一种油气管道中间接入盾构隧道的连接系统的制作方法

本发明涉及一种油气管道中间接入盾构隧道的连接系统，属于石油天然气管道输送领域。

背景技术：

盾构隧道是油气管道非开挖常用的方式之一，当多条油气管道共用盾构隧道时，由于不同油气管道的路由不同，因此需要部分油气管道从盾构隧道中间接入盾构隧道。油气管道接入盾构隧道需要有专用通道，且需要实现在分块拼装的盾构隧道中进行开孔，以实现油气管道从中间接入。油气管道盾构隧道一般埋深较大，盾构隧道结构是由多个管片(一般为6块)拼接而成，实现油气管道的中间接入需要克服复杂的地质条件和高压力地下水涌入的风险，常规的竖井或者开挖方式难以实施完成，同时还需要在有限的空间内完成管道安装，并确保管道应力满足安全运营要求。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种油气管道中间接入盾构隧道的连接系统，其采用竖井+斜顶管方式实现从中间接入盾构隧道。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种油气管道中间接入盾构隧道的连接系统，包括：

竖井，在所述竖井的侧壁底部安装有顶管，所述顶管倾斜向下布置并与盾构隧道衔接，所述顶管与盾构隧道的衔接处设有加固止水系统，所述加固止水系统包括若干个锚杆、注浆层、植筋和钢筋衬砌；

锚杆，其设置在顶管与盾构隧道间空隙地层，并沿所述顶管的环向和纵向分别均匀布置；

注浆层，其设置在所述顶管与盾构隧道衔接处的围岩上；

植筋，其设置在顶管与盾构隧道衔接处的盾构隧道管片上；

钢筋衬砌，其由沿所述注浆层环向绑扎的钢筋经支模、浇筑混凝土形成；所述环向绑扎的钢筋沿顶管纵向的一端与顶管首节管节的钢承口焊接固定，另一端与所述植筋固定连接；

顶管内油气管道直管段与竖井一侧盾构隧道内的油气管道及竖井另外一侧的油气管道均通过热煨弯管连接；

所述竖井内充填原状土，所述顶管内充填泡沫混凝土。

进一步的，所述竖井满足下沉稳定性和抗浮要求；其中，

所述竖井满足下沉稳定性要求为沉井下沉系数满足下式要求：

kst＝(gik-ffw,k)/ffk≥1.05

式中，kst为沉井下沉系数，gik为沉井自重标准值，ffw,k为下沉过程中水的浮托力标准值，ffk为井壁总摩阻力标准值；

所述竖井满足抗浮要求为满足下式要求：

当沉井深度超过20m时，

当沉井深度不超过20m时，

式中，kfw为沉井抗浮系数，gik为沉井自重标准值，ffk为井壁总摩阻力标准值，为基底的水浮托力标准值。

进一步的，所述锚杆的长度为1500mm～2500mm，其沿顶管环向和纵向设置的间距均为250mm～350mm。

进一步的，还包括钢支撑支架，其设置在顶管与盾构隧道衔接处的盾构隧道管片外侧；所述钢支撑支架包括若干个环向钢支撑和若干个纵向钢支撑并由所述环向钢支撑和纵向钢支撑焊接为一个整体，其中所述环向钢支撑和纵向钢支撑分别沿所述盾构隧道的环向和纵向设置。

进一步的，

所述顶管内油气管道周围包裹有一圈橡胶颗粒，在所述橡胶颗粒外侧充填有泡沫混凝土；

所述竖井内油气管道周围充填细土，在所述细土外侧充填原状土；

所述油气管道与竖井的连接处在油气管道周围设有沥青麻丝，在沥青麻丝外侧使用素混凝土封堵。

进一步的，顶管内油气管道直管段与竖井另外一侧的油气管道通过多个热煨弯管连接，所述热煨弯管之间通过弯头直管段连接。

进一步的，所述油气管道的前后端分别安装有滑轮支架。

进一步的，安装油气管道时，所述竖井的底部安装有卷扬机，在竖井底部正对顶管洞口的井壁上安装有定滑轮，卷扬机的钢丝绳通过所述定滑轮牵引所述滑轮支架控制所述油气管道的下行速度和位置；

