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摘 要：华南某石油储备库户外管线因选址、法律法规、政策及规划等原因必须穿越高速公路、自然保护区、文物古迹等障碍。本文提出了山体敷设、定向钻及顶管3种施工方法，并对其关键点和施工中的核心问题进行了探讨研究，为类似工程提供依据。
关键词：户外管线;翻越敷设;定向钻;顶管
1 户外管线施工背景
华南某石油储备库因其选址位于山地，虽然在勘察选线和实地踏勘阶段已采取规避、绕行等方式，但还是无法完全避免穿越高速公路、自然保护区、文物古迹等障碍。再者，因当地法律法规、政策及已有规划等原因所限，不能采用常规的地面开挖的方式敷设管道。由于户外管线所经之处大多地形起伏大，地质条件及水文地质多变、雨量充沛等不利因素，造成施工异常困难。因此，如何解决户外管线施工中各种穿越方式存在的难题，从而保证户外管线的安全性及顺利运营有十分重要的意义。
2 施工阶段的关键问题及要点
目前，长输管线常见的穿越方式有以下几种：大开挖法、跨越、定向钻法、开挖隧道法、顶管法及隧道法等方式。其中，跨越方式主要有简支梁、桁架、拱跨、钢架、斜拉、悬索与悬缆等十余种管桥型式[1]。由于本项目在平坦地段敷设管线所采取的措施比较简单，本文不作深入讨论。本文着重讨论管线沿横坡和纵坡敷设、定向钻、顶管等方式施工时所遇到的难题、施工要点及解决措施。
2.1 翻越敷设
翻越山体敷设管线是本项目最常见的一种管道敷设方式，大致可分为：管道沿横坡敷设和纵坡敷设两种完全不同的敷设方式。横坡是长输管线的，走向基本平行于等高线，或者说与等高线相切。此种敷设方式多位于有一定高度的坡脚或坡面，经开挖后形成路堑边。横坡敷设容易诱发滑坡、崩塌等地质灾害，原则上应该避免[2]。当谷底和山脊均不具备敷设条件时，才应该选择横坡敷设[3]。管线沿纵坡敷设虽然总体开挖后的边坡较为安全，但是此种敷设方式作业难度大，还需在一定位置设置作业平台，完成施工作业后对现场水保、植被破坏较大。
翻越山体敷设管线的关键点如下：施工前应先做好现场实际踏勘，尤其了解现场存在的安全隐患。针对岩质边坡的结构面要仔细研究。特别注意在危险段施工时，须经各个专业反复讨论之后方可施工，施工前设计单位必须做好交底。踏勘阶段发现潜在滑坡和有崩塌趋势的岩体，应做标记或立即处理。
在满足管道最小埋置深度的前提下，对不管是岩质还是土质边坡均应尽量少扰动。
地下水和地面水改变了主动土压力系数Ka、土的重度γ、内摩察角等参数的取值，尤其水的润滑作用使支挡结构的抗滑移和整体稳定性变得更加不利，所以在支挡结构的土压力计算、抗滑移验算和整体稳定验算都要充分考虑水的不利影响，应对所取参数进行修正。笔者在项目进行过程中，曾多次亲身经历水（包括地面水和地下水）对支挡结构造成的破坏;尤其是管线沿纵坡敷设时必须设置截水墙（见图1）、排水沟及钢筋混凝土保护层防止山体坡面形成较大汇水，带走管道顶层覆土，也可以防止岩块崩塌对新建管道造成破坏。
要整体建模分析土质和岩质边坡的整体稳定性，可采用削坡减重、挡墙、土钉、喷锚支护及抗滑桩等多种方式保证边坡稳定。削坡减重法应做到有效削坡，削坡的原则是：减少土体作为滑动力部分的自重。土钉、喷锚支护和抗滑桩是3种有效支护方式，在一定程度下可以减少挖填方量和征地费用。
