一种基于充水运营的油气管道水域顶管隧道穿越工程设计方法与流程

本发明涉及一种基于充水运营的油气管道水域顶管隧道穿越工程设计方法，属于油气管道穿越工程技术领域。

背景技术：

随着我国对油气长输管道安全、环保、可持续运营要求的提高，管道运营管理企业需要加强建设项目全生命周期投资成本的控制，管道运营过程中出现的各种问题给管道运营管理企业检修维护带来巨大挑战。通常，大中型穿越工程作为油气长输管道的控制性工程，一般都位于重要的交通设施、江河湖泊附近，而现有主流的施工方法是在水域顶管隧道管道安装成功后就填充封死，导致后期无法检修维护。一旦穿越工程中管道出现问题，其将会给全线工程带来巨大的不利影响。由于无法检修维护，通常管道运营管理企业只能另行寻找地点，新建另一个穿越工程以代替当前工程。

针对水域顶管隧道管道安装的复杂性，对管道安装后运营的方法进行分类，提出了符合实际的填充方法。考虑到充水运营对管道运营的影响，提出了适应于充水运营工况的管道安装方法。考虑到管道水下运营的要求，提出了管道安装、防腐的设计计算方法。考虑到远期可检修维护的要求，提出了管道检修、维护的方法，并根据油气长输管道穿越工程设计特点、隧道结构的设计特点、管道安装的设计特点，有机整合为水域顶管隧道穿越工程的完整设计方案，最终形成本专利所述的基于充水运营的油气管道水域顶管隧道穿越工程设计方法。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种便于检查管道泄漏情况和开展检修作业且可有效保障隧道安全性的基于充水运营的油气管道水域顶管隧道穿越工程设计方法。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的，一种基于充水运营的油气管道水域顶管隧道穿越工程设计方法，包括以下步骤：

（a）针对水域顶管隧道管道安装的复杂性，对管道安装后运营的方法进行具体分类，并依据分类情况提出了符合实际的填充方法，所述填充方法为充水运营，在有效监测天然气泄漏的同时，固定管道，防止管道失稳，并保证能够再次进入隧道检修维护；

（b）充分考虑充水运营对管道运营的影响，并依据影响提出适应于充水运营工况的管道安装方法与支吊架设计方案；

（c）根据管道水下安全运营的要求，提出对应的管道安装、防腐的设计计算方法；

（d）依据远期可检修维护的要求，提出管道检修、维护方法。

进一步地，步骤（b）中，所述管道安装方法与支吊架设计方案包括支墩、预埋件、支架、管卡、阴极保护；首先根据受力计算，油气管道完全浸入水中时，其受到的浮力大于自身重力，所以设置支墩对管道进行配重，以防止管道在运行期间失稳；将预埋件固定于支墩中，支座与预埋件通过焊接固定，管道放置于支座上，管卡将管道固定在预埋件上，管卡与预埋件通过焊接连接；管道通过外防腐涂层与预埋件、支座、管卡保持电绝缘，管道阴极保护纳入穿越工程两侧管道阴极保护系统；预埋件、支座、管卡通过单独设置牺牲阳极进行阴极保护，预埋件、支座、管卡采用同一类金属材质，在安装前应进行防腐处理。

进一步地，步骤（c）中，所述的设计计算方法包括对隧道结构设计参数、油气管道设计参数、管道阴极保护参数的设计计算；所述隧道结构设计参数包括对混凝土套管规格、支墩尺寸、支墩自身重力、静水柱压力、管道下压力的受力分析；所述油气管道设计参数包括强度计算、稳定性计算、抗漂浮计算、管卡选型；所述管道阴极保护参数包括预埋件、支座、管卡与水的接触面积计算。

进一步地，步骤（d）中，所述的管道检修、维护方法包括穿越工程两侧竖井回填与开挖、抽排水措施、检修维护管道、加强阴极保护措施；当穿越工程管道出现问题需要检修维护，运行人员通过开挖打开两侧井口与隧道入口，结合抽排水措施，将隧道内水抽干，进而进入隧道内实施检修作业；管道检修、维护方法要求在两端阀室截断情况下开展检修工作。

本发明的有益技术效果在于：一、便于检查管道泄漏情况和开展检修作业，在管道运行中，如发生外防腐层破裂、焊缝失效、天然气泄漏等情况，运行人员发现问题后，可以迅速组织抢修；二、隧道的安全性得到了更有效的保障，隧道位于地下，外部受到江水和岩层对隧道结构的压力，当隧道内部充满水，水作为不可压缩流体能够均匀传导压力，对隧道结构的安全性有加强作用；三、充水运营对管道防腐的加强与保障，隧道内，洁净水完全浸泡管道，隔绝了氧气，减缓了管道外表面的腐蚀情况。

