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【摘 要】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。
【关键词】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定向钻穿越高速公路应依据的准则
查阅相关资料发现管线定向钻穿越高速公路没有指定相关规范参考。本文以《公路桥涵设计通用规范》、《公路安全保护条例》、《管线定向钻进技术规范》、《油气集输设计规范》等规范作为参考依据，来探讨能否安全穿越高速公路。
2.1《公路桥涵设计通用规范》的规定
根据中华人民共和国交通部发布《公路桥涵设计通用规范》JTGD60—2004中3.3.6条文中规定“严禁天然气输送管道、输油管道利用公路桥梁跨越河流。天然气输送管道离开特大桥、大、中桥的安全距离不应小于100m，离开小桥的安全距离不应小于50m”[1]。此设计中最近有一通道与穿越点相距81.5m，满足规范要求。
2.2《公路安全保护条例》的规定
根据国务院令发布《公路安全保护条例》中第十一条规定，在公路建筑控制区内，除公路保护需要外，禁止修建建筑物和地面构筑物。根据规定定向钻施工现场应在建筑控制区外，公路建筑控制区的范围从公路用地外缘起向外的距离标准不少于30m。而在给出的长晋高速穿越平面图中钻入点距用地界54m，钻出点距长晋高速公路用地界50m，满足条例中的要求。
2.3《管线定向钻进技术规范》的规定
根据《管线定向钻进技术规范》DG/TJ08-2075—2010中5.1.2穿越公路、铁路、河流敷设管线的最小覆土深度应符合相关行业标准的规定;当无标准规定时，管线敷设最小覆土深度应大于钻孔的最终回扩直径的6倍，并应符合表1的规定。
依据规定回扩直径不得超过穿越管径的1.5～2.0倍，以最不安全为准，最终回扩直径不大于D486，根据规范规定管线敷设最小覆土深度应大于6倍的钻孔最终回扩直径，即最小覆土深度为3.0m（D486×6），同时符合表1中路面垂直净距2.5m，路基坡脚地面以下1.5m。要满足上述两者中的最不利厚度，取上述最不利厚度3.0m。根据施工单位提供长晋高速公路纵断面施工图中穿越管段路面至管顶最小深度为10m，满足最不利覆土深度3.0m的要求，管顶距离长晋高速路边沟最小深度为6m，满足最不利覆土深度3.0m的要求。
2.4《油气集输设计规范》的规定
工程项目穿越管道拟选用6.3mm壁厚管道，穿越主管采用管径为323.9mm，材质为L360NB直缝埋弧焊钢管。主要计算该工程拟使用的管道壁厚是否满足《油气集输设计规范》（GB50350—2005）8.1.4相关规定要求，其形成弯管后能否保障管道日常安全生产需求。
3顶管下穿受力计算
3.1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。
3.2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。
3.3 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Φ[email protected]。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。
4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。
4.1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。
4.2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。
參考文献：
[1]崔鹏宇.试论铁路隧道下穿天然气管道安全施工技术[J].中国新技术新产品，2012（06）：89-89.
[2]何刚.暗挖隧道下穿超高压天然气管道施工控制实例[J].城市建设理论研究，电子版，2011（33）.
[3]陈思胜.解析采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术[J].中华民居旬刊，2013（09）.
（作者单位：中油辽河工程有限公司）
【关键词】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定向钻穿越高速公路应依据的准则
查阅相关资料发现管线定向钻穿越高速公路没有指定相关规范参考。本文以《公路桥涵设计通用规范》、《公路安全保护条例》、《管线定向钻进技术规范》、《油气集输设计规范》等规范作为参考依据，来探讨能否安全穿越高速公路。
2.1《公路桥涵设计通用规范》的规定
根据中华人民共和国交通部发布《公路桥涵设计通用规范》JTGD60—2004中3.3.6条文中规定“严禁天然气输送管道、输油管道利用公路桥梁跨越河流。天然气输送管道离开特大桥、大、中桥的安全距离不应小于100m，离开小桥的安全距离不应小于50m”[1]。此设计中最近有一通道与穿越点相距81.5m，满足规范要求。
2.2《公路安全保护条例》的规定
根据国务院令发布《公路安全保护条例》中第十一条规定，在公路建筑控制区内，除公路保护需要外，禁止修建建筑物和地面构筑物。根据规定定向钻施工现场应在建筑控制区外，公路建筑控制区的范围从公路用地外缘起向外的距离标准不少于30m。而在给出的长晋高速穿越平面图中钻入点距用地界54m，钻出点距长晋高速公路用地界50m，满足条例中的要求。
2.3《管线定向钻进技术规范》的规定
根据《管线定向钻进技术规范》DG/TJ08-2075—2010中5.1.2穿越公路、铁路、河流敷设管线的最小覆土深度应符合相关行业标准的规定;当无标准规定时，管线敷设最小覆土深度应大于钻孔的最终回扩直径的6倍，并应符合表1的规定。
依据规定回扩直径不得超过穿越管径的1.5～2.0倍，以最不安全为准，最终回扩直径不大于D486，根据规范规定管线敷设最小覆土深度应大于6倍的钻孔最终回扩直径，即最小覆土深度为3.0m（D486×6），同时符合表1中路面垂直净距2.5m，路基坡脚地面以下1.5m。要满足上述两者中的最不利厚度，取上述最不利厚度3.0m。根据施工单位提供长晋高速公路纵断面施工图中穿越管段路面至管顶最小深度为10m，满足最不利覆土深度3.0m的要求，管顶距离长晋高速路边沟最小深度为6m，满足最不利覆土深度3.0m的要求。
2.4《油气集输设计规范》的规定
工程项目穿越管道拟选用6.3mm壁厚管道，穿越主管采用管径为323.9mm，材质为L360NB直缝埋弧焊钢管。主要计算该工程拟使用的管道壁厚是否满足《油气集输设计规范》（GB50350—2005）8.1.4相关规定要求，其形成弯管后能否保障管道日常安全生产需求。
3顶管下穿受力计算
3.1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。
3.2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。
3.3 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Φ[email protected]。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。
4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。
4.1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。
4.2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。
參考文献：
[1]崔鹏宇.试论铁路隧道下穿天然气管道安全施工技术[J].中国新技术新产品，2012（06）：89-89.
[2]何刚.暗挖隧道下穿超高压天然气管道施工控制实例[J].城市建设理论研究，电子版，2011（33）.
[3]陈思胜.解析采用大孔径管棚支护下穿高速公路施工技术[J].中华民居旬刊，2013（09）.
（作者单位：中油辽河工程有限公司）