施工前就应该考虑绿化水保问题。植被对水保绿化的意义重大，而且对边坡稳定意义重大。施工前应做好表土剥离和收集。应选择根系发达、耐候、易于成活的植被。在本工程中，多处边坡选用网格植草、客土喷播植草及植生袋等经济且见效快的方式，已取得不错的效果。
2.2 定向钻施工法
定向钻作为一种比较成熟的施工工艺，在敷设大口径、长距离的石油和天然气管道时经济实用，可以做到管道埋深达到安全可靠目的，宜作为管道穿越的第一优选方法。定向钻的优点为：对地表的干扰较小、环境影响小、不影响交通、施工速度快、可控制铺管方向、施工精度高，可以节省大量的征地时间和费用。
出口位置和入口位置的确定。一旦确定采用定向钻的穿越的方式，就应该结合现场实际情况和周边环境，考虑钻机、泥浆池和管道预制场地的布置问题，从而确定管线的出、入口位置。
实际地质情况和已有勘察资料不符或相矛盾，充分了解定向钻穿越段的地质情况，必要时可以加密勘察点。例如，本项目在定向钻施工前，在出土点和入土点各设置3个勘察孔;当遇到不良地质时，也应增加勘察孔的数量。一旦发现地质情况不适合定向钻施工，及时调整穿越线路。
本工程施工定向钻施工过程中曾遇到淤泥、淤泥质土、流沙、砂卵石层不良地质情况。淤泥和淤泥质土在饱和状态下呈流塑状，未经处理无法成孔。工程中，对于少量或浅层的淤泥或淤泥质土可以采用挖出的方式。如果淤泥或淤泥质土是大面积且埋置深度较深，可以采取预注浆对其固结，再进行定向钻施工的方式。砂卵石层在地铁和隧道修建过程中均属于难以穿越的地质环境。定向钻穿越砂卵石层时也是一个值得高度重视的问题。砂卵石层因自身硬度不均匀、摩擦阻力大，钻头钻进时较大块石或砾石会随钻头移动，导致钻进困难。施工前，应充分考虑上述问题才能合理选择钻机和钻头形式。
泥浆作用是一个易忽视的问题，尤其在钻进和回拖时发挥着重要作用，直接决定施工质量和水平。一方面，配比合适的泥浆是一种护壁和润滑均俱佳的流体。协调泥浆压力和钻井速度，根据现场实际，要不断调整以获得合适的泥浆配合比。另一方面，扩孔时通常压力较大，要避免出现真空，导致冒浆。再者，管道回拖时必须要保证泥浆循环不间断。
穿越层、出入土角度、水平转角及曲率半径等参数的取值往往存在矛盾之处，其取值直接关系到工期和成本，须结合现场实际情況和自身的施工能力合理取值。通常，穿越时管道的出、入土角度直接影响到穿越的长度和深度，出、入土角度越大，拖拽管道的阻力就越大，施工难度就越大[3]。 2.3 顶管施工法
相对于传统管道，顶管施工工艺具有以下特点：（1）不影响周边环境，不破坏已有绿化和植被。（2）施工期间不影响交通。（3）具有挖方量少、工期短、造价低的特点。（4）尤其适用于公路等不宜放坡开挖沟槽的管道施工[4]。因顶管法施工具备上述优点，另一方面为保证本项目按期投产，本项目有多处管道采用顶管法穿越高速公路，最终取得理想的效果，某处顶管法应用如图2所示。
顶管法施工应着重注意以下几点。
研究穿越段地质资料和水文地质情况，地貌、周边不利条件，应查清地下含水层，有无地下潜水，施工过程有无塌方或是塌陷可能，提前做好应急方案。本项目在现场顶管作业时曾发生多次塌陷和流沙。塌陷和流沙是地下工程施工中经常遇见的工程难题。本项目通过现场地面向下垂直反复多次预注浆固结松散土体，然后通过人工掏土的方式成功穿越施工危险段。
