详解长输输油管道输气管道的穿越跨越方式

       目前长输输油管道输气管道常见穿越方式有大开挖、定向钻、钻爆隧道、盾构隧道、顶管、夯管等6种方式，常见跨越方式有桁架跨越、拱桥跨越、悬索跨越、斜拉锁跨越等4种方式。本文介绍各种穿跨越方式的原理、优缺点、适用性以及国内典型案例，以加深读者对大型油气管道建设过程的认识。目前，我国长输油气管道里程已近11万公里，所经地形复杂多样，有西北荒漠、有东南水网、有东北原始森林、有西南喀斯特地貌。在一般地形条件下，长输油气管道采取管沟开挖埋地敷设方式，对于山川、河流、高速、铁路等特殊地段，需要采取穿越或跨越的敷设方式。

       大开挖穿越

       大开挖穿越在长输石油天然气管道建设过程中最为常用，原理是利用挖掘机对公路或者河流进行开挖，然后将管道埋地敷设，管道埋深为路基或河流冲刷线以下2米。其优点是施工简单、成本较低，缺点是施工期间妨碍交通、破坏环境、安全性差等。该敷设方式主要适用于季节性河流穿越或者三级以下公路穿越。以西气东输天然气管道为例，沿线公路穿越约300次，单次开挖长度约30米；中型河流穿越约40次，单次开挖长度约500米；小型河流或沟渠穿越达1500次，单次开挖长度约80米，且主要集中在东部地区的水网地带。

       定向钻穿越

       定向钻穿越是按照设计的轨迹，采用定向钻技术先钻一个导向孔，随后在钻杆端部接较大直径的扩孔钻头和较小直径的待敷设管道进行扩孔和管道回拖，深度一般在河流冲刷线以下16米。其优点是施工质量好，工期较短，社会环境影响较小，施工时间不受季节的限制；其缺点是受地层影响较大，不能穿越卵石层和硬质岩层，较大管径管道长距离穿越存在一定的风险。该穿越方式主要适用于粘土、粉土等成孔条件好的地层，黄河、长江等大型河流穿越多选用该穿越方式。目前，定向钻穿越项目管径最大的是西气东输二线南昌—上海支干线赣江定向钻穿越工程，管径1219毫米，穿越长度为1351米，已于2012年2月完工；穿越最长的项目是江都-如东天然气管道长江定向钻穿越工程，穿越长度为3302米，管径为711毫米，已于2013年5月完工。

       钻爆隧道穿越

       钻爆隧道穿越是采用人工钻眼爆破的方法，在水下的岩石层开凿出一条通过水域的隧道，然后在隧道中敷设管道。其优点为施工期间不影响通航，可一隧多用，工程费用较低，穿越长度不受限制，无需专门机械，可选择的施工队伍较多等；其缺点为施工周期较长，施工条件差，施工风险性较高等。一般适用于基岩埋藏较浅、透水性差、地质构造简单、完整性较好的河床和山体。西气东输二线天然气管道中卫黄河穿越采用“下坡段＋水平段＋上坡段”的水下钻爆隧道穿越方式，总穿越长度为1198米，其中：下坡段长310米，倾斜度25；水平段在地面以下约130米，长为435米；上坡段为453米，倾斜度20。

       盾构隧道穿越

       盾构隧道穿越是用盾构机在地面以下暗挖隧道，盾构机前方设有支撑和开挖土体的装置，中段安装顶进所需的千斤顶，尾部可以拼装预制或现浇混凝土衬砌环，盾构机每推进一环距离，就在尾部支护或拼装一环衬砌，并向衬砌环外围的空隙中压注水泥浆。其优点是机械化自动化程度高、适用地层广泛、安全度较高、施工劳动强度低、施工过程不影响通航等；其缺点是施工周期较长、施工投资较高等。西气东输长江穿越、川气东送安庆长江穿越以及西气东输二线九江长江穿越均采用盾构隧道穿越方式，其中西气东输长江盾构隧道工程位于南京长江大桥下游40公里处，挖掘出的隧道呈圆形，直径3.8米，最低处位于长江河床底以下12米，隧道全长1992米，已于2003年7月完工。

       顶管穿越

       顶管穿越是借助主顶油缸的推力将工具管或顶管掘进机从工作坑内穿过土层一直顶进接受坑内，将套管埋于地下的过程。其优点为施工周期较短，机械化程度较高，不受季节影响，安全性较好等；缺点为施工投资较高，穿越长度较长时方向难以控制，对环境影响较大等。主要适应于长输油气管道高速公路穿越和国道穿越。西气东输天然气管道沿线公路顶管穿越290次，单次穿越长度约50米；铁路顶管穿越34次，单次穿越长度约40米。

