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管道研究

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高強柔性蓋板防范挖掘損壞管道的應用

來源:《管道保護》2023年第4期 作者:王東源 楊建 張振永 熊健 時間:2023-8-1 閱讀:

王東源 楊建 張振永 熊健

中國石油天然氣管道工程有限公司

 

摘要:防范施工挖掘損壞管道一般常用鋼筋混凝土蓋板,存在成本高、施工難度大、施工耗時長等不足。針對這些問題,本文開展了高強度柔性蓋板選型工作,明確了其外觀尺寸、力學耐久性能等主要指標。通過現場挖掘試驗,驗證了高強度柔性蓋板的安全性、適用性,并且具有結構簡單、施工方便、可靠穩定、經濟合理等特點,在管道建設期、運營期提前預埋,可以較好發揮第一時間的警示提醒和防護保護功能,應用前景廣闊。

關鍵詞:高后果區;柔性蓋板;高強;第三方挖掘;現場試驗

 

在對油氣管道造成破壞的事件中,第三方施工活動破壞發生的頻率最高,且最不可控[1],如果發生在人口密集型高后果區,影響更甚。目前采取的防護方法主要是使用鋼筋混凝土蓋板[2-3]。但是鋼筋混凝土蓋板成本高,施工難度大、耗時長,還不能在機械挖掘時及時警示提醒。

新型高強柔性蓋板采用滌綸纖維長絲為原材料編織成網格坯布,涂覆聚氯乙烯膠或丁苯膠乳,能夠抵抗至少30噸挖掘機的作用力,顏色為具有警示作用的黃色,在人口密集型高后果區,完全可以替代鋼筋混凝土蓋板,有效防范施工挖掘活動對管道的損壞,同時具有結構簡單、施工方便、可靠穩定、經濟合理等優點。該技術在管道保護領域中還沒有使用先例,填補了國內行業技術空白。

1  現場試驗驗證

開展了高強柔性蓋板的警示性能和抗沖擊性能驗證。在警示性能驗證試驗中,當挖掘機撞擊到油氣管道上方設置的高強柔性蓋板時,挖掘機司機有明顯感知,提醒地下有障礙物,停止挖掘工作。在抗沖擊性能驗證試驗中,高強柔性蓋板抵擋了30噸重的挖掘機的作用力,并阻擋了進一步下挖。

1.1  試驗方案和步驟

在試驗中允許新型高強柔性蓋板出現局部碎裂,但不允許出現折斷現象,以防挖掘機直接貫穿損壞管道。在最后的縱向撞擊之后,要進行的操作是繼續嘗試把柔性蓋板拉出地面或將其損壞(圖 1)。


1 平面布置圖和剖面布置圖

試驗中考慮兩個試驗階段:

(1)驗證一次性沖擊深度試驗。設置新型高強柔性蓋板不埋土且受挖掘機鏟斗垂直作用的工況,以確定挖掘機鏟斗的一次性沖擊深度,此深度值作為高強柔性蓋板與油氣管道保持的最小安全距離的重要數據支撐。高強柔性蓋板尺寸長為14 m、寬為2.5 m,埋深深度0.3 m,沖擊作業區位置設置在中間部位,尺寸長為2 m、寬為2.5 m,除作業區不回填土體外,其余部位全部進行土體回填。挖掘機位于試驗溝槽中間位置,沿縱向,挖掘機鏟斗用力向下沖擊,效果如圖 2所示。


2 一次性沖擊深度試驗

經多次沖擊試驗,即使挖掘機前端翹起,挖掘機鏟斗沖擊深度在16 cm~18 cm左右,也被阻擋無法繼續下挖,挖掘機鏟斗齒從高強柔性蓋板網孔穿過,無法完全破壞條帶。試驗證明,柔性蓋板起到明顯阻止下挖的作用,一次性沖擊試驗效果較好。

