燃气管道在铁路、电车轨道和城市主要干道下穿过的。应敷设在钢套管或钢筋混凝土套管内。穿过铁路干线时,应敷设在涵洞内。套管两端应超出路基底边,至最外边轨道的距离不得小于3m。穿跨管道应选择质量好的长度较长的钢管,以减少中间焊缝。焊缝应100%射线探伤检查,其合格级别应按现行国家标准《钢熔化焊对接接头射线照相和质量分级》(GB 3323)的“Ⅱ级焊缝标准”执行。穿越工程钢制套管的防腐绝缘应与燃气管道防腐绝缘等级相同。
管道穿越铁路或公路的夹角应尽量接近90°,在任何情况下不得小于30°。应尽可能避免在潮湿或岩石地带以及需要深挖处穿越。管道穿越铁路或公路时,管顶距铁路轨枕下面的埋深不得小于1.6m;距公路路面埋深不得小于1.2m;距路边坡最低处的埋深不得小于0.9m。
当条件许可时,也可采用跨越方式交叉。输气管线跨越铁路时,管底至路轨顶的距离,电气化铁路不得小于11.1m,其他铁路不得小于6m。穿越铁路的一般要求:
1.穿越点应选择在铁路区间直线段路堤下,路堤下应排水良好,土质均匀,地下水位低。有施工场地。穿越点不宜选在铁路站区和岔段内,穿越电气化铁路不得选在回流电缆与钢轨连接处。
2.穿越铁路宜采用钢筋混凝土套管顶管施工。当不宜采用顶管施工 时,也可采用修建专用桥涵,使管道从专用桥涵中通过。
3.输气管穿越铁路干线的两侧,需设置截断阀,以备事故时截断管路。
4.穿越铁路的位置应与铁路部门协商同意后确定。
穿越公路
1.公路等级划分 根据《公路工程技术标准》(JTJ01—1988),公路等级分为“汽车专用公路”和“一般公路”两类。汽车专用公路又分高速公路、一级公路、二级公路三个等级。汽车专用公路属国家重要交通干线,车流量大,路面宽度大,技术等级较高。一般公路又分为二、三、四级、其车流量、路面宽和技术等级和重要程度依序降低。
此外还有不属国家管理的公路,如矿区公路。县乡公路等。
2.穿越公路的一般要求 输气管线穿越公路的一般要求与铁路基本相同。汽车专用公路和二级一般公路由于交通流量很大,不宜明挖施工,应采用顶管施工方法。其余公路一般均可以明沟开挖,埋设套管,将燃气管敷设在套管内。套管长度伸出公路边坡坡角外2m。县乡公路和机耕道,可采用直埋方式,不加套管。
一、顶管施工
地下燃气管道穿越铁路、电车轨道和城市主要于道时,一般不允许开挖管沟,常采用顶管施工。运用液压传动产生巨大的推力向土壤内顶进套管,再将燃气管道安装在套管内。
1.顶力计算 顶管施工必须有足够的顶力,才能克服管子在顶进过程中土壤对管子产生的阻力。顶管施工的主要设备(油泵、油缸或千斤顶)及配套设备(顶铁、槽钢)是根据所顶管道的最大顶力来选择的。顶管时,管道在土壤中承受两种力:管端阻力P1和管外壁与土壤的摩擦力P2。最大阻力为:
式中 D—管道外径(m);
q—土壤单位面积的抗力,其值取0.7~1.5MPa;
k—管道外壁在土壤中单位面积的摩擦力,其值取18~35kPa;
L—管道顶进长度(m)。
取最在阻力的1.1~1.2倍即为最大顶力,由此来选择设备。
(1)外挤压顶进法 常用于φ400mm以下的小口径管顶管施工。顶进前在钢套管端部加安锥体顶头,根据土壤可压缩特性,借助顶力将管子四周土壤压缩而不需要管内出土。锥体顶头的作用是将正面阻力变成侧面摩擦力,从而大大降低管道顶进时的阻力。见图9-1。
图9-1b所示的平顶头正面阻力为:
式中 p——单位面积抗力(MPa)。
图9-1a锥形顶头侧向摩擦力为:
式中 p——水平方向单位面积的抗力(MPa);
α——侧面法向力在水平方向的投影角;
F——锥形顶头的侧面积(m2);
f——摩擦系数。
α角越大,P锥越小。而α角随锥体顶头锥度θ而变化,θ角越小,α角就越大。阻力就越小,因此锥体顶头锥度角越小,阻力就越小。图9-1c和d所示平顶和锥形顶头挤压土壤力的扩散情况,平顶挤压扩散面大于维形顶头挤压扩散面。平顶头不仅阻力大,而且由于扩散面大,往往容易造成地坪拱起。
1)选择千斤顶。根据顶力计算公式,计算出最大顶力,即可选择所需的千斤顶。
2)顶铁。由于千斤顶行程有限,每顶完一行程,再次顶管前需增加顶铁的组合长度。完成1根顶管,需多次更换顶铁。顶铁用与顶进管道同规格或较大规格的钢管制作。制作时,应保证两端面平行且与轴线垂直。顶铁的长度及数量见表9-1。顶铁上焊有φ10mm钢筋把手。
顶管长度/mm | 6000 | 9000 | ||||||
顶铁长度/mm | 100 | 200 | 500 | 1000 | 100 | 200 | 500 | 1000 |
数 量/个 | 2 | 2 | 2 | 3 | 2 | 2 | 2 | 4 |
3)垫板。顶管过程中,顶铁与顶铁之间以及顶铁与管子之间,常会出现不在同一轴线上的现象,为解决这一问题,在管子与顶铁以及顶铁与项铁结合处加1块钢制垫板。垫板厚约14mm,为圆形或方形,其直径或边长比套筒外径大40~60mm。
4)导轨。可用槽钢组焊,两根槽钢之间可用钢板连接。
5)操作坑与辅助坑。操作坑应设置在地下管线较少的一侧,操作坑长度一般由管节长度、千斤顶长度、后背墙厚度(枕木、钢板等)等而定。操作坑宽度为管径加1.2m,操作坑深度由燃气管道设计标高确定。在路的另一侧挖辅助坑,深度与操作坑相同,用于观察和切除管子锥盖(锥体顶头)。
操作坑挖好后,坑底夯实,并在项管部位挖一深为500mm、直径与操作坑相同的洞,用以定位。下一步,在后背墙处设置横竖两排枕木和一块20~30mm厚钢板,作为千斤,其他部件按图9-2所示就位。