PE管水平定向鉆穿越深度的探討

PE管水平定向鉆穿越深度的探討關(guān)鍵字：天然氣，水平定向鉆、PE管、穿越深度、最大豎向變形1、 概述在城市天然氣工程設(shè)計中，由于天然氣為新型能源，在原來的城市規(guī)劃中并未考慮燃?xì)夤艿赖墓芪唬蕴烊粴夤艿姥氐缆贩笤O(shè)時,需要穿越的道路通常己經(jīng)通車。傳統(tǒng)的開挖直埋方式顯然會對道路交通造成影響，所以越來越多的工程采用水平定向鉆方式穿越道路①。水平定向鉆穿越的管材可以采用鋼管和PE管，考慮到經(jīng)濟、布管和施工條件等因素，通常采用PE管進行穿越敷設(shè)。城市道路下方管線極其復(fù)雜，定向鉆穿越時往往會與現(xiàn)有管線交叉，為滿足規(guī)范規(guī)定的安全間距要求，穿越深度的選取就非常重要。在《聚乙烯燃?xì)夤艿拦こ碳夹g(shù)規(guī)程KJJ63-2006中，對于開挖PE管埋設(shè)的最小覆土厚度有明確的規(guī)定，在車行道下時，不得小于0.9m②。而在《水平定向鉆法管道穿越工程技術(shù)規(guī)程》中提到水平定向鉆最小覆土深度應(yīng)符合各行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)的要求，當(dāng)木行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)無特殊要求時，最小覆土厚度應(yīng)符合表2的規(guī)定③。滿足規(guī)范的要去。那么，穿越的最小的埋深己經(jīng)可以確定，而穿越的最大埋深怎么確定呢？眾所周知，管道埋在土壤里會受到上方土壤自重的壓力，以及道路上駛過的重車的壓力，甚至在道路修復(fù)或拓寬工程中，會有起重車這樣超重卡車長時間滯留在道路上，所以穿越深度越大，承受的上方的土壤重量和荷載也會越大。本文旨在探究各個口徑的PE管穿越深度與其最大豎向變形的關(guān)系，為工程設(shè)計及施工提供一定的幫助。2、 計算參數(shù)及公式2丄計算參數(shù)1)D管道外徑0.063-0.315m2)Ed土壤變形模量4.59M06P3)土壤重18.5kN/m3(最不利考慮)4)C荷載系數(shù)1.22.2計算公式土荷載F二CHDF--每延米管道上管頂豎向土壓力標(biāo)準(zhǔn)值，KN/m(2.2.1)H-一管頂?shù)降孛娴木嚯x，mD—管道外徑，m地而荷載④qk=P/(C+2Htan30°)(D+2Htan30°) (2.2.3)qk—地面車輛荷載傳遞到管頂?shù)呢Q向壓力標(biāo)準(zhǔn)值，KN/m2P—單個輪的壓力，取98KNC-一汽車輪胎在行車方向的著地長度，取0.2mD-—汽車輪胎寬度,取0.6m最大豎向變形Wd,max=DIKb(F十屮qkD)/(8Sp+0.061Ed)⑤(2.2.3)Wd.max---聚乙烯管道的最大豎向變形，mmWd,max^0.05DDI—變形滯后效應(yīng)系數(shù)，取1.0Kb―管道變形系數(shù)，取0.096屮-一準(zhǔn)永久值系數(shù)，取0.5Sp-—管材環(huán)剛度(N/mm2),取0.008N/mm23、計算結(jié)果根據(jù)上述公式及參數(shù)，將各數(shù)值代入至相應(yīng)的公式中，計算結(jié)果見表2：由上表可以得出，管道的豎向變形量隨著深度的增加而增大，在埋深7米和8米之間會達(dá)到管道的最大豎向變形量，而且各個口徑的管道幾乎是一樣的，由此可知，PE管水平定向鉆穿越城市道路的最大埋深應(yīng)為7米，在某些二級公路或者重車較少的路段埋深可以設(shè)計為8米。