保证了管道在设计周期内安全、环保、可持续运营，检修与维护的操作性与可靠性，满足了管道强度、稳定性、抗漂浮与阴极保护方面的要求。

附图说明

图1为发明的顶管管道安装图；

图2为混凝土支墩断面图。

具体实施方式

为使本领域的普通技术人员更加清楚地理解本发明的目的、技术方案和优点，以下结合附图和实施例对本发明做进一步的阐述。

如图1-2所示，本发明所述的一种一种基于充水运营的油气管道水域顶管隧道穿越工程设计方法，包括以下步骤：

（a）针对水域顶管隧道管道安装的复杂性，对管道安装后运营的方法进行具体分类，并依据分类情况提出了符合实际的填充方法，所述填充方法为充水运营，在有效监测天然气泄漏的同时，固定管道，防止管道失稳，并保证能够再次进入隧道检修维护；

（b）充分考虑充水运营对管道运营的影响，并依据影响提出适应于充水运营工况的管道安装方法与支吊架设计方案；

（c）根据管道水下安全运营的要求，提出对应的管道安装、防腐的设计计算方法；

（d）依据远期可检修维护的要求，提出管道检修、维护方法。

步骤（a）中，混凝土套管内管道安装完毕后，采用合格质量的水体充满混凝土套管，套管两端采用红砖、沥青麻丝、防渗水泥封死。竖井内管道连接焊口不应强力组装，不应发生强制变形的连接。竖井内管道安装完毕后，拆除钢梯，对竖井内管道在周围采用细土袋支垫保护，其余部分用原状土回填，回填过程中应避免对管道的损坏。回填完成后，在两岸竖井中心埋设标志桩和警示牌。利用现有管道运营和监测技术，当管道运营出现问题，充水运营方案保证了对顶管内管道的检修维护。

水域顶管隧道安装填充运营的传统方法包括水泥砂浆填充、细沙填充、不填充等运营方法；水泥砂浆封堵使隧道内充满砂浆，能有效解决天然气泄漏时出现的集聚问题，但会造成再次进入隧道检修维护管道的困难；传统方法中细沙封堵仅能封堵短距离隧道，而针对长距离隧道，填充细沙存在操作上的难度，隧道中心难以填满细沙，一旦出现泄漏，则隧道内会出现天然气集聚，进而危及管道安全运行；若采用两头封堵，并设置检漏管，虽能及时检漏，但是随着时间的推移，水域下隧道内会经常性漏水/渗水，从而使隧道内充满水，此时管道又无固定装置，从而出现管道失稳。本专利采用充水运营的方法，在有效监测天然气泄漏的同时，固定管道，防止管道失稳，并保证能够再次进入隧道检修维护。

参照图1-2所示，步骤（b）中，所述管道安装方法与支吊架设计方案包括支墩、预埋件、支架、管卡、阴极保护等；首先根据受力计算，油气管道完全浸入水中时，其受到的浮力大于自身重力，所以设置支墩对管道进行配重，以防止管道在运行期间失稳；将预埋件固定于支墩中，支座与预埋件通过焊接固定，管道放置于支座上，管卡将管道固定在预埋件上，管卡与预埋件通过焊接连接；管道通过外防腐涂层与预埋件、支座、管卡保持电绝缘，管道阴极保护纳入穿越工程两侧管道阴极保护系统；预埋件、支座、管卡通过单独设置牺牲阳极进行阴极保护，预埋件、支座、管卡采用同一类金属材质，在安装前应进行防腐处理。

步骤（c）中，所述的设计计算方法包括对隧道结构设计参数、油气管道设计参数、管道阴极保护参数等参数的设计计算；所述隧道结构设计参数包括对混凝土套管规格、支墩尺寸、支墩自身重力、静水柱压力、管道下压力的受力分析；所述油气管道设计参数包括强度计算、稳定性计算、抗漂浮计算、管卡选型；所述管道阴极保护参数包括预埋件、支座、管卡与水的接触面积计算。

步骤（d）中，所述的管道检修、维护方法包括穿越工程两侧竖井回填与开挖、抽排水措施、检修维护管道、加强阴极保护措施；当穿越工程管道出现问题需要检修维护，运行人员通过开挖打开两侧井口与隧道入口，结合抽排水措施，将隧道内水抽干，进而进入隧道内实施检修作业；管道检修、维护方法要求在两端阀室截断情况下开展检修工作。

本发明专利采用充水运营的营运方法，便于检查管道泄漏情况和开展检修作业。在管道运行中，如发生外防腐层破裂、焊缝失效、天然气泄漏等情况，运行人员发现问题后，可以迅速组织抢修。隧道的安全性得到保障。隧道位于地下，外部受到江水和岩层对隧道结构的压力。当隧道内部充满水，水作为不可压缩流体能够均匀传导压力，对隧道结构的安全性有加强作用。充水运营对管道防腐的加强与保障。隧道内，洁净水完全浸泡管道，隔绝了氧气，减缓了管道外表面的腐蚀情况。

本文中所描述的具体实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，但凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。