永久性保护方案保证石油管道运行安全，同时兼顾道路主体及附属配套地下管线顺利实施。

2 方案研究

2.1 方案制定依据

（1） 依据《交通运输部 国家能源局 国家安全监管总局关于规范公路桥梁与石油天然气管道交叉工程管理的通知》（以下简称《通知》）的规定，新建或改建公路与既有油气管道交叉时，应选择在管道埋地敷设地段，采用涵洞方式跨越管道通过；受地理条件影响或客观条件限制时，可采用桥梁方式跨越管道通过。采用涵洞跨越既有管道时，交叉角度不应小于30°；采用桥梁跨越既有管道时，交叉角度不应小于15°[1]。

（2）《公路路线设计规范》12.5 条规定：各种管线跨越公路的设施不得侵入公路建筑限界，不得妨碍公路交通安全、损害公路设施，也不得对公路及其设施形成潜在威胁[2]。

（3） 依据《中华人民共和国石油天然气管道保护法》第30 条在管道线路中心两侧各5 m 地域范围内，禁止下列危害管道安全的行为：①取土、采石、用火、堆放重物、排放腐蚀性物质、使用机械工具进行挖掘施工；②建家畜棚圈、建房及其他建筑物、构筑物。第44 条后开工或者批准的建设工程，应当符合先开工、已建成或者先批准的建设工程的安全防护要求。

2.2 方案制定制约因素

根据《通知》规定油气管道与两侧桥墩（台）的水平净距不应小于5 m，同时应油气管道权属单位要求，桥下（涵洞）净空应不小于2.0 m，满足后期人员巡检通行需求；在工程实践中，填方路基位置处的油气管道最常见的保护方式就是盖板涵[3]，结合工程条件，采用盖板涵盖板上部覆土较厚，现状地形起伏较大，要同时满足净空要求和水平距离要求，对盖板涵的结构承载力要求较高，根据《通知》规定采用涵洞跨越既有管道时，交叉角度不应小于30°，本项目交叉角度为20°，交叉角度较小，理论上不满足采用涵洞跨越的角度条件要求，同时保护方案后期需经石油管道权属单位备案审查同意后实施，采用盖板涵方式实施可能性较低，针对本工程小角度交叉的情况，根据上述规定应采用桥梁跨越既有管道，此外本次市政道路同步建设地下管线，管道埋深最深为污水管，管径为DN600 mm，管道埋深约3.5 m，桥梁方案的制定要保证地下管线具备埋设条件，结合项目实际情况，拟定三种方案进行比选。

2.3 方案一:现浇预应力混凝土连续箱梁桥

管道影响范围为道路桩号K6+580～K6+720 段，桥梁方案采用(30 m+45 m+30 m)三跨预应力混凝土连续箱梁桥跨越管道，桥长沿道路走向布置，石油管道与桥墩的水平净距不小于5 m，桥梁全长105 m，桥宽20 m，上部结构采用三跨预应力混凝土现浇连续箱梁，下部结构桥台采用桩柱式埋置桥台，桥墩采用花瓶墩，基础采用桩基础，箱梁采用搭设满堂支架现浇施工，满堂支架局部位于管道正上方，采取管道临时保护措施；新建市政道路地下管线电力管、电信管、再生水管、给水管沿桥面人行道下方布设，根据片区竖向规划，交叉区域刚好位于道路变坡点一侧，根据排水坡向及位置桥梁段取消雨水管、污水管埋设，该方案投资估算约1 350 万元。

2.4 方案二:预制预应力混凝土连续箱梁桥

采用(4×25 m)四跨预制预应力混凝土连续箱梁桥跨越现状石油管道，桥长沿道路走向布置，石油管道与桥墩的水平净距不小于5 m，桥梁全长100 m，桥宽20 m，箱梁采用预制吊装方案，下部结构桥台采用桩柱式埋置桥台，基础采用桩基础，箱梁为统一标准长度桥墩位置相对方案一有变化，存在两个门墩位于规划道路红线范围外，需考虑额外征地，现场不用搭支架，需要额外设置预制梁场，现场具备吊装作业空间，但现状地势不平坦整体呈锅底状，对吊装作业技术要求高，新建道路地下管线埋设同方案一一致，该方案投资估算约1 200 万元。

2.5 方案三:斜交钢筋混凝土框架桥

采用1×12 m 跨径钢筋混凝土框架桥跨越管道，桥长方向沿现状管道走向布置，桥梁与道路斜交，桥长100 m，上部结构采用单跨12 m 框架桥，部分桥身超出道路红线范围，需协调用地问题，顶板采用搭设满堂支架现浇施工，满堂支架整体位于石油管道正上方，结构受力复杂，对基础稳定性要求高，需采取管道临时保护措施，下部结构采用承台和桩基础，在保证桥下通行净空要求的情况下，框架桥顶面按照填方路段进行覆土填筑，所有地下管线均按照常规路基反开挖形式埋设，桥梁两侧端头通过挡土墙支档结构与路基边坡衔接，桥梁侧墙通过钢筋混凝土搭板、放坡与路基部分衔接，该方案投资估算约1 000 万元。