上述計算的地面車輛荷載是普通重車的荷載，而當(dāng)?shù)缆肥┕r,會有壓路機等重車經(jīng)過，甚至是長期停留在道路上，考慮到上述情況,則道路車輛荷載公式為：qk二0.478IP/H2P-—集中荷載，以50噸壓路機為例，按500KN計算I-一沖擊系數(shù),取15結(jié)合上述公式計算得出結(jié)果詳見表3口徑下得最大豎向變形，這也符合了規(guī)范里要求最小1.5m的穿越深度；而在埋深6米和7米之間也會達(dá)到管道的最大豎向變形量,比正常荷載下得工況少了2米，所以在穿越正在施工的道路時，應(yīng)將穿越深度定為1.5-6mo4、埋深過大時的有效措施經(jīng)了解，現(xiàn)在大多數(shù)城鎮(zhèn)水平定向鉆穿越道路時的埋深為4-7米之間，基木可以滿足上述計算結(jié)果的要求。但由于城市地下管線眾多，且錯綜復(fù)雜，往往為了避開某些重要管線，不得已只能將穿越深度增大，甚至超過8米的臨界線，那么這時可以采取什么措施來防止PE管因上方土壤及車輛的擠壓而產(chǎn)生豎向變形導(dǎo)致破裂呢？(2)在穿越管道外側(cè)增設(shè)PE套管。在由上表中可以看出，各個口徑的PE管在最大埋深的數(shù)值上并沒有太大的區(qū)別，也就是說，這根套管如果也是PE材質(zhì)的話，它也會因上方的擠壓而造成破裂，而芯管則可以暫時受到保護，但經(jīng)過長年累月的積累，套管因多處破裂而無法支撐時，那么芯管也將受到威脅。所以增設(shè)PE套管的措施并不保險，依然可能會有對穿越管道損害的情況發(fā)生。在穿越管道外側(cè)增設(shè)鋼制套管。那么由于鋼管的特性，在埋深20米情況下都不會超過自身的最大豎向變形，是可以起到保護芯管的作用。但由于鋼管穿越的曲率半徑較小，并且無法像PE管那樣的蜿蜒敷設(shè)，所以在短距離穿越道路時鋼制套管是無法穿越的。將穿越PE管改為鋼管。這應(yīng)該是最好的一個措施，但由于鋼管水平定向鉆穿越需安裝犧牲陽極，并要求開挖測試井，雖然費用上與增設(shè)鋼制套管差不多，但施工難度與周期上將會大大的增加。綜上所述，在長距離水平定向鉆穿越中，在穿越深度較大時，可增設(shè)鋼制套管，以保護PE管。而在短距離水平定向鉆穿越中，可將原穿越PE管改為同口徑鋼管，這樣可以滿足上文表中的要求。4、結(jié)論燃?xì)夤艿赖乃蕉ㄏ蜚@穿越方式算是一種新的敷設(shè)方式，以前只是用在穿越大型的河流，高速公路等。而如今，在各個城鎮(zhèn)中，在遇到無法開挖的情況時，都會采用水平定向鉆方式穿越。誠然，水平定向鉆穿越在施工周期，經(jīng)濟，對城市交通的影響上有著無可比擬的優(yōu)勢，但由于穿越深度較大，無法做到后期維護等工作，一旦出現(xiàn)問題，后果不堪設(shè)想。而現(xiàn)在某些施工隊在未探明地下管線的情況下，一味地將穿越深度增大，以避開現(xiàn)有管線。雖然在施工時避免了意外地發(fā)生，但危險始終埋在地下，隨著時間的積累，隨時都會有被擠壓破裂的可能存在。本文雖然只是以理論的角度分析了水平定向鉆穿越的埋深與最大豎向變形的關(guān)系，得出穿越深度應(yīng)控制在1.5-8m之間，但對于設(shè)計和施工依然一定的參考價值。在設(shè)計時，應(yīng)盡量避免將穿越深度設(shè)置在臨界值附近的數(shù)值，并應(yīng)對穿越現(xiàn)場仔細(xì)勘察，包括來往通行的車的種類，道路上是否有重物堆積