油氣管道穿越普速鐵路方案分析

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摘要：油氣管道難免要與普速鐵路交叉。文章結(jié)合工程實(shí)例，研究了管道穿越鐵路營(yíng)業(yè)線(xiàn)的模式選取以及方案設(shè)計(jì)，為今后油氣管道穿越鐵路的管理工作提供一定的參考。

關(guān)鍵詞：油氣管道；普速鐵路；穿越工程

1研究背景

隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，特別是進(jìn)入“十三五”計(jì)劃以來(lái)，對(duì)石油、天然氣等自然石化資源的消耗需求也日益增長(zhǎng)。而國(guó)內(nèi)的石化資源分布以及進(jìn)口能源儲(chǔ)備的布局，決定了采取管道長(zhǎng)距輸送模式是較為經(jīng)濟(jì)且符合節(jié)能減排等環(huán)保要求的，使之成為現(xiàn)今能源運(yùn)輸?shù)闹饕绞街?。普速鐵路通常指的是時(shí)速低于160km/h的鐵路系統(tǒng)，包含線(xiàn)路、站場(chǎng)、橋涵、通信、信號(hào)、接觸網(wǎng)、電力等綜合專(zhuān)業(yè)設(shè)備的運(yùn)輸管理體系。雖然高速鐵路在我國(guó)得到了迅猛的發(fā)展，但普鐵營(yíng)業(yè)線(xiàn)在國(guó)家鐵路網(wǎng)系統(tǒng)中仍占有重要比重。油氣管道敷設(shè)受沿途地區(qū)的地形、地貌、地質(zhì)、水文等自然條件的限制，必定會(huì)與普鐵營(yíng)業(yè)線(xiàn)進(jìn)行交叉。在確保營(yíng)運(yùn)安全和施工便利的前提下，通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較和綜合分析，確定管道線(xiàn)路走向。

2穿越鐵路模式選擇

現(xiàn)階段，在我國(guó)經(jīng)常采用的油氣管道穿越鐵路營(yíng)業(yè)線(xiàn)的方式，如圖1所示。2016年1月1日開(kāi)始實(shí)施的，由國(guó)家能源局、國(guó)家鐵路局聯(lián)合印發(fā)的《油氣輸送管道與鐵路交匯工程技術(shù)及管理規(guī)定》（國(guó)能油氣〔2015〕392號(hào)）第二章第五條管道與鐵路交叉位置選擇應(yīng)符合的規(guī)定[1]中：4.管道宜選擇在鐵路橋梁、預(yù)留管道涵洞等既有設(shè)施處穿越，盡量減少在路基地段直接穿越。油氣管道穿越既有鐵路時(shí)，該規(guī)定推薦采用橋下蓋板涵（或套管）和預(yù)留涵洞下穿模式，且宜采用垂直交叉或大角度斜交方式。從安全管理的角度考慮，推薦的幾種穿越方式對(duì)既有鐵路的影響最?。浩湟唬艿来┰绞┕げ挥弥袛噼F路運(yùn)行或不需要向鐵路管理部門(mén)申請(qǐng)“天窗”點(diǎn)來(lái)施工，僅須在鐵路監(jiān)管部門(mén)的監(jiān)督下實(shí)施；其二，不會(huì)造成路基、道床等鐵路既有設(shè)備沉降從而危害鐵路運(yùn)輸安全，僅須在管道線(xiàn)位影響范圍內(nèi)采取注漿加固等加固措施；其三，盡可能地垂直交叉，使管線(xiàn)施工對(duì)鐵路的橋下墩臺(tái)、涵洞邊墻等結(jié)構(gòu)物的影響風(fēng)險(xiǎn)降到最低。橋下穿越和預(yù)留涵洞穿越的模式對(duì)油氣管道的線(xiàn)位頗有要求，需要管道先繞行至穿越點(diǎn)附近才能從鐵路橋下或預(yù)留涵洞下穿通過(guò)，增加了管道的投資，經(jīng)濟(jì)性較差。這時(shí)，可選擇在規(guī)劃管道線(xiàn)路與既有鐵路路基段交叉處，采用頂進(jìn)套管或箱涵模式下穿通過(guò)。因鐵路運(yùn)輸安全系數(shù)對(duì)路基、道床等設(shè)備的沉降控制要求十分嚴(yán)格，因此，向鐵路管理部門(mén)報(bào)批管道下穿頂進(jìn)施工時(shí)，如何嚴(yán)格控制工程質(zhì)量，如何嚴(yán)格控制沉降量以及采取何種加固防護(hù)措施是鐵路管理部門(mén)關(guān)注的重點(diǎn)所在。穿越處的地質(zhì)狀況、路基土體開(kāi)挖振動(dòng)大小、沉降管控是否嚴(yán)格有效等，均須進(jìn)行詳細(xì)論證和安全評(píng)估。在得出確保鐵路運(yùn)營(yíng)安全的結(jié)論后，鐵路管理部門(mén)方才會(huì)批復(fù)是否同意油氣管道采用頂進(jìn)下穿的方式通過(guò)鐵路。此外，油氣管道下穿鐵路路基段時(shí)，還可采用定向鉆或隧道方式。此兩種模式穿越鐵路十分少見(jiàn)，受到如下幾個(gè)因素的制約：（1）投資，這兩種方式單體投資大，經(jīng)濟(jì)性差；（2）工期，雖然這兩種方式施工技術(shù)已經(jīng)成熟，但其施工周期長(zhǎng)，工期十分不易受控；（3）受穿越點(diǎn)地質(zhì)狀況影響較大，沉降不可控，對(duì)路基安全性的影響難以預(yù)測(cè)，往往成為鐵路管理部門(mén)拒絕批復(fù)的緣由。因此，除非特殊情況以及采取其他穿越模式十分困難等，一般不推薦采用定向鉆或隧道下穿方式。

