珠海市黄杨河燃气管道穿越工程设计

朱 凯 敏

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610081)

珠海市黄杨河燃气管道穿越工程设计

朱 凯 敏

(中国市政工程西南设计研究总院有限公司，四川 成都 610081)

介绍了珠海市黄杨河燃气管道穿越工程的工程概况、穿越位置与穿越深度选取的思路，通过管材选取、回拖力核算、管道径向稳定性核算三方面探讨了PE管在长距离水平定向钻穿越中的应用。

水平定向钻，穿越，PE管，回拖力，径向稳定性

1 工程概况

珠海市黄杨河燃气管道穿越工程是珠海西区市政中压燃气输配系统的一部分，项目东起湖心路，西至珠峰大道，管线路由位于尖峰大桥下游60 m，设计采用水平定向钻施工工法穿越鸡啼门水道(为Ⅲ级航道，穿越段又称“黄杨河”)。穿越水域宽度为390 m，根据GB 50423—2013油气输送管道穿越工程设计规范(以下简称“GB 50423—2013”)，项目工程等级为大型水域穿越工程。

本段穿越工程输送介质为天然气，设计压力0.4 MPa，采用符合GB 15558.1—2015燃气用埋地聚乙烯(PE)管道系统 第1部分：管材要求的De355 SDR11聚乙烯(PE)燃气管道。定向钻入土点位于鸡啼门水道东岸河堤以东约50 m空地，入土角12°；出土点位于西岸河堤以西约66 m，出土角10°，西岸沿珠峰大道有近600 m的市政绿地可用于管道组焊和回拖前的布管场地。穿越段直线长度508 m，管道长度520 m，曲线段曲率半径为177.5 m(500D)。

结合中国有色金属长沙勘察设计研究院有限公司出具的《黄杨河燃气管道穿越工程岩土工程勘察报告书》(2016年7月)，本项目燃气管道自西向东依次穿越人工填土、淤泥、粉质粘土、淤泥质粘土、人工填土。

珠海西区城镇燃气输配系统的气源场站包含位于金湾区的泥湾门门站和位于斗门区的临港门站、斗门门站，目前仅泥湾门门站建成通气。本穿越工程建成后，近期可将黄杨河东岸的泥湾门门站气源经珠海大道、湖心路引至西岸后向北供应井岸镇、通过珠峰大道向西供气；远期可实现金湾区和斗门区燃气管道的互通，提高供气稳定性。

2 穿越位置和穿越深度

穿越航道的水下管道必须布设在远离滩涂、港口和锚地的稳定河段。根据GB 50423—2013，采用水平定向钻进行水域穿越时，穿越管段距离桥梁墩台冲刷坑外边缘不宜小于10 m，且不应影响桥梁墩台安全。结合市政燃气管道总体走向，穿越位置选取距离尖峰大桥投影线边线南侧60 m的下游。入土点选取鸡啼门水道东岸河堤以东约50 m的市政绿地，出土点位于西岸河堤以西约66 m的市政绿地，满足水平定向钻入土点、出土点距大堤堤脚距离不宜小于50 m的要求。

根据GB 50423—2013，水域穿越管段管顶埋深不宜小于设计洪水冲刷线或疏浚深度线以下6 m；另据广东正方圆工程咨询有限公司出具的《黄杨河燃气管道穿越工程航道通航条件影响评价报告》(2016年5月)，本项目满足通航条件的燃气管道顶部敷设深度应不小于-6.734 m(56黄海高程，下同)。

由测量资料可知，穿越位置的河床最低处约为-6.9 m；穿越管道水平敷设段长度为321 m，设计管中标高为-13.23 m，已涵盖适航水域，满足相关规范和通航条件对穿越深度的要求。

3 工艺设计

3.1管材选取

中压和低压燃气管道穿跨越工程选材可根据输送介质、设计压力、设计温度、设计使用寿命以及环境条件选择钢管或PE管。尽管CJJ/T 250—2016城镇燃气管道穿跨越工程技术规程(以下简称CJJ/T 250—2016)建议当穿越管道的管径大于DN400或长度大于300 m时，宜采用钢管。但由于PE管在以下诸多方面有着钢管无法比拟的优势[1]，且德国LMR公司早于2005年7月已经创造了用D350 mm的PE管一次性穿越易北河(穿越长度2 626 m)的记录[2]。在进行回拖力核算和径向稳定性核算后，建设单位更倾向于选用PE管。

1)耐腐蚀性：钢管除采用防腐层外，还应设置阴极保护系统；在以PE管为主的市政中压燃气输配系统中建设零星钢管，给建设单位运行造成不便；而PE管耐土壤腐蚀，不必考虑防腐措施；2)使用寿命：钢管使用寿命一般为25年左右，而PE管使用寿命达到50年，长距离穿越工程造价高、施工难度大的特点也凸显了管道寿命的重要性；3)输送性能：PE管内壁光滑，当量绝对粗糙度仅为钢管的1/10，意味着更小的输气压力损失；4)焊接复杂性：穿越工程中钢管的焊缝应进行100%超声检测和100%射线检测，而PE管无需进行无损检测。

