跨石油、天然气管线高速公路施工技术研究

宗敏、刘丙强、张伟

（中交一公局集团有限公司，北京100024）

0 引言

随着我国基础设施建设的高速发展，公路建设覆盖面积大幅度增加，在石油、天然气管道设施附近进行施工的情况越来越多。高速公路与石油、天然气管线交叉相遇时，受限于石油、天然气管道本身的重要性质及相应产权单位或管理单位相关管理要求，往往存在路基施工安全风险高、施工协调难度大等问题。

1 国内外研究现状及发展趋势

传统高速公路路基施工采用的爆破开挖往往会对周边的管道产生不同程度的振动影响，一般的机械破碎开挖影响小但工效低，对于大管径石油、天然气管道而言，管道安全保护尤为重要，为了减小路基施工对管道产生的干扰，同时提高施工效率、推进路基施工进度，国内外许多技术研究人员开展了跨石油和天然气管线路基静态爆破技术[1-2]、邻近管线爆破参数控制[3]、路基石方静态劈裂技术等研究工作；也有研究人员从埋地石油和天然气管线受施工影响的监测方案、管道响应特征、振动安全试验等方面入手，探索路基施工干扰下的安全警戒值，认为一般在管道处地面振速不超过2～3cm/s 的情况下，可有效保证管道安全。

为了保护石油、天然气管道，保障石油、天然气输送安全，维护国家能源安全和公共安全，我国出台了《中华人民共和国石油天然气管道保护法》，以法律的形式对管道运行中的保护、管道建设工程与其他建设工程相遇关系的处理等内容作了详细的要求。高速公路路基与埋地石油、天然气管道交叉或邻近时，管道附近一定范围内一般不允许炸药爆破施工。现有膨胀破碎剂、岩石劈裂机等静态爆破技术能在不使用炸药的情况下破碎岩石，具有振动冲击小、无噪声、无粉尘的特点，但施工效率不如炸药爆破，且对埋地管线有挤压风险，施工成本也偏大。受限于石油、天然气管道本身的重要性质及相应产权单位或管理单位依据管道保护法所制定的相关管理办法，对于施工单位而言，解决管道干扰问题的路基施工技术途径较少，即使目前各项路基静态爆破技术或传统机械开挖方法应用成熟，但在众多实际工程案例中，因施工原因造成既有管道损坏、泄漏事件仍时有发生，如何从管道保护、施工方法选择、施工风险管理等方面构建起跨石油、天然气管线路基施工技术综合管理体系，已成为近几年相关研究人员探索和行业发展的主要方向之一。江津至泸州北线（重庆段）高速公路项目通过跨管线路基施工技术应用与管理研究，达到施工与管线互不干扰的效果。

2 工程概况

江津至泸州北线高速公路（重庆段）TJ-4 标主线路基全长7.9km，采用设计速度120km/h、路基宽度34.5m、双向六车道高速公路标准建设。项目沿线与两条大管径石油天然气管线交叉相遇。项目主线K35+615 处与国家管网西南成品油管道交叉，该石油管管径40cm，与线路交角60°，埋深1～1.5m；主线K36+439 处与国家管网中贵天然气管道交叉，交角77°，管径1016mm，埋深约2～4m，管内压力10MPa。

3 跨管线施工临时保护措施

为了确保管道不受线路施工干扰，公路建设过程中需对管道采取临时保护措施，结合管道保护相关法律和产权单位要求，项目制定了两种临时保护措施：一是在桥梁下沿管道埋设方向修建钢筋混凝土盖板保护涵以保证高速公路建设过程中的管道安全；二是修建临时钢便桥跨过管道，作为施工期间跨管线通行的临时保护措施，见图1。

图1 燃气管道保护措施平面示意图

3.1 管道位置勘探及标识

根据设计文件及管道管理单位提供的管道资料，在产权单位指导下，采用人工开挖的方式探明施工影响范围内管道及其配套光纤的位置、埋深、走向等参数，利用彩旗和装配式护栏将该区域作标识和临时隔离防护，防止施工车辆误穿管道、无关人员进入施工区域，见图2。