在竖井和顶管分别充填原状土和泡沫混凝土前，将所述卷扬机和定滑轮拆除。

进一步的，顶管首节管节与盾构隧道之间沿所述顶管环向布设有注浆导管。

本发明的有益效果为：

本发明采用竖井+斜顶管方式实现从中间接入盾构隧道，在局部加强盾构隧道结构后从盾构隧道内部开孔作业，并通过多种技术手段进行止水和加固，确保顶管与盾构隧道衔接处的稳固，克服了复杂地质条件对管道接入的影响，也避免了高压力地下水涌入的风险，可确保管道应力满足安全运营要求。另外，采用竖井内充填原状土，顶管内充填泡沫混凝土的方式，可在勘固管道的同时保护管道。

附图说明

图1为油气管道中间接入盾构隧道的连接系统结构示意图；

图2为顶管与盾构隧道衔接处加固止水系统结构示意图；

图3为顶管与盾构隧道衔接处管片切割开孔示意图；

图4为顶管内安装油气管道结构示意图；

图5为顶管内油气管道与盾构隧道油气管道通过热煨弯管连接的弯头焊口位置示意图；

其中，1-热煨弯管，2-原状土，3-沥青麻丝，4-弯头直管段，5-泡沫混凝土，6-滑轮支架，7-盾构隧道，8-顶管，9-竖井，10-钢筋衬砌，11-钢承口，12-顶管中心线，13-油气管道中心线，14-植筋，15-锚杆，16-切割开孔管片，17-定滑轮，18-钢丝绳，19-油气管道，20-弯头焊口，21-卷扬机。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种油气管道中间接入盾构隧道的连接系统，如图1所示，包括：

竖井9，在所述竖井9的侧壁底部安装有顶管8，所述顶管8倾斜向下布置并与盾构隧道7衔接，本实施例中，所述顶管坡度超过50°。

所述顶管8与盾构隧道7的衔接处设有加固止水系统，如图2所示，所述加固止水系统包括若干个锚杆15、注浆层、植筋14和钢筋衬砌10。

锚杆15，其设置在顶管8与盾构隧道7间空隙地层，并沿所述顶管8的环向和纵向分别均匀布置。其中环向布置为沿所述顶管一周布置且垂直于所述顶管8外表面，所述纵向设置为平行于所述顶管8的纵向。所述锚杆15的长度为2000mm，其沿顶管8环向和纵向设置的间距均为300mm。所述锚杆的设置可以勘固顶管8与盾构隧道7间土体和地层。

注浆层，其设置在所述顶管8与盾构隧道7衔接处的围岩上。注浆材料采用双液浆，确保注浆加固后围岩稳定。

植筋14，其设置在顶管8与盾构隧道7衔接处的盾构隧道管片上，用于与环向钢筋的连接，加固钢筋衬砌与管片的连接，止水的同时还可避免高压力地下水的涌入。

钢筋衬砌10，其由沿注浆层环向绑扎的钢筋经支模、浇筑混凝土形成；所述环向绑扎的钢筋沿顶管纵向的一端与顶管首节管节的钢承口11焊接固定，另一端与所述植筋14固定连接。

顶管8内油气管道19直管段与竖井一侧盾构隧道7内的油气管道及竖井9另外一侧的油气管道均通过热煨弯管1连接。其中，顶管8内油气管道19直管段与竖井9另外一侧的油气管道可通过多个热煨弯管1连接，所述热煨弯管1之间通过弯头直管段4连接。

所述顶管8内油气管道19周围包裹有一圈橡胶颗粒，在所述橡胶颗粒外侧充填有泡沫混凝土5。所述竖井9内油气管道周围充填细土，在所述细土外侧充填原状土2。所述油气管道与竖井的连接处在油气管道周围设有沥青麻丝3，在沥青麻丝外侧使用素混凝土封堵。

