地铁施工中高压燃气管道改迁工程分析

王飞龙，杨笑琴，黎瀚阳 （中国市政工程华北设计研究总院有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概况

合肥地铁八号线南起珠江路站，沿徽州大道-阜阳路-清河路-蒙城路-兴隆路-阜阳北路-汤都路-凤麟路-五湖大道敷设，止于北城车辆段站。合肥轨道交通八号线是连接北城新区和庐阳区南北方向的快线，时速达100km/h，也是北城等外围组团与中心城之间联系的迫切需要。地铁的建设将形成城市南北向快速走廊，可以节省市民出行时间，极大提升出行效率。

合肥市地铁八号线工程的建设与合肥绕城高压燃气管道在凤麟路上的管位相冲突，需要对高压燃气管道进行改迁。合肥绕城高压燃气管道在长丰县敷设起点位于罗集门站，终点位于合水路调压站，燃气管道管线主要沿着凤麟路进行敷设。改迁管线起点位于合肥市长丰县北城凤麟路与五湖大道交口，管线沿着五湖大道道路中心绿化带向东敷设约270m，然后管线沿着罗集路西侧转向南敷设，敷设至问礼路交口处，管线再沿着问礼路北侧转向西敷设至凤麟路与原管道对接。改线管线管径DN700，压力4.0MPa，长度约1.77km。改线段的高压燃气管道在五湖大道上与地铁八号线存在交叉，因此需对交叉位置进行方案设计及安全防护。

2 方案设计

2.1 地铁与高压燃气管道交叉净距

《地铁设计规范》（GB 50157-2013）及相关行业规范并未提到地铁与高压燃气管道交叉净距要求。

《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）规定了压力不大于1.6MPa 的室外燃气管道与铁路（轨底）、有轨电车（轨底）垂直净距，具体如表1 所示，同时要求高压A 与铁路（轨底）、有轨电车（轨底）垂直净距不应小于表1的规定。

表1 地下燃气管道与构筑物或相邻管道之间垂直净距（单位：m）

地铁八号线采用盾构法施工，盾构法施工区间隧道覆土不宜小于隧道外轮廓直径等相关要求，因规范并未明确燃气管道是否能从地铁上方穿越，本项目采用安全措施并经过各部门同意之后，从地铁上方穿越。

2.2 高压燃气管道埋深

燃气管道采用直埋敷设，管道必须埋设在土壤冰冻线以下。地下燃气管道埋设的最小覆土厚度（管顶至路面）按《城镇燃气设计规范（2020 版）》（GB 50028-2006）有关要求执行。

埋设在机动车道下时，不得小于0.9m；埋设在非机动车车道（含人行道）下时，不得小于0.6m；埋设在水田下时，不得小于0.8m。

一般线路段管道以沟埋方式敷设为主，考虑到项目的实际情况，管顶覆土为1.2～1.5m，石方地段沟底应比土壤区管沟深挖0.3m，并用细土或砂浆深挖部分垫平后方可下管。同时管沟回填应先用细土回填至管顶以上0.3m，才允许用土、砾或粒径小于250mm 的碎石回填并压实。

2.3 改迁方案

地铁八号线进出站用地红线宽度约6.2m，与高压燃气管道交叉位置用地红线宽度约10.0m、12.0m，地铁顶部距离路面净距约7.8m。改迁高压燃气管道在交叉处埋深为3.7m、1.5m，因此改迁后的高压燃气管道距离地铁八号线交叉净距为3.4m、5.6m。为防止地铁盾构法施工造成土壤局部塌陷，从而影响高压燃气管道的安全，因此在高压燃气管道下方设置整块的钢筋混凝土板，钢筋混凝土板长度分别为20.0m、22.0m，厚度为0.2m。

图1 改迁后的高压燃气管道与地铁八号线交叉位置平面图

图2 改迁后的高压燃气管道与地铁八号线交叉位置断面图

2.4 管材及壁厚选取

2.4.1 管型选取

针对目前钢管市场材料价格行情，本项目直埋段采用L485M PSL2直缝双面埋弧焊接钢管，冷弯弯管与穿越段采用L485M PSL2 直缝双面埋弧焊钢管，热煨弯管采用L485N PSL2 直缝双面埋弧焊钢管。钢管的制造及验收均应符合《石油天然气工业管线输送系统用钢管》（GB/T 9711-2017）要求。

2.4.2 壁厚选取

根据《城镇燃气设计规范》（GB 50028-2006）规定，直管段钢管壁厚按计算方式为：

式中，δ为钢管计算壁厚，mm；P为设计内压力，MPa；D为钢管外径，mm；σs为钢管的规定屈服强度最小值，MPa；ϕ为钢管焊缝系数，选取1；F为设计系数，四级地区等级为0.3。

根据式（1），计算直管段壁厚如表2所示。

表2 直管段壁厚计算表

考虑工厂加工偏差、管道腐蚀余量等原因，本次改迁高压燃气管道选用D711×12.7mm、L485M PSL2 直缝双面埋弧焊接钢管。

3 杂散电流的危害及防护

3.1 杂散电流的危害

地铁在试运行及运行过程中会产生直流杂散电流、交流杂散电流，杂散电流会对本项目交叉段管道发生电化学腐蚀，它不仅能缩短燃气管道使用寿命，同时也造成了安全隐患。杂散电流会腐蚀埋地高压燃气管道，具有腐蚀强度大、危害性强的特点。当埋地管道周边没有杂散电流时，只有土壤腐蚀，金属表面会形成一种微电池，阳极上发生氧化反应，使阳极发生溶解，阴极上发生还原反应，一般只起传递电子的作用，腐蚀电流只有几十微安。而杂散电流干扰腐蚀为电解电池原理，电位在几伏至上百伏之间，1A 电流通过钢管表面一年可溶解约10kg 的钢铁，由此可见杂散电流腐蚀对管道影响较大。