       顶管穿越施工设备主要包括千斤顶、高压液压站、发电机、工具管、风镐、顶铁、轻轨发送设备及运土设备等。

       根据施工图，首先在公路两侧放出管道中心线，确定出入土点位置并开挖操作坑和接收坑。将设备安装就位，吊装套管、安装顶环，利用液压千斤顶顶推套管，每顶进一定行程，退回顶缸，操作人员进入套管内挖土外运，然后加入顶铁或套管继续顶进，循环作业，直至套管顶至对面接收坑；拆除设备，清理套管内余土，进行主管穿越。

       顶管穿越示意图

       1—混凝土套管2—环型顶铁3—U型顶铁4—千斤顶5—桁吊6—后背墙7—轨道8—垫层

       夯管穿越

       夯管穿越是以压缩空气或液压油为动力，将待铺设的钢管沿设计路线直接夯入地层，被切削的土芯暂时留在钢管，待夯管成功后再将土芯排出。其优点是施工占地面积小、开挖土方量小、施工周期短、不影响交通等；但由于管材要承受相当大的冲击力，该施工法仅限于钢管施工，且壁厚要满足一定要求，铺设长度一般在80m内。主要适用于小型沟渠、公路、铁路、小河等特殊地段的管道穿越。2012年5月年，独乌鄯原油管道工程采用夯管的方式穿越独石化铁路，穿越长度为60米，管径610毫米，是新疆首次采用大口径夯管穿越铁路的工程。

       桁架跨越桁架跨越是长输油气管道常用的跨越河流方式之一，通常采用三角形的空间钢结构跨越河流，然后将管道敷设在钢结构之上。其优点是整体钢度大、稳定性较好，技术比较成熟，在国内的设计、施工中得到了广泛运用。但该跨越方式耗钢量较大，需要在河床中布设支撑桁架的支墩，容易受到河水的冲击，影响河道的排洪。桁架跨越方式一般适用于跨度较小的河流跨越，跨度一般小于90米。国内典型管道桁架跨越工程为西气东输黄河跨越工程，位于宁夏回族自治区中卫县境内沙坡头附近，桁架结构高6米，单跨长为85米，采用连续跨越的方式通过黄河，总跨越长为540米。

       拱桥跨越

       拱桥跨越是将管道本身做成圆弧形或抛物线形拱，将两端放于受推力的基座上，管道从梁式跨越的受弯变成拱形的受压，使管材能得到较充分的利用。该方式具有受力合理、美观、节省材料、便于施工等优点，适用于80～100米之间的中等跨度的河流跨越，当多条管道需要同时敷设时，拱桥跨越方式的经济效果更为明显。中石化川气东送天然气管道后巴河流跨越工程采用了多条管道同时跨越的方式，跨越长度为77米。

       悬索跨越

       悬索管桥是在河流两岸设立塔架，然后在塔架上悬挂承力的主缆索，再将管道用不等长的吊索挂于主缆索上，使管道基本水平，管道的重量由主悬索支撑，并传递至两岸的塔架和基础。其优点是管道不承受轴向力和水平作用力，受力状态良好；但该跨越方式对施工机械和施工队伍要求较高，投资较高，施工周期较长。由于悬索管桥在水平方向刚度较小，当跨度较大时，需考虑设置抗风索、减震器等，以防止管桥在风力作用下发生震动。一般适用于跨度较大的河流跨越。国内中石油忠武线和中石化川气东送天然气管道在湖北省境内多次采用悬索跨越方式跨越河流，跨度最大的是中石化川气东送野三河悬索桥，全长332米。

       斜拉索跨越

       斜拉索跨越是利用钢索通过桥塔支撑斜向拉着管桥的一种结构形式，一般对称布置，利用管道自重平衡拉索的拉力，因而不需要主索锚固定，减少了基础混凝土用量。由于每根缆索的自振周期各不相同，不易产生共振，抵御地震或风振的能力较强。该方式还具有自重小、结构轻巧、外形美观简洁的优点，适用于两岸地势较为平坦、宽浅的河流跨越。中缅天然气管道在贵州省晴隆县与关岭县交界处采用斜拉索跨越方式通过北盘江，跨越长度为230米，桥梁建成后，直径1016毫米的天然气管道、直径610毫米的原油管道和直径355.6毫米成品油管道同时从桥面并行通过。该工程已于2013年3月8日完工，是国内首座三管同桥的斜拉索跨越桥梁。

       随着我国经济的发展、人民生活水平的提高和对清洁能源需求量的增加，西气东输三线天然气管道、锦郑成品油管道、中缅原油管道等大型油气管道也正在建设，“十二五”末国内油气管道总长度有望突破15万公里。在管道建设过程中对公路、铁路、山川、河流穿跨越工程应根据具体项目特点选择合适的穿跨越方式，以保证工程建设的安全、经济和高效。