图2 管道位置现场勘探及标识图

3.2 钢便桥

采用单跨简支工字钢梁便桥作为施工通道临时跨过管线，设计临时通行车辆或机械设备一般单体总荷载不超过80t，每日通行不超过100 车次。钢便桥总长10m、总宽8m，跨径9m、净宽6m、净高0.5m；纵梁为40#a 工字钢，间距40cm；分配梁采用10#工字钢，间距26.5cm；桥面采用10mm 厚钢板铺装；桥台采用C30混凝土浇筑；桥面布设防护栏杆、防撞设施、警示标识牌等，见图3。

图3 钢便桥设计图

3.3 盖板涵

涵洞结构形式及材料：条形基础+盖板，基础为C25 钢筋混凝土，盖板采用C35 钢筋混凝土，沉降缝采用沥青麻絮填充。盖板涵专为桥下气管防护设计，未设涵台，总宽7.6m，长约47m。基础埋深0.6m，盖板跨径5.6m，左右各搭接0.5m 置于基础上，盖板厚42～56cm。

4 减少近管线施工干扰的主要技术途径

4.1 跨管线桥梁施工

项目生基湾中桥1#、2#墩间存在燃气管线，桩基为摩擦桩基础，为降低施工对燃气管线的干扰，采取1台旋转钻机进行桩基施工，长钢护筒的布置原则上是在距离天然气管道底部50cm 以内。如果已经达到了地层交界处，钢护套的长度应与地层接触面相接。桥梁墩柱则采用特制的圆筒钢模立模，柱子钢模直接受力于系梁，盖梁为穿心棒法施工，上部为简支梁，不影响管线基础。

跨管线桥梁施工前，必须对图纸进行全面复核，确认桥梁设计是否满足管道保护要求。一般要求桩基、墩台等结构与管线的净距不得少于5m，管线的中线两侧5m 以内严禁取土、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等，而管顶离桥底自然地表高度不能低于1m。

4.2 路基交叉路段施工

路基与管道交叉无法避免时，路基土石方主要有两种施工方法：一是静态爆破，二是机械开挖。

静态爆破技术的关键在于掌握爆破方法和爆破过程，并结合高速公路路基工程现场的实际需要，设计出一套科学的静态爆破方案，并精确地安排合理的孔洞。爆破作业要按照纵向的原则进行分层布置：第一，对静态爆破作业的影响范围进行合理估计；第二，制定安全爆破作业方案，对静态爆破作业进行科学的选择；第三，对爆破作业人员进行作业指导；第四，拆除大体积的岩石；第五，按爆破设计规范进行钻孔爆破；第六，在钻孔中设置爆炸物和相关的起爆设备；第七，在静态爆破作业现场附近设立警戒区，并安排人员进行警戒；第八，强制疏散静态爆破作业警戒范围内的人、兽；第九，执行爆破警示，执行静态爆破作业；第十，爆破完毕，处理和清除未完工的盲炮，立即拆除警戒装置和检查员；第十一，采用专业设备综合评定静态爆破作业。

机械开挖则是利用挖掘机、破碎锤、鹰嘴钩机等大型开挖机械设备直接开挖管道附近土石方。机械开挖应自上而下进行，根据施工段落路基横断面宽度和深度，采用合理的开挖面布置和推进方式。对于大块的整体岩层，用破碎锤凿除减小，不规则的浅层岩体利用鹰嘴钩机开挖，较为破碎的岩体及减小的石方用挖机开挖并装车运送。机械开挖前，应准确勘探出管道具体位置，必要时设置一定范围的开挖停止线，防止出现管道受振过大、管道附近岩体失稳坍塌、施工机械接触破坏管体等情况。

