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【论文分享】城镇燃气管道水平定向钻穿越河流最小埋深

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作者:杨罗,张海宁,徐方

第一作者单位:中国市政工程西南设计研究总院有限公司

摘自《煤气与热力》2018年4月刊


1   概述


燃气管道水平定向钻穿越技术是一种现代非开挖敷设管道的施工技术,主要用于燃气管道穿越河流、公路等障碍物。采用水平定向钻穿越大中型河流时,不影响江河通航,不损坏江河两侧堤坝及河床。与其他施工方法比较,水平定向钻施工具有进出场地速度快,施工场地可以灵活调整,施工占地少,工程造价低,施工速度快等优点[1-2]。水平定向钻穿越管道在河道下的埋深不但决定着燃气管道本身的安全,而且对河道上来往通行船舶的安全有着直接影响。本文对水平定向钻穿越管道在河道下最小管顶埋深的确定进行探讨。

 

2   最小管顶埋深要求


城镇燃气管道水平定向钻穿越河道的最小管顶埋深应遵照现行行业标准CJJ/T 250—2016《城镇燃气管道穿跨越工程技术规程》(以下简称CJJ/T 2502016)第4.3.4条的规定,水平定向钻穿越时,燃气管道至规划河床的覆土厚度(即管顶埋深)不宜小于3 m

 

CJJ/T 250—20164.3.4条对水平定向钻穿越河道时管道的管顶埋深要求以河床规划标高为基准,主要考虑城镇中的河流多数为水流速不大的景观河道且城镇地下空间狭窄,穿越深度不能太深,否则穿越长度过长,现场条件无法满足施工要求。但是,城镇燃气管道在敷设过程中需要穿越的河道并非全部是景观河道,还会经常碰到穿越大型河道及高等级航道的情况,其中,部分河道由于形成年代较久,河道通过流量及水流速均较大,河底冲刷严重,河床现状标高、河道洪水冲刷线标高或疏浚深度线标高已经低于规划标高。在这种情况下,水平定向钻穿越管道的管顶埋深如果仅遵照CJJ/T 250—20164.3.4条的规定,可能会出现由于穿越管道覆土厚度不够而造成水平定向钻施工中冒浆或者穿越管道抗浮能力不足的风险。因此,水平定向钻穿越管道设计还应参照执行现行国家标准GB 504232013《油气输送管道穿越工程设计规范》(以下简称GB 504232013)第5.1.4条的规定,水域穿越管道管顶埋深应以河道洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高较低者为基准,穿越管道的最小管顶埋深不宜小于6 m

 

城镇燃气管道水平定向钻穿越河道工程设计前,应首先取得所穿越河道河床的规划标高和河道疏浚深度线标高,这些数据可以在河道管理部门获得。在获得上述数据以后,应按以下两种情况分别确定水平定向钻穿越管道的最小管顶埋深。

 

①当河道河床的现状标高不低于规划标高,并且经过计算校核河道洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高也不低于河床规划标高时,应遵照CJJ/T 25020164.3.4条的规定,确定河床规划标高下3 m为水平定向钻穿越管道的最小管顶埋深。

 

②当河道河床的现状标高低于规划标高,或者经过计算校核河道洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高低于河床规划标高时,水平定向钻穿越管道的管顶埋深还应参照执行GB 5042320135.1.4条的规定,计算出河道洪水冲刷线标高,并比较河道洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高,以两者标高较低者为基准,其下6 m为水平定向钻穿越管道的最小管顶埋深。

 

3   河道洪水冲刷线标高的计算方法


 

式(1)中河道现状最大水深hm和式(2)中河床现状最低标高hb,可以按照水平定向钻穿越工程的等级,在征询的水文资料及河道断面参数中选取,而河道洪水冲刷后最大水深hp应通过计算确定。

 

关于河道洪水冲刷后最大水深hp的计算公式,本文推荐采用JTG C302015《公路工程水文勘测设计规范》(以下简称JTG C302015)第8.3节提供的公式进行计算。该公式可操作性强,其计算结果能够满足工程实践的需要。

 

①非粘性土河床洪水冲刷后最大水深    

 

选用JTG C30—2015中的式(8.3.1-4),适用于有底沙活动的非粘性土河床的洪水冲刷后最大水深的计算。



对于式(3)中河道部分桥孔过水净宽b的取值,水平定向钻穿越河道工程计算时,可以假设为单孔桥梁模型,则河道部分桥孔过水净宽等于河面宽度。

 

②粘性土河床洪水冲刷后最大水深

 

选用JTG C30—2015中的式(8.3.2-1),适用于粘性土河床的洪水冲刷后最大水深的计算。


 

4   设计计算实例 

4.1  设计条件

 

某高压天然气管道水平定向钻穿越大型河道工程,天然气管道设计压力为4.0 MPa,管道外直径为508 mm,采用直缝埋弧焊钢管,防腐层采用三层聚乙烯结构加强级,穿越工程处河面宽度为522.97 m。根据工程岩土勘察报告,河道河床覆土层为第四系河流相冲积层,自上向下各层为淤泥质粉质粘土层、砂混淤泥层、粉砂层、砂混淤泥层、粉砂层、中砂层。


关于水平定向钻穿越工程的等级,CJJ/T 250—2016未进行划分。因此,应参照执行GB 5042320133.3.3条的规定,河道水面宽度不小于200 m的燃气管道穿越工程为大型工程。本工程所穿越河道河面宽度为522.97 m,确定为大型工程,设计洪水频率为1%(即100年一遇)。按照工程岩土勘察报告征询河道管理部门后,本工程设计洪水频率为1%时的水文资料及断面参数见表1,表1中的设计水位是指设计洪水频率的设计洪水流量出现时河流的水面标高。

 

1   水文资料及断面参数


4.2  设计计算过程

 

由于该水平定向钻穿越工程的河道河床现状最低标高低于河床规划标高,因此,应参照执行GB 50423—20135.1.4条的要求进行设计计算。计算出河道洪水冲刷线标高,并比较河道洪水冲刷线标高和疏浚深度线标高,以两者标高较低者为基准,其下管顶埋深6 m为水平定向钻穿越管道的最小管顶埋深。


根据工程岩土勘察报告,穿越处河床属于粘性土河床,选用式(4)计算洪水冲刷后最大水深。式(4)中单宽流量集中系数A1.1,冲刷坑范围内粘性土液性指数I1.19。将A=1.1I=1.19以及表1中的数据代入式(4),可以计算出洪水冲刷后最大水深hp27.65 m。将hp=27.65 m和表1中的数据代入式(1)和式(2),可以计算出,河道洪水冲刷线标高hw=-21.86 m

 

4.3  管顶标高的确定

 

由于本水平定向钻穿越河道工程洪水冲刷线标高hw=-21.86 m,低于表1中河道疏浚深度线标高(为-15.80 m),因此,根据GB 50232013的第5.1.4条的要求,以河道洪水冲刷线为基准,其下6 m为水平定向钻穿越管道的最小管顶埋深,则相应该处穿越管道的管顶标高为-27.86 m


参考文献:


[1]龚明,李永威,孙明烨,等定向钻在天然气管道穿越永定河工程的应用[J煤气与热力,2011318):B05-B08.

 

[2]苏琪水平定向钻技术在城镇燃气管道的应用[J煤气与热力,2011312):A39-A42.

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