3.2回拖力核算

CJJ/T 250—2016和CJJ 63—2008聚乙烯燃气管道工程技术规程对PE燃气管道水平定向钻回拖时的最大允许回拖力的规定分别见式(1)和式(2)。这两个公式均源自ISO/TS 10839:2000燃气输送用聚乙烯管材和管件设计、搬运和安装规范和EN 12007燃气供应系统——最大压力超过16巴的管线，其中式(2)相较式(1)作了一定简化，虽要求稍有放宽，但相较管材屈服拉伸应力仍有较大余量，因此本工程采用式(2)计算值(171.85 kN)作为本项目所用De355，SDR11燃气管道的水平定向钻最大允许回拖力。

(1)

(2)

其中，F为允许拖拉力,kN；de，DN均为管道公称直径，对于PE管材，公称直径为管道外径，mm；SDR为标准尺寸比。

由于管道回拖时边界条件复杂，所以很难建立起与实际工况非常吻合且具有普遍适应性的力学模型，因此在实际工程中大多采用以下三种经验公式：静浮力计算法、卸荷拱土压力计算法、绞盘计算法[3]。

根据本项目地质条件，选取静浮力计算法，采用GB 50423—2013推荐的如下公式(式(3))计算值的1.5倍～3倍作为钻机最大回拖力，至少应满足F≥1.5FL，才能通过管材的回拖力核算。

(3)

其中，FL为计算的拉力,kN；L为穿越管段的长度，本项目取520 m；f为摩擦系数，取0.3；D为管道外径，取0.355 m；γm为泥浆重量，取10.5 kN/m3；γs为管道重量，取9.4 kN/m3；δ为管道壁厚,m，等于D/SDR；Wf为回拖管道单位长度配重，当管道内充水配重时，为0.65 kN/m；K为粘滞系数，取0.18 kN。

分析式(3)可知，穿越管段回拖时产生的回拖力，由泥浆中的浮力扣除自重后(当配重时，尚需扣除配重)产生的摩擦力，加上拖管前进时管段在泥浆中的粘滞力组成。由于PE管密度较低，在不配重情况下，泥浆产生的浮力远超管道自重，产生较大的摩擦力，此时钻机的最大回拖力为320.61 kN，远大于管材的最大允许回拖力。

工程上有在管道回拖时充水降低管道回拖力的实例[4]。当回拖前管道内灌满水配重时，浮力扣除自重和配重后的摩擦力大大减小，此时钻机的最大回拖力为168.55 kN，满足F≥1.5FL的要求，可通过管材的回拖力校核。

3.3管道径向稳定性

GB 50423—2013给出了钢管在扩孔回拖时，空管在泥浆压力作用下的径向屈曲失稳核算公式，PE管材参数与钢管有较大差异，且为充水回拖，不能按照该公式进行校核。有文献[5][6]显示，某工程采用聚乙烯管穿越河流深度达到了17.6 m，该穿越管段在实际运行中尚未发现问题。

4 结语

本项目已于近日成功完成了PE管的回拖，随着施工技术、材料技术的发展以及对工程技术认识的提高，塑料管有望逐渐突破穿越长度的限制，在城镇燃气穿越工程中发挥越来越大的作用。

[1] 严铭卿.燃气工程设计手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[2] 尹刚乾，汤学峰.磨刀门水道水平定向钻穿越施工技术[J].石油工程建设，2008,34(6):181-182.

[3] 王可栋，张乐珍.深圳市坂澜大道天然气高压管线定向穿越工程[J].上海燃气，2010(6):96-98.

[4] 乾炜杰，贾德伟，李 刚.PE配重管在大口径长距离定向钻穿越中的应用[J].江汉石油科技，2012,22(1):123-125.

[5] 苏 琪.水平定向钻进技术在城关镇燃气管道的应用[J].煤气与热力，2011,31(2):166-167.

[6] 孙中飞.钢管和聚乙烯管应用于水平定向钻穿越的比较[J].煤气与热力,2012(7):140-141.

DesignofnaturalgaspipelinecrossingprojectofZhuhaiHuangyangriver

ZhuKaimin

(SouthwestMunicipalEngineeringDesignandResearchInstituteofChina,Chengdu610081,China)

Project general situation, crossing site and crossing depth selection of natural gas pipeline crossing project of Zhuhai Huangyang river is introduced. The application of PE pipeline in long distance horizontal directional drilling is discussed through the aspects of pipeline material selection, pull-back force checking and radial stability checking of pipeline.

horizontal drilling, crossing, PE pipeline, pull-back force, radial stability of pipeline

TU996.7

A

1009-6825(2017)27-0084-03

2017-07-17

朱凯敏(1986- )，男，硕士，工程师