3實(shí)例分析

3.1工程概況

某市城西配氣站-城東配氣站燃?xì)夤艿?，為該市緩解用氣短缺、滿(mǎn)足城鎮(zhèn)基本用氣需求而新建的次高壓輸氣管線(xiàn)。管線(xiàn)起于該市城西配氣調(diào)壓站，東北向沿外環(huán)路（含廣青公路）進(jìn)行敷設(shè)，止于城東調(diào)壓站。管線(xiàn)總長(zhǎng)6.36km，管徑273mm，設(shè)計(jì)工作壓力1.6MPa。輸氣管道在皂角鎮(zhèn)鼓林村穿越廣岳鐵路，穿越處緊鄰廣青公路，交通便利。穿越工作區(qū)屬四川盆地亞熱帶濕潤(rùn)氣候區(qū)，地勢(shì)開(kāi)闊平緩，地形微有起伏。穿越鐵路地段地層巖性主要有第四系全新統(tǒng)人工堆積素填土、第四系全新統(tǒng)河流沖積的砂礫石層。工區(qū)地下水位較高。

3.2穿越方案研究

3.2.1上跨、下穿方案比較根據(jù)規(guī)劃管道的線(xiàn)路走向，跨越鐵路通道處有現(xiàn)狀公路上跨鐵路橋。若管道以上跨方式通過(guò)鐵路，將有兩種選擇即：新建上跨管道天橋和占用現(xiàn)狀公路橋空間隨橋敷設(shè)。這兩種方案選擇皆有弊端：新建上跨管道天橋，需在兩側(cè)增建加（減）壓站，大大地增加了管道投資，另外鐵路上有接觸網(wǎng)高壓電力線(xiàn)，安全性很差；隨橋敷設(shè)也因擠占車(chē)輛、行人交通空間和防范車(chē)輛撞擊帶來(lái)的事故隱患而導(dǎo)致安全風(fēng)險(xiǎn)不可控。而采用下穿方式穿越鐵路，則不會(huì)有上述安全風(fēng)險(xiǎn)。故該處輸氣管道穿越鐵路的方案惟有下穿方式可行。

3.2.2垂直交叉和斜交比選管道規(guī)劃沿道路敷設(shè)，在鐵路穿越地段的兩側(cè)均緊鄰廣青公路。若以90°角交叉穿越則需將鐵路南側(cè)的輸氣管向北改線(xiàn)，形成“之”字形走位，且需增設(shè)開(kāi)關(guān)閥（站），增長(zhǎng)了管線(xiàn)，輸集氣也由此不夠順暢，加大了工程投資。采取管道與公路橋并行的方式下穿鐵路，首先節(jié)約了建設(shè)用地，響應(yīng)國(guó)家有效利用土地資源的相關(guān)政策；其次減少了管線(xiàn)長(zhǎng)度，使輸氣得以通暢，并節(jié)約投資，提高了建設(shè)資金的利用效率；第三，斜交布局合理避開(kāi)了涵洞、信號(hào)機(jī)、接觸網(wǎng)桿等鐵路既有設(shè)備，將對(duì)鐵路的影響降至最低。因此，在廣岳線(xiàn)K21+172.5處，管道采用60°斜交下穿鐵路。