为对所述盾构隧道管片进行加固处理，所述连接系统还包括钢支撑支架(未在附图中示出)，防止盾构隧道管片经切割后，由于围岩压力情况变化而导致管片变形和损伤。所述钢支撑支架设置在顶管8与盾构隧道7衔接处的盾构隧道管片外侧，包括若干个环向钢支撑和若干个纵向钢支撑并由所述环向钢支撑和纵向钢支撑焊接为一个整体，其中所述环向钢支撑和纵向钢支撑分别沿所述盾构隧道7的环向和纵向设置，所述钢支撑选用q235-b，hw400×400×13×21。

如图4所示，所述油气管道19的前后端分别安装有滑轮支架6。安装油气管道时，所述竖井9的底部安装有卷扬机21，在竖井底部正对顶管洞口的井壁上安装有定滑轮17，卷扬机21的钢丝绳18通过所述定滑轮17牵引所述滑轮支架6控制所述油气管道的下行速度和位置。在竖井9和顶管8分别充填原状土2和泡沫混凝土5前，将所述卷扬机21和定滑轮17拆除。

顶管首节管节与盾构隧道之间沿所述顶管环向布设有2根注浆导管，用于在管片切割开孔二次注浆后注入普通水泥浆，其中二次注浆所注入的双液浆可快速固结，以实现快速封堵；普通水泥浆的注入，可确保顶管与盾构隧道的衔接满足安全运营要求。

基于所述油气管道中间接入盾构隧道的连接系统，使得油气管道中间接入盾构隧道的工艺方法，包括以下步骤：

步骤1，根据油气管道安装空间要求，确定竖井尺寸。竖井直径需要满足最小的热煨弯管安装空间，热煨弯管的曲率半径按照6d(d为油气管道直径)考虑。所述竖井采用沉井法施工，且满足下沉稳定性和抗浮要求，具体的：

所述竖井满足下沉稳定性要求为沉井下沉系数满足下式要求：

kst＝(gik-ffw,k)/ffk≥1.05

式中，kst为沉井下沉系数，gik为沉井自重标准值(kn)，ffw,k为下沉过程中水的浮托力标准值(kn)，ffk为井壁总摩阻力标准值(kn)。

当沉井下沉系数大于1.3或在下沉过程中遇有软弱土层时，进行沉井的下沉稳定验算，并满足下式要求：

式中，kst,s为沉井下沉稳定系数，gik为沉井自重标准值(kn)，f'fw,k为验算状态下水的浮托力标准值(kn)，f'fk为验算状态下井壁总摩阻力标准值(kn)，rb为沉井刃脚、隔墙和底梁下地基土的极限承载力之和(kn)。

所述竖井满足抗浮要求为满足下式要求：

当沉井深度超过20m时，

当沉井深度不超过20m时，

式中，kfw为沉井抗浮系数，gik为沉井自重标准值(kn)，ffk为井壁总摩阻力标准值(kn)，为基底的水浮托力标准值(kn)。

步骤2，在竖井底部设置后背墙，根据顶进的角度和地层条件确定顶管的顶进力。

顶管施工过程中，为保证顶进的钢筋混凝土顶管不发生破坏，所述顶管的顶进力满足顶管机掘进时的总顶进力不超过顶管传力面允许最大顶力，其中所述顶管传力面允许最大顶力计算如下：

fdc＝0.391×fc×ap

式中，fdc为顶管传力面允许最大顶力(n)，fc为钢筋混凝土受压强度设计值(n/mm²)，ap为钢筋混凝土顶管的最小有效传力面积(mm²)，本实施例中采用c50等级的混凝土，fc＝23.1n/mm²。