现场踏勘应查明场地大小、高程、现场水源，作业坑及泥浆池的拟摆放位置。根据顶进方式、管径、管壁和接触土体的摩擦力计算顶推力并合理选择千斤顶，从而计算后背墙的受力和刚度。
顶进过程中应连续监测作业面正上方土体变形情况，避免顶进过快造成地面的隆起和下沉。遇见地下水丰富的土层，应先采取降水、旁路引导等方式，尽可能避免过快顶进增大管周对富含地下水土层的扰动，从而降低管周和管顶土体的稳定性[5]。
加强管道顶进过程的轴线偏差的测量和纠偏。应每顶进一节测量一次，及时纠偏避免误差积累过大而纠偏困难。激光导向自动纠偏系统现已广泛应用于地下工程掘进中。本工程因作业条件所限，在几个地质复杂的地段多采用人工挖土法和千斤顶纠偏。管头偏高时多挖下半圆土，使其在继续顶进时借管子自重而进轴心样线;当管头低时，则多挖上半圆土，继续顶进中管头自然抬起。也可采用千斤顶，调整管头高度，达到纠偏效果。
完成顶管施工后，应对施工段进行监测观察，可对扰动较大的土体进行注浆加固或硬化处理，已消除顶管后的安全隐患。
3 结语
户外管线部分的顺利贯通为石油储备库发挥作用奠定了基础，几年来，户外管线部分一直发挥其积极作用。每2周一次的户外管线巡查结果表明：沿线边坡稳定，定向钻和顶管施工段安全可靠。本项目所采取的施工方法和措施可行，可以为其他项目提供经验。
[参考文献]
[1]黄春芳.油气管道设计与施工[M].北京：中国石化出版社，2008.
[2]郭存杰，张来斌，梁 伟，等.油气管道横坡敷设边坡稳定性计算[J].油气储运，2016（12）：1342-1346.
[3]冯韶恒，陈晓虎，陈百超.油气管道在山区横坡段敷设方案[J].当代化工研究，2018（8）：64-65.
[4]张长青.油气管道定向钻穿越的设计要点分析[J].上海煤气，2018（6）：10-12，17.
[5]路 平.一种顶管穿越公路的安全性評价方法研究[J].山西建筑，2019（4）：156-157.
关键词：户外管线;翻越敷设;定向钻;顶管
1 户外管线施工背景
华南某石油储备库因其选址位于山地，虽然在勘察选线和实地踏勘阶段已采取规避、绕行等方式，但还是无法完全避免穿越高速公路、自然保护区、文物古迹等障碍。再者，因当地法律法规、政策及已有规划等原因所限，不能采用常规的地面开挖的方式敷设管道。由于户外管线所经之处大多地形起伏大，地质条件及水文地质多变、雨量充沛等不利因素，造成施工异常困难。因此，如何解决户外管线施工中各种穿越方式存在的难题，从而保证户外管线的安全性及顺利运营有十分重要的意义。
2 施工阶段的关键问题及要点
目前，长输管线常见的穿越方式有以下几种：大开挖法、跨越、定向钻法、开挖隧道法、顶管法及隧道法等方式。其中，跨越方式主要有简支梁、桁架、拱跨、钢架、斜拉、悬索与悬缆等十余种管桥型式[1]。由于本项目在平坦地段敷设管线所采取的措施比较简单，本文不作深入讨论。本文着重讨论管线沿横坡和纵坡敷设、定向钻、顶管等方式施工时所遇到的难题、施工要点及解决措施。
2.1 翻越敷设
翻越山体敷设管线是本项目最常见的一种管道敷设方式，大致可分为：管道沿横坡敷设和纵坡敷设两种完全不同的敷设方式。横坡是长输管线的，走向基本平行于等高线，或者说与等高线相切。此种敷设方式多位于有一定高度的坡脚或坡面，经开挖后形成路堑边。横坡敷设容易诱发滑坡、崩塌等地质灾害，原则上应该避免[2]。当谷底和山脊均不具备敷设条件时，才应该选择横坡敷设[3]。管线沿纵坡敷设虽然总体开挖后的边坡较为安全，但是此种敷设方式作业难度大，还需在一定位置设置作业平台，完成施工作业后对现场水保、植被破坏较大。
