天然气长输管道顶管穿越施工技术探讨

天然气长输管道顶管穿越施工技术探讨

候永明,张瑞,石琨

庆阳永庆天然气集团有限责任公司，甘肃 庆阳 745000

摘要：随着社会经济的发展与科学技术的进步，天然气长输管道施工技术也取得了较大的突破。天然气长输管道顶管穿越技术在天然气输送中发挥了重要作用，是保证天然气顺利运输的关键技术。本文就天然气长输管道中的顶管穿越施工技术进行了探讨分析。

关键词：天然气长输管道；顶管穿越；施工技术

1.天然气长输管道工程的设计原则

1.1规范原则

在进行天然气长输管道工程设计时，管道的路线设计是重中之重。因此，相关设计人员需要全面考虑相关影响因素，采用合理的设计方案。在这之中，必须保证设计的规范性。设计部门应首先遵循规范性的设计原则，依据国家以及行业规范，熟知并遵循《输气管道设计与原理》《输气管道工程设计规范》等法律法规和地方政策，严格落实精准、科学的管道设计方案，提升天然气运输过程的科学性。

1.2创新原则

在天然气运输方案的设计阶段，需要相关设计人员在遵循基本政策及方针原则下，根据具体情况进行创新。应顺应时代的发展脚步，结合先进的设计理念，采用一些先进、自动化程度较高的新工艺和新设备，并借鉴发达国家的天然气长输管道工程设计经验及成果，促进工程设计方案质量的提升，这有利于我国天然气运输过程的持续性发展。

1.3优化原则

在天然气长输管道工程设计之中，工作人员也需要遵从优化原则。优化原则指的是在工程项目在立足于自身的设计初中与设计要求时，应该在各项方面不断提升设计方案的质量，优化设计内容，改善工程建设中的不利情况。例如，通过招标吸引优秀的工程建设团队，提高设计方案的执行力度，还可以通过对实际情况的分析，在较多的设计方案中选取更加适合的优化方案，在某一段管道的建设中也应该对设计方案的细节进行优化，使工程建设更加贴和实际，合理提升工程的经济效益，保证天然气管道的运输质量[1]。

2.天然气长输管道顶管穿越施工中的影响因素

2.1自然环境恶劣

由于天然气管道的运输距离较长，甚至横跨我国的大半个领土，在天然气管道施工过程中会遇到各种各样的自然环境，尤其是高海拔地区的冻土因素，对天天然气管道施工造成了较大的阻碍。恶劣的自然环境严重影响到天然气的管道施工，比如在山区中，就需要使用到顶管穿越技术克服地形环境，因此需要采取挖掘的方式，这给管道施工增加了难度。在实际的天然气管道施工中，施工人员需要使用各种的先进的仪器设备在冻土或湿地等恶劣环境中开辟道路，克服诸多的自然环境带来的困难，完成天然气长输管道施工中的顶管穿越施工。

2.2管道连接技术水平不足

天然气长输管道的施工距离较长，因此对于施工管道的质量要求较高，另外，管道在连接处的连接技术水平不足也会严重影响到管道施工质量，引起较多的施工问题，阻碍施工进程，还会增加维修成本。在目前的管道施工中，在一些受自然因素影响较大的地区，天然气管道连接技术存在一定的局限性，导致施工人员在管沟的开挖与回填以及管道的转角衔接等方面存在一些施工难度问题[2]。

2.3管道施工中质量监管不到位

天然气长输管道工程在进行顶管穿越施工时，工程管理人员没有对施工过程进行全面的监督管理，导致监管不到位，引发了较多的技术问题，不能保证管道的施工质量。天然气长输管道施工进程的推进需要完善的监督体系进行辅助，才可以充分发挥施工技术，提高工程效益。例如，管理人员需要加强对管道材料质量的监管，保证材料具有良好的抗腐蚀性并且达到相应的强度标准。另外，最重要的还是对施工工艺的监督管理，加强施工质量监管，提高技术的稳定性，是保证天然气长输管道顶管施工合理推进的前提。缺乏完善的施工监管体系，顶管施工质量得不到保证，是目前实际的天然气管道工程中还普遍存在的问题。