4.3 路基边坡近距离伴行路段施工

路基边坡线与石油、天然气管线近距离伴行时，坡脚或坡顶边线与管线外壁的净间距应不低于5m。伴行段路基边坡施工必须严格控制边坡坡率，同时做到开挖一级防护一级、填筑一级防护一级，边坡防护排水和绿化工程应及时跟进，以防边坡失稳坍塌造成管道受损。必要时，应加强伴行段路基边坡的防护强度，采取砌筑路堤挡土墙、路堑上挡墙等措施，确保管道安全稳定。此外，在施工过程中还应加强管道附近边坡的稳定性监测，适当加大监测频次，掌握边坡变形速率，一旦发生边坡变形和位移超过警戒值的情况，就必须及时采取相应的边坡加固措施或管道保护措施。

5 跨管线施工安全保障措施

5.1 成立安全组织机构

为确保临近石油、天然气管线高速公路施工安全，应不断建立健全项目安全管理体系建设，成立以项目领导班子和现场管理人员为主的作业领导小组，全面指挥、全程指导和监管跨管线施工。

5.2 落实安全交底制度

根据石油、天然气管道主管单位审查的施工图设计、与业主签订的合同、施工技术规范等，对跨管线施工组织方案进行进一步的修改完善，并报管道管理单位相关人员进行审批，严格按照其审批意见组织施工。施工前首先要求管道管理单位专业人员对项目相关管理人员进行现场交底，明确管道管理单位对于管线保护的相关要求、管线被破坏后的后果、紧急处理措施等内容。项目管理人员在充分理解管道管理单位专业人员交底内容和意图的基础上，对实际进场施工作业人员进行全面安全技术交底，告知全体作业人员作业范围和内容，强调临近石油、天然气管道作业的特殊性质，突出作业要点和注意事项，增强全员跨管线施工安全防护意识，掌握一定的基础防护技能，提高应变能力和自救抢险能力。

5.3 风险识别及预防

跨管线施工开始之前，依照“以人为本、预防为主”的原则，组织技术人员对跨管线施工安全风险进行识别并制定预防措施。安全风险的识别范围包含两个方面：一方面，具体工程施工中的人员安全风险，包括机械伤害、触电、物体打击、高处坠落等风险。另一方面，有关石油、天然气管道因施工造成管道损伤、泄漏等情况，可能引起火灾、爆炸、中毒等的事故风险。施工前针对以上风险内容进行全方位识别并制定预防措施，形成安全风险隐患清单，便于在施工过程中对照检查，同时还需制定相应的专项应急预案，确保事故发生时能够有条不紊地开展事故处理工作，降低事故损失。

5.4 加强联动和沟通

跨管线施工单位和管道管理单位之间必须加强联动与沟通。施工单位应及早与管道管理单位进行联络，利用物探方法确定施工区域内的管线，摸清管线的实际走向、深度、直径，核实管道的具体位置，严格按“先防护，后施工”的原则，严禁盲目施工。施工过程中及时向管道管理单位获取施工影响范围内的管道安全稳定情况，如管道受振强弱、管内压力是否异常等，以此反馈指导施工，确保能及时采取纠偏措施。对于管道管理单位而言，有责任向施工单位提供必要的管道信息并说明管道的重要性、特殊性以及基础性的管道相关知识，同时严格履行跨管线施工审批制度，若自身管理制度体系受限，可要求施工单位制定专项施工方案，联合监理单位、业主单位对施工方案进行审查并批准，方案实施过程中亦可派遣专人现场监督指导，确保施工安全可控。在发生有可能危及管道安全的情况时，及时报告相关单位和部门，共同研究并制定解决措施，消除风险后方可采取下一步动作。

6 结语

高速公路建设与石油、天然气管线交叉相遇时，若在施工过程中造成管道损毁、泄漏事故，将造成不可挽回的巨大损失，且事关国家能源和公共安全，必须采取有效的技术措施确保跨管线施工安全。具体应根据实际施工情况并结合管道管理单位的相关要求，综合分析各类跨管线路基施工方法应用于此工程中的利弊，确定合理的施工方法并组织实施。施工前全面分析可能危及管道安全的施工风险，制定具有针对性的应对措施，及时解决施工过程中遇到的问题，切实保证跨管路基线施工安全。