3.2.3頂進(jìn)鋼筋混凝土箱涵或套管選擇該處采用頂進(jìn)箱涵或者套管方案均可行，但建設(shè)場(chǎng)地的工程地質(zhì)條件給箱涵頂進(jìn)下穿帶來(lái)了諸多不利：（1）工區(qū)地表大部為水田，局部低洼處積水，地下水發(fā)育。鋼筋砼箱涵自重較大，頂推過(guò)程中易發(fā)生栽頭下挫現(xiàn)象，且工后沉降較難受控；（2）根據(jù)《油氣輸送管道與鐵路交匯工程技術(shù)及管理規(guī)定》，結(jié)合規(guī)劃輸氣管結(jié)構(gòu)類(lèi)型而確定的下穿箱涵的最小結(jié)構(gòu)尺寸為1.8m（高）×1.3m（寬）。箱涵尺寸較大，端頭封閉的密閉性較差，易造成涵內(nèi)進(jìn)水浸泡，從而引起管道老化損壞；（3）斜交頂進(jìn)時(shí)，鐵路邊坡土體受影響面積較大，穩(wěn)定性更差。而采用鋼筋砼套管方案，因其可選的結(jié)構(gòu)尺寸更小，路基穩(wěn)定性更好，自重較輕，剛度較好，端頭封閉性能更好，更適合本項(xiàng)工程。因此，根據(jù)《鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范》的要求[2]，輸氣管道下穿鐵路應(yīng)設(shè)專(zhuān)用套管，設(shè)計(jì)套管為直徑100cm的鋼筋砼圓管，總長(zhǎng)30m，每節(jié)長(zhǎng)2m。套管端口與輸氣管之間的環(huán)形空間在留出檢查排氣孔后其余用磚、瀝青麻絲、防滲材料封閉。設(shè)計(jì)方案如圖2所示。

3.2.4加固防護(hù)措施施工進(jìn)場(chǎng)前應(yīng)先與鐵路設(shè)備管理相關(guān)部門(mén)簽訂施工安全協(xié)議[3]，配合調(diào)查施工地段的鐵路通信、信號(hào)、接觸網(wǎng)、電力等設(shè)備情況，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)相關(guān)管線(xiàn)進(jìn)行必要的遷改防護(hù)。套管施工采用預(yù)制頂進(jìn)施工，鐵路加固采用1-16mD型鋼便梁，在便梁支撐樁施工前，先用3-3-3-3P50舊鋼軌吊軌加固線(xiàn)路。頂進(jìn)施工期間，設(shè)置臨時(shí)機(jī)車(chē)?guó)Q牌，完工后恢復(fù)既有機(jī)車(chē)?guó)Q牌。

3.3問(wèn)題和建議

管道穿越的營(yíng)業(yè)線(xiàn)多為電氣化鐵路，路基上方有高壓接觸網(wǎng)線(xiàn)，對(duì)下方通過(guò)的輸油、氣管存在著交流電干擾，應(yīng)采取排流防護(hù)措施，確保運(yùn)營(yíng)安全。

4結(jié)束語(yǔ)

油氣管道作為主要的能源輸送系統(tǒng)之一，經(jīng)常需要下穿通過(guò)普速鐵路，其穿越方案的選擇應(yīng)因地制宜，詳細(xì)分析影響因素。經(jīng)過(guò)安全性綜合分析與技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定安全可靠的技術(shù)方案，確保油氣管道和鐵路兩個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)安全。

參考文獻(xiàn)：

[1]國(guó)家能源局，國(guó)家鐵路局.油氣輸送管道與鐵路交匯工程技術(shù)及管理規(guī)定[S].2015-10-28.

[2]TB10063-2016，鐵路工程設(shè)計(jì)防火規(guī)范[S].

[3]中國(guó)鐵路總公司.鐵路技術(shù)管理規(guī)程（普速鐵路部分）[S].2014.

作者：蒲志波 單位：中國(guó)石油西南油氣田分公司川中油氣礦