3. 天然气长输管道顶管穿越施工技术

在天然气长输管道施工中，经常会遇到管道线路与公路交叉的现象，需要采取顶管穿越的施工技术。因此，下面就天然气长输管道施工在公路中的顶管穿越施工技术进行了分析。

3.1可选择的天然气顶管穿越方法

面对不同级别的公路，在天然气长输管道施工中需要选择合适的顶管穿越施工技术。由于不同级别的公路具有不同的承载力，其中的车流量也有较大的差别，因此，在顶管穿越施工中需要严格控制地面沉降，防止对公路造成较大的影响和破坏，威胁到交通运输安全。另外，在进行公路中的天然气顶管穿越施工前，也需要考虑到周围的建筑物以及相关的地质与水文情况，还应该结合天然气管道的管径大小，选取最适合的施工方法。若是面对粘性土或砂土层，并且没有地下水的影响，可以采取人工挖掘或者机械挖掘的方式，但这样的掘进形式不适合在含水层中使用，对于稳定性较差的土体也不适用；在无障碍物的软土层中，若顶管施工部位的上层土层较厚，可以采用挤压式或者网格式的顶管掘进方法；在粘性土层中，应该采用土压平衡的顶管技术，并且合理控制施工过程，防止出现地面隆起或塌陷情况；在粉砂土层中，可以采用加压式的土压平衡施工技术，也需要防止出现地面的隆起和塌陷问题；在其他的顶管施工中，施工人员还需要掌握一次顶进的挤密土层顶管法，这样的顶管施工技术适合施工管道长度短且管径较小的钢管。

3.2天然气长输管道顶管施工的前期准备工作

天然气长输管道工程项目需要根据施工路段的气候因素，对降水进行预测，采取充分的准备措施，防止过大的降水量对顶管施工产生不利影响。例如，在我国的南方地区，夏季降雨量较多，并且天然气管道经过较多的水田环境，管道需要穿过地势低洼的部位，需要采取一系列的降水措施。为了保证在天然气管道施工过程中，周围的水体不会渗入施工部位从而影响施工进度，应该将将地下水位下降到施工坑底的30公分以下，才可以使得坑底不会出现被浸泡的情况。在粘性土层施工中，更应该加强降水工作的管控，将水位降低至坑底不出现涌泉的程度。地下水位的降水工作需要采用打造降水井的方式，在工作坑前端和后端应分别设置两处20米左右深度的降水井，在顶管出口的两侧也需要设置两处降水井，每一眼降水井中使用潜水泵抽水，并设置专门的人员看管。

顶管施工之前还需要对工作井进行挖掘和加固等的处理。工作井需要根据不同的顶管施工工艺挖掘不同的工作区域范围，顶管施工若是选择人工掘进法，那么工作井的面积不需要过大，只需要保证施工人员的工作范围即可，一般是5m×6m的标准；顶管施工技术若是采用泥水平衡的方式，则需要适当扩大工作井的面积，一般使用4m×12m的工作井。在工作井的挖掘以及使用中，由于井底处于较深的位置，面临着地下水的涌入以及周边的塌方等危险，为了保证施工的安全，应该采用钢板桩加固的防护措施，可以方便顶管施工的挖开工作，防止周围土体的受力不均匀带来的塌方问题。对于不全加固的工作坑，也需要根据不同路段的地质情况采取分级放坡的处理手段来满足相关的施工要求，可以在井底铺设砂石垫层，并使用混凝土浇筑。

3.3顶管的顶力计算

在完成相关的施工准备之后，技术人员需要进行顶管施工的顶力计算，使用相关的机械设备完成顶管施工技术。顶管施工中的计算需要考虑到土层的重力密度、顶管的外径大小、管道与土层之间的摩擦角与摩擦系数、管道顶进的长度等等。

3.4主管预制

在顶管穿越施工中，穿越套管之前，施工人员需要对穿越点的一侧进行布管、组对和焊接的工作。焊接之后应该实行试验检测，保证其焊接质量，检测合格之后采取防腐措施。在顶管的穿越段需要进行单独的试压，验证其强度，采用洁净水为介质，设计1.5倍的压力，稳压4个小时。除了强度试验，也要进行严密性的试验，在24小时内测试顶管穿越段的严密性，严格控制顶管穿越施工的质量。在所有的管道试压结束后，将其中的积水排出，并清理干净。