翻越山体敷设管线的关键点如下：施工前应先做好现场实际踏勘，尤其了解现场存在的安全隐患。针对岩质边坡的结构面要仔细研究。特别注意在危险段施工时，须经各个专业反复讨论之后方可施工，施工前设计单位必须做好交底。踏勘阶段发现潜在滑坡和有崩塌趋势的岩体，应做标记或立即处理。
在满足管道最小埋置深度的前提下，对不管是岩质还是土质边坡均应尽量少扰动。
地下水和地面水改变了主动土压力系数Ka、土的重度γ、内摩察角等参数的取值，尤其水的润滑作用使支挡结构的抗滑移和整体稳定性变得更加不利，所以在支挡结构的土压力计算、抗滑移验算和整体稳定验算都要充分考虑水的不利影响，应对所取参数进行修正。笔者在项目进行过程中，曾多次亲身经历水（包括地面水和地下水）对支挡结构造成的破坏;尤其是管线沿纵坡敷设时必须设置截水墙（见图1）、排水沟及钢筋混凝土保护层防止山体坡面形成较大汇水，带走管道顶层覆土，也可以防止岩块崩塌对新建管道造成破坏。
要整体建模分析土质和岩质边坡的整体稳定性，可采用削坡减重、挡墙、土钉、喷锚支护及抗滑桩等多种方式保证边坡稳定。削坡减重法应做到有效削坡，削坡的原则是：减少土体作为滑动力部分的自重。土钉、喷锚支护和抗滑桩是3种有效支护方式，在一定程度下可以减少挖填方量和征地费用。
施工前就应该考虑绿化水保问题。植被对水保绿化的意义重大，而且对边坡稳定意义重大。施工前应做好表土剥离和收集。应选择根系发达、耐候、易于成活的植被。在本工程中，多处边坡选用网格植草、客土喷播植草及植生袋等经济且见效快的方式，已取得不错的效果。
2.2 定向钻施工法
定向钻作为一种比较成熟的施工工艺，在敷设大口径、长距离的石油和天然气管道时经济实用，可以做到管道埋深达到安全可靠目的，宜作为管道穿越的第一优选方法。定向钻的优点为：对地表的干扰较小、环境影响小、不影响交通、施工速度快、可控制铺管方向、施工精度高，可以节省大量的征地时间和费用。
出口位置和入口位置的确定。一旦确定采用定向钻的穿越的方式，就应该结合现场实际情况和周边环境，考虑钻机、泥浆池和管道预制场地的布置问题，从而确定管线的出、入口位置。
实际地质情况和已有勘察资料不符或相矛盾，充分了解定向钻穿越段的地质情况，必要时可以加密勘察点。例如，本项目在定向钻施工前，在出土点和入土点各设置3个勘察孔;当遇到不良地质时，也应增加勘察孔的数量。一旦发现地质情况不适合定向钻施工，及时调整穿越线路。
本工程施工定向钻施工过程中曾遇到淤泥、淤泥质土、流沙、砂卵石层不良地质情况。淤泥和淤泥质土在饱和状态下呈流塑状，未经处理无法成孔。工程中，对于少量或浅层的淤泥或淤泥质土可以采用挖出的方式。如果淤泥或淤泥质土是大面积且埋置深度较深，可以采取预注浆对其固结，再进行定向钻施工的方式。砂卵石层在地铁和隧道修建过程中均属于难以穿越的地质环境。定向钻穿越砂卵石层时也是一个值得高度重视的问题。砂卵石层因自身硬度不均匀、摩擦阻力大，钻头钻进时较大块石或砾石会随钻头移动，导致钻进困难。施工前，应充分考虑上述问题才能合理选择钻机和钻头形式。