3.2 杂散电流的防护

本项目在管道下方设置绝缘隔板，绝缘隔板敷设在钢筋混凝土板上方，宽度为1.5m。本项目在管道施工时，高压燃气管道与地铁周边设置三个测试桩，分别位于地铁两侧及中间。由于本项目设置强制电流进行管道的保护，因此不再设置临时阴保。等到地铁试运行时，燃气公司对这三处测试桩进行测试，测试结果如果不满足《钢质管道外腐蚀控制规范》（GB/T 21447-2018）要求的保护电位在-0.85～-1.20V 之间时，应单独对地铁交叉处进行排流保护。

图3 通电点电位测试桩接线示意图

3.3 排流防护措施

3.3.1 固态去耦合器

图4 杂散电流干扰防护安装示意图

固态去耦合器工作原理是采用整流装置对交直流干扰，进行电流泄放和电压限制，采用压敏电阻型电涌保护器的快速响应特性和火花间隙型电涌保护器的大电流耐受特性及低残压特性，对直击雷和感应雷进行排流和电压限制，各器件之间采用特殊的智能能量配合方式，保证交直流干扰和直击雷、感应雷干扰之间的智能切换、有效动作和能量配合。固态去耦合器通过电缆一端与管道连接，另一端与接地体连接。为了方便阴极保护参数的测量，固态去耦合器需要配具有测试功能的支架。将接地体连接电缆和管道线缆，通过支架内置的接线板与固态去耦合器连接。

3.3.2 排流连接线缆

在管道施工时，在排流设施中采用YJV1×25 型连接电缆，为保证焊接的可靠性，防止焊接造成应力集中，对管道金属本体产生不利影响。排流电缆与管道连接点处推荐采用铝热焊方式，焊接位置不应在弯头上或管道焊缝两侧200 mm 范围内。采用铝热焊时焊接用的铝热焊剂用量不应超过15g。

3.3.3 排流接地体

排流接地体的设置原则是使其接地电阻小于管道接地电阻，为杂散电流提供一个低电阻通道，将杂散电流通过接地体排出流入大地。排流接地体距离管道应保持一定的距离，以防止排流电流从附近重新流回管道。

4 安全防护措施

4.1 设计方面

管道焊接完成后，强度试验及严密性试验之前，必须对所有焊缝进行外观检查和对焊缝内部质量进行检验，外观检查应在内部质量检验前进行。焊缝的外观质量不得低于《现场设备、工业管道焊接工程施工规范》（GB 50236-2011）规定的Ⅱ级质量要求。焊缝内部质量检验采用100%超声波探伤和100%X射线照相检查。

管道上方0.5m 埋设警示带（板），加大标志桩密度，地铁两侧设置加密桩，同时单独设置告知牌，且满足通视性要求。在与地铁交叉段增设视频监控措施，并将信号传输至邻近的站场。

4.2 施工方面

施工时严格控制管道与特定场所、易燃易爆场所的间距，不得随意更改路由，加强对防腐、补口质量的监督、检验。

编制详细的试压施工方案，严格控制试压头质量，试压头应在安装前进行强度试压，强度试验压力为设计压力的1.5 倍。试压头重复使用的次数不宜超过3 次，重复使用超过3 次时，应对所有焊缝进行无损检测，达到Ⅱ级合格后方可再次使用。

试压设备和试压管线50m 范围内在升压过程中为试压禁区，严禁非试压人员进入，严密性试验时可巡检，试压禁区要设专人把守。试压程序应严格按照“分阶段、缓升缓降”进行，施工期间不得采用爆破方式。

4.3 运营方面

运营期间加大巡线力度，采用在线视频监控措施，实现高后果区全线监控。运营期间制定应急预案。运营单位应与管道沿线乡镇政府、村居委会共同对当地居民做好安全疏散培训，事故状态下向远离管道方向撤离。

5 前瞻性

在管道与地铁交叉段设置视频监控，根据监控区域辨识结果并结合现场勘查，在现场安装多个摄像头，对管道与地铁交叉段区域进行24h 不间断视频监控。新增加的视频监控与数字化管道系统进行融合，利用4G+云储存的方式实现视频录像存储和远程实时查询、回放等功能，定制摄像头旋显示控制功能、数据调取功能，研究图像识别技术，实现危险源自动识别预警功能，确保集成后的系统最大化地提高管理水平。

地铁周边设置的三个测试桩采用智能测试桩，配套Cello CP 远程监控。全国性覆盖范围的GSM 或GPRS 网络，可用于记录站点传送到控制中心的电脑里的数据和报警信息。外表坚固、防水密封等级高，内置可更换锂电池，典型使用模式下电池寿命为五年。可以设置每个通道的高、低报警，当杂散电流干扰防护不能满足要求时，智能测试桩可以传来报警信息到控制电脑里。

6 结语

地铁的建设推动了城市化发展，建设的过程中会与城市高压燃气管道交叉，地铁与高压燃气管道的安全间距以及防护措施尚在初步研究中，为消除交叉时发生的安全隐患，燃气公司、地铁公司以及相关部门应相互配合和深入研究，并组织召开专家会议，确认安全间距及防护措施，将危险性降到最小，既推进地铁建设的速度，也保证高压燃气管道的安全。