3.5砼管封堵

当套管内穿越管段裸露时，应设排气管且两端严密封堵；当套管充填细土时，可不设排气管及封堵。主管穿越定位后，可作临时封堵，待连头工序完毕后，进 行正式封堵。在排气管周围用围栏加以维护且加设警示牌。顶管完成后，在公路两侧各设一个穿越标志桩[3]。

4. 天然气长输管道顶管穿越施工中的注意事项

4.1考察施工环境，维持稳定的自然基础

在天然气长输管道施工中，自然环境因素对施工表现出了较大程度的影响力，是天然气长输管道顶管穿越施工中的主要阻力。因此，相关施工部门人员需要在施工之前就要全面考察施工环境，合理分析自然因素，制定可行性方案，并尽量维持自然环境的原貌，减少对周围环境的破坏，保证管道建设与生态协调发展，尤其是一些高原地区，生态环境性对脆弱，还是一些重点保护动物的栖息地。设计人员应该抓住不同地域的地质差异性，深入评估地质勘查报告，针对细节问题开展研究，选用合理的施工技术，并奠定优良的自然基础，推动天然气长输管道的顺利建设。在天然气管道路线设计完毕之后，也应该组织成立专业团队，在管道设计道路上进行考察，针对不同的影响要素对设计方案进行优化，保证施工方案更具合理性。若管道经过冻土地区，技术人员需要提前分析冻土状况，采取样品进行化验，查看其性质是否会对天然气顶管穿越施工技术产生影响。采用合理的冻土挖掘方法，在安装好天然气管道之后，将挖掘的管沟及时回填，减少对环境的影响。针对冻土地区，还应该当为天然气管道配备保温装置，管道的埋深也需要处于合适的位置，保证天然气运输的稳定性，在各方面提升天然气工程的安全性与可靠性。

4.2提高管道的焊接水平，延长管道使用寿命

在天然气长输管道施工中，会出现较多的管道接口，管道施工中的问题一般较多地发生在接口位置。因此，提升管道接口质量是一项重点施工内容。倘若管道在接口处的承载力不足，将会引发各种质量缺陷，降低天然气运输效率，造成天然气的浪费，缩短管道工程的使用寿命。在天然气管道焊接中，工作人员需要严格控制焊缝的高度和宽度，保证焊接质量。在向下焊接的操作中，使用的焊条需要具有足够的抗风性，可以有效提升焊接效果。另外，使用多条管道相互连接形成的整体管道，需要采取恰当的焊接工艺妥善处理其连接部位，这一位置具有较大的裂缝危险，因此施工中应当对其合理保护，减少压力，提升管道连接部位的抗压性，提升管道的使用质量，延长使用寿命，保证运行安全。

4.3采取有效的防腐措施，降低风险发生概率

在天然气长输管道顶管穿越施工结束之后，还需要采取防腐措施，提升管道的使用质量。施工单位需要重视天然气管道的防腐处理措施，正确使用防腐剂，一般采用的是环氧树脂等材料。施工人员需要根据相关标准及要求，首先对管道除锈，然后在其表面喷砂，最后可进行各项防腐操作。在补口施工中应妥善打磨聚乙烯层，对补口进行仔细搭接，依照作业要求出发，对焊口实施预热处理，明火加热器在这一方面发挥着重要作用，以确保管道补口作业得以顺利有序推进。

5.结语

综上所述，在天然气长输管道工程建设中，既有自然环境因素也有施工技术因素对顶管穿越施工产生了较大的影响。相关技术人员需要全面考虑影响因素，制定科学的施工方案，选择合理的管道线路，提升管道焊接水平，遵循各项施工原则，提高顶管穿越施工技术水平，保护生态环境，促进天然气传输过程的可持续发展。

参考文献

[1]付宏斌.天然气长输管道线路选择及施工技术[J].全面腐蚀控制,2023,37(01):111-113.

[2]迟静.顶管穿越公路在施工中的具体应用——结合锦州25-1南天然气利用工程长输管道项目中的公路顶管穿越应用实例[J].中国石油石化,2017(01):48-49.

[3]李佳坤,马啸.天然气长输管道穿越大型河流大开挖质量施工技术研究[J].中国石油和化工标准与质量,2016,36(14):97-98.