(2)警示和機械防護效果試驗。本次試驗將高強柔性蓋板埋深在地面0.5 m處,試驗段土工格柵尺寸長為30 m、寬為2.5 m,埋深深度0.5 m,沖擊作業區位置設置在中間部位,尺寸長為2 m、寬為2.5 m,整段區域全部進行土體回填,通過長度方向上的土體來抵抗挖機的一部分拖拽力,避免高強柔性蓋板被挖掘機鏟斗拖拽出。為了全面測試高強柔性蓋板的性能,設置縱向挖掘格柵的頂部和邊緣、縱向挖掘格柵中心的頂部和橫向挖掘蓋板的頂部和邊緣、橫向挖掘格柵中心的頂部等四種測試。  

縱向挖掘試驗中,挖掘機縱向攻擊格柵的中間位置(圖 3),挖掘機在縱向攻擊高強柔性蓋板中間部位時,蓋板條帶幾乎未斷裂,被挖機鏟斗提高72 cm,已高出地面20 cm左右,可以多次導致挖掘機憋熄火,完全可以引起挖掘機司機注意,停止作業,發揮了較好的機械防護和提醒警示作用。


3 縱向挖掘試驗

橫向挖掘試驗中(圖 4),由于高強柔性蓋板寬度為2.5 m,寬度方向回填土層少,比較容易被挖機拉出來,幾乎沒有條帶斷裂現象,被挖掘機提高1.5 m左右,十分容易引起司機的注意。


4 橫向挖掘試驗

1.2  試驗結果

一次性沖擊深度試驗表明,高強柔性蓋板在防止挖掘機鏟斗繼續深挖過程中發揮了重要作用,將挖掘深度阻止在20 cm之內,為油氣管道保護的最小安全距離提供了重要數據支持。在警示和機械保護試驗過程中,高強柔性蓋板被挖掘機拉出地面高度以上,向挖掘機司機提供了重要信號,引起司機的警惕和注意。兩個階段試驗都驗證了高強柔性蓋板在油氣管道保護工程中警示提醒作用和機械防護效果。

2  經濟性分析

高強柔性蓋板可以現場人工手動展開,施工便捷安全,材料、運輸、安裝成本低。與常規采用的鋼筋混凝土蓋板的成本費用對比如表 1所示。

1 成本費用比較表


3  工程應用

3.1  外觀要求及材料性能指標

高強度柔性蓋板顏色應為具有警示作用的黃色,色澤應均勻,外觀應無損、無破裂,網孔大小形狀應均勻,無斷絲、無網眼抽縮,節點應牢固、無滑移,涂覆應均勻。應使用滌綸纖維長絲,涂覆聚氯乙烯膠或丁苯膠乳,能夠完全抵抗不小于30噸挖掘機的挖掘作用,使用壽命均應大于等于100年。

高強度柔性蓋板外觀尺寸、力學、耐久性能詳見表 2規定。

2 高強度柔性蓋板的性能指標要求


3.2  典型型式

高強度柔性蓋板典型型式詳見圖 5。


5 典型高強度柔性蓋板型式

3.3  成本分析

新型高強度柔性蓋板在工程中應用長度合計29.96 km,累計節約成本約2606.52萬元。該節約成本僅是防護蓋板在材料成本上的費用,不包括現場施工機械費用的降低、施工效率的提高帶來的成本節約。

4  結語

與傳統的鋼筋混凝土蓋板相比,高強柔性蓋板可以對第三方施工挖掘活動產生較好的警示提醒和機械防護作用,特別是在人口密集型高后果區,可以有效降低公共安全風險。同時具有結構簡單、施工方便、可靠穩定、經濟合理的特點,可廣泛應用于埋地管道的設計、施工和防護領域,具有良好的經濟效益和社會效益,應用前景廣闊。

 

參考文獻:

[1]李華明. 關于燃氣管道設施第三方施工破壞事故損失計價項目的探討[J].城市燃氣,2019(5):45-48.

[2]鄧小濤,連大煥,曹林曉. 在役天然氣管道與道路交叉保護設計方案研究[J].工程技術研究,2020,5(24):200-202.

[3]吳海春,謝俊,田春曉,等.輸氣管道地區等級升級后定量風險評價技術[J].油氣田地面工程,2021,40(4):8-13.


作者簡介:王東源,1987年生,碩士研究生,中國石油天然氣管道工程有限公司線路室工程師,主要從事長輸管道線路設計及管道安全防護研究工作。聯系方式:17701305285,cppewangdy@cnpc.com.cn。


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