步骤3，将顶管下放至与盾构隧道对接的设计位置，包括以下步骤：

步骤3.1，将顶管首节管节下部土体开挖2米；

步骤3.2，将所述管节缓慢下滑2米；

步骤3.3，重复步骤3.1和步骤3.2，直至所述管节下放至对接设计位置；

步骤3.4，将第二根管节松开丝杠，缓慢下放与首节管节插接组对；

步骤3.5，重复步骤3.4，将其余管节依次下放并插接组对完成。

步骤4，将顶管与盾构隧道衔接处进行加固处理，包括：

设计当顶管首节管节距离盾构隧道500mm时停止下放，人工挖掘清除盾构隧道管片与顶管间的土体，为勘固土体和加固地层，将顶管与盾构隧道间空隙地层沿顶管的环向和纵向分别施打锚杆，所述锚杆l＝2000mm，间距300mm×300mm(环向、纵向)。从顶管内将顶管与盾构隧道衔接处围岩进行注浆加固，注浆材料采用双液浆，确保注浆加固后围岩稳定。待浆液固结稳定后，顶管与盾构隧道衔接部位人工挖修边，清除管片与顶管首节管节钢承口结合处泥砂，在顶管与盾构隧道衔接处的盾构隧道管片上等间距钻孔植筋。再沿注浆层绑扎环向钢筋，所述环向钢筋沿顶管纵向的一端固定连接所述植筋，另一端与钢承口焊接固定，按顶管管节内径及盾构隧道管片开口尺寸支模、浇筑混凝土，达到强度后拆除模板，形成图2中所示150mm厚的钢筋衬砌10。

步骤5，对要切割的管片进行测量放线，确定切割边线，如图3所示，按照管节内径圆在管片上画线，确定盾构隧道管片开孔位置。

步骤6，在顶管与盾构隧道拱顶交界里程处设置钢支撑支架对所述管片进行加固处理。本实施例中，沿盾构隧道环向设置20道环向钢支撑，沿盾构隧道纵向设置9道纵向钢支撑，所述环向钢支撑和纵向钢支撑焊接成一个整体。

步骤7，进行管片切割，切割完成后，通过所述管节预留的注浆孔完成所述管节与所述管片之间的二次注浆：

其中管片切割采用水钻开孔，以确保切割面整齐。且管片切割时不破坏管片背后的注浆层，所述注浆层作为二次注浆时的封闭面。切割拆除过程中密切注意观察管片背后土体注浆加固情况，加固效果不理想或者达不到要求时继续进行注浆加固。待盾构隧道管片切割完成后，确保地层稳定及地下水在可控范围内，然后在顶管管节预留的注浆孔在管片与管节间进行二次注浆，注入双液浆进行快速封堵。通过注浆导管，在二次注浆完成后注入普通水泥浆。

步骤8，通过顶管将待安装的油气管道下滑，并完成与盾构隧道内油气管道的连接，如图4所示。

由于顶管内径较小(不大于2m)，且顶管坡度较大(超过50°)，需要在竖井内完成油气管道焊接，假设竖井内径8m，考虑油气管道焊接的空间，要求每段油气管道长度不大于6m。由于顶管坡度大，油气管道存在下滑溜管的风险，在竖井底部正对顶管洞口的井壁上安装定滑轮，为保证安全，在竖井底部安装一台10t卷扬机，卷扬机的钢丝绳通过定滑轮牵引管道的滑轮支架。油气管道吊装下井后，在两根油气管道前后安装有所述滑轮支架，利用油气管道自重向顶管内滑行，同时利用所述定滑轮和卷扬机，控制油气管道的下行速度和位置。

当油气管道下滑到顶管内预定位置后，利用自制的门吊吊装弯头和顶管内预留的油气管道组队焊接。如图5所示，根据测算，该弯头焊口20位置在顶管内，顶管与盾构隧道交叉部位的管道热煨弯管(80°～90°)与顶管内直管段组对焊接需要在顶管内完成。

步骤9，油气管道安装完成后，将顶管内油气管道周围包裹20cm厚的橡胶颗粒，在橡胶颗粒外填充泡沫混凝土；在竖井内油气管道周围200mm内采用细土回填，竖井里其余地方回填原状土。油气管道与竖井侧壁连接处，在油气管道周围100mm范围内用沥青麻丝封堵，其余部分用c20素混凝土封堵。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。