2.6 方案比选

桥梁方案比选见表1。

表1 桥梁方案比选

综合上述分析，上述三种桥梁方案均可以满足管道水平安全保护距离和巡检净空要求，但针对新建市政道路地下管线的可实施性、完整性，方案三优于方案一、方案二，方案三框架桥顶部以路基形式填筑，覆土厚度满足地下管线的埋设条件，方案三整体兼顾性较好，且方案三投资费用低于方案一、方案二；唯一不足的是需要额外协调征地，考虑石油管道安全保护退距，协调难度较低，方案三经过多轮技术评审论证及石油管道权属单位的审查最终确定为推荐方案。

3 方案细化实施

3.1 方案细化设计

新建道路跨越现状石油管道保护方案最终确定采用框架桥跨越，在道路K6+660.156 设置1×12 m 钢筋混凝土框架桥，桥长100 m，桥梁结构设计基准期为100 年，桥梁结构设计使用年限为50 年，结构安全等级一级，结构重要性系数1.1，环境类别为I 类，抗震设防措施符合8 度要求。

上部结构采用等截面形式，顶板厚0.8 m，侧墙厚0.8 m，净跨径12 m，倒角为1.2 m×0.4 m，交叉区域现状地面最高点为桩号K6+711.261 位置，为满足桥下净空高度≥2 m,以该点标高作为参考确定顶板标高；下部结构采用承台+桩基础,承台高1.5 m，宽2.4 m，四节共长100 m，每节25 m，采用C35 混凝土浇筑，下设10 cm C20 素混凝土垫层。桩基础桩径为1 m，采用端承桩设计，桩长为13 m～22 m，实际桩长按照嵌入稳定岩层有效深度不小于1.5 m 进行调整，采用钻孔灌注桩施工C35 水下混凝土浇筑。框架桥桥型布置见图1。

图1 框架桥桥型布置（单位：m）

受地形限制，为避免侧墙高度过高影响结构稳定，桥顶标高按照1%坡度北高南低设计与道路坡向反坡，根据地形变化本次桥梁分为4 节实施，每节承台、侧墙高度根据现状地面标高确定，受限于道路征地范围的影响，本次桥长确定为100 m，由于管线与道路交叉角度较小，桥梁范围外区域形成道路与石油管道并行的情形，并行区域道路为填方路段，按照路基1:1.5 坡率分级放坡，坡脚线距离石油管道水平距离不满足5 m 要求，无法消除路基荷载对管道的影响，根据相关研究当地基基床系数和超载与管道的距离增大到一定值时，地面超载对其影响将减弱，需要考虑临近超载对管道的影响，合理制定埋地管道的保护措施[4]。

根据路基填土高度，通过设置挡土墙支护措施解决保护距离要求和超载影响，大桩号方向侧道路设计标高与地面高差约3 m,设置M7.5 浆砌片石路肩挡土墙收坡处理，小桩号方向侧道路设计标高与地面高差约12 m,如采用垂直支护措施，投资费用高，水平安全距离为7.0 m～21.4 m,水平空间较为富余，在满足石油管道安全保护距离要求的前提下，采用放坡+桩板挡土墙结构形式，桥梁侧墙无限制因素区域采用1:1.5 坡率放坡至自然地面。

在永久保护方案确定的情况下，结合施工工艺，在施工过程中对石油管道同步采取临时保护措施，对管道中线两侧各5 m 范围区域浇筑0.5 m C20 混凝土保护层硬化，混凝土保护层顶部满铺2 cm 厚钢板作为施工作业面，保证管道运行安全及顶板浇筑满堂支架基础具有足够承载力，同时在施工过程中由石油管道产权单位和道路施工单位各指派一名专职安全员对现场作业情况进行监督检查，对存在有损管道安全运行的施工行为进行纠正、制止。框架桥平面优化布置见图2。

图2 框架桥平面优化布置（单位：m）

3.2 结构承载力验算

为保证框架桥结构受力稳定性，本方案采用软件Midas civil 2019 进行建模验算，框架桥由4 个节段组成，以最不利的6.5 m 梁高节段进行验算。结合工程实际和《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTG 3362-2018）、《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2015）对混凝土、沥青混凝土容重、收缩徐变、荷载等参数进行取值。

按照《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004 第5.2.1～5.2.7 条验算正截面抗弯承载力，按照第5.2.7～5.2.8 条验算斜截面抗剪承载力，对裂缝宽度进行验算，最大裂缝宽度＜规范0.2 mm,同时对桩基进行验算，桩基入岩深度按照不小于1.5 m 计，经验算框架桥正截面抗弯承载力、斜截面抗剪承载力、裂缝宽度、桩基承载力均满足规范要求。

结束语

综上所述，本研究以新建市政道路与现状石油管道小角度交叉的工程情况作为切入点，分析了石油管道保护的硬性要求及现状限制因素，探讨了采用不同桥梁形式跨越石油管道的优缺点，最终确定采用1×12 m 框架桥方案跨越现状石油管道；对桥梁端头与道路路基的衔接进行了优化设计，保证了与石油管道交叉、并行工程方案的技术可行、衔接合理、安全可靠，方案同时兼顾道路及地下附属管线的实施要求；目前工程主体已全部建设完成，石油管道运行情况良好，无安全、质量事故的发生，路基、桥梁主体结构稳定，达到石油管道保护和市政道路建设的预期目标。对今后类似新建市政道路与现状石油管道小角度交叉保护方案设计具有借鉴意义。