泥浆作用是一个易忽视的问题，尤其在钻进和回拖时发挥着重要作用，直接决定施工质量和水平。一方面，配比合适的泥浆是一种护壁和润滑均俱佳的流体。协调泥浆压力和钻井速度，根据现场实际，要不断调整以获得合适的泥浆配合比。另一方面，扩孔时通常压力较大，要避免出现真空，导致冒浆。再者，管道回拖时必须要保证泥浆循环不间断。
穿越层、出入土角度、水平转角及曲率半径等参数的取值往往存在矛盾之处，其取值直接关系到工期和成本，须结合现场实际情況和自身的施工能力合理取值。通常，穿越时管道的出、入土角度直接影响到穿越的长度和深度，出、入土角度越大，拖拽管道的阻力就越大，施工难度就越大[3]。 2.3 顶管施工法
相对于传统管道，顶管施工工艺具有以下特点：（1）不影响周边环境，不破坏已有绿化和植被。（2）施工期间不影响交通。（3）具有挖方量少、工期短、造价低的特点。（4）尤其适用于公路等不宜放坡开挖沟槽的管道施工[4]。因顶管法施工具备上述优点，另一方面为保证本项目按期投产，本项目有多处管道采用顶管法穿越高速公路，最终取得理想的效果，某处顶管法应用如图2所示。
顶管法施工应着重注意以下几点。
研究穿越段地质资料和水文地质情况，地貌、周边不利条件，应查清地下含水层，有无地下潜水，施工过程有无塌方或是塌陷可能，提前做好应急方案。本项目在现场顶管作业时曾发生多次塌陷和流沙。塌陷和流沙是地下工程施工中经常遇见的工程难题。本项目通过现场地面向下垂直反复多次预注浆固结松散土体，然后通过人工掏土的方式成功穿越施工危险段。
现场踏勘应查明场地大小、高程、现场水源，作业坑及泥浆池的拟摆放位置。根据顶进方式、管径、管壁和接触土体的摩擦力计算顶推力并合理选择千斤顶，从而计算后背墙的受力和刚度。
顶进过程中应连续监测作业面正上方土体变形情况，避免顶进过快造成地面的隆起和下沉。遇见地下水丰富的土层，应先采取降水、旁路引导等方式，尽可能避免过快顶进增大管周对富含地下水土层的扰动，从而降低管周和管顶土体的稳定性[5]。
加强管道顶进过程的轴线偏差的测量和纠偏。应每顶进一节测量一次，及时纠偏避免误差积累过大而纠偏困难。激光导向自动纠偏系统现已广泛应用于地下工程掘进中。本工程因作业条件所限，在几个地质复杂的地段多采用人工挖土法和千斤顶纠偏。管头偏高时多挖下半圆土，使其在继续顶进时借管子自重而进轴心样线;当管头低时，则多挖上半圆土，继续顶进中管头自然抬起。也可采用千斤顶，调整管头高度，达到纠偏效果。
完成顶管施工后，应对施工段进行监测观察，可对扰动较大的土体进行注浆加固或硬化处理，已消除顶管后的安全隐患。
3 结语
户外管线部分的顺利贯通为石油储备库发挥作用奠定了基础，几年来，户外管线部分一直发挥其积极作用。每2周一次的户外管线巡查结果表明：沿线边坡稳定，定向钻和顶管施工段安全可靠。本项目所采取的施工方法和措施可行，可以为其他项目提供经验。
[参考文献]
[1]黄春芳.油气管道设计与施工[M].北京：中国石化出版社，2008.
[2]郭存杰，张来斌，梁 伟，等.油气管道横坡敷设边坡稳定性计算[J].油气储运，2016（12）：1342-1346.
[3]冯韶恒，陈晓虎，陈百超.油气管道在山区横坡段敷设方案[J].当代化工研究，2018（8）：64-65.
[4]张长青.油气管道定向钻穿越的设计要点分析[J].上海煤气，2018（6）：10-12，17.
[5]路 平.一种顶管穿越公路的安全性評价方法研究[J].山西建筑，2019（4）：156-157.