地鐵施工中高壓燃氣管道改遷工程分析

王飛龍，楊笑琴，黎瀚陽 （中國市政工程華北設計研究總院有限公司合肥分公司，安徽 合肥 230000）

1 工程概況

合肥地鐵八號線南起珠江路站，沿徽州大道-阜陽路-清河路-蒙城路-興隆路-阜陽北路-湯都路-鳳麟路-五湖大道敷設，止于北城車輛段站。合肥軌道交通八號線是連接北城新區和廬陽區南北方向的快線，時速達100km/h，也是北城等外圍組團與中心城之間聯系的迫切需要。地鐵的建設將形成城市南北向快速走廊，可以節省市民出行時間，極大提升出行效率。

合肥市地鐵八號線工程的建設與合肥繞城高壓燃氣管道在鳳麟路上的管位相沖突，需要對高壓燃氣管道進行改遷。合肥繞城高壓燃氣管道在長豐縣敷設起點位于羅集門站，終點位于合水路調壓站，燃氣管道管線主要沿著鳳麟路進行敷設。改遷管線起點位于合肥市長豐縣北城鳳麟路與五湖大道交口，管線沿著五湖大道道路中心綠化帶向東敷設約270m，然后管線沿著羅集路西側轉向南敷設，敷設至問禮路交口處，管線再沿著問禮路北側轉向西敷設至鳳麟路與原管道對接。改線管線管徑DN700，壓力4.0MPa，長度約1.77km。改線段的高壓燃氣管道在五湖大道上與地鐵八號線存在交叉，因此需對交叉位置進行方案設計及安全防護。

2 方案設計

2.1 地鐵與高壓燃氣管道交叉凈距

《地鐵設計規范》（GB 50157-2013）及相關行業規范并未提到地鐵與高壓燃氣管道交叉凈距要求。

《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）規定了壓力不大于1.6MPa 的室外燃氣管道與鐵路（軌底）、有軌電車（軌底）垂直凈距，具體如表1 所示，同時要求高壓A 與鐵路（軌底）、有軌電車（軌底）垂直凈距不應小于表1的規定。

表1 地下燃氣管道與構筑物或相鄰管道之間垂直凈距（單位：m）

地鐵八號線采用盾構法施工，盾構法施工區間隧道覆土不宜小于隧道外輪廓直徑等相關要求，因規范并未明確燃氣管道是否能從地鐵上方穿越，本項目采用安全措施并經過各部門同意之后，從地鐵上方穿越。

2.2 高壓燃氣管道埋深

燃氣管道采用直埋敷設，管道必須埋設在土壤冰凍線以下。地下燃氣管道埋設的最小覆土厚度（管頂至路面）按《城鎮燃氣設計規范（2020 版）》（GB 50028-2006）有關要求執行。

埋設在機動車道下時，不得小于0.9m；埋設在非機動車車道（含人行道）下時，不得小于0.6m；埋設在水田下時，不得小于0.8m。

一般線路段管道以溝埋方式敷設為主，考慮到項目的實際情況，管頂覆土為1.2～1.5m，石方地段溝底應比土壤區管溝深挖0.3m，并用細土或砂漿深挖部分墊平后方可下管。同時管溝回填應先用細土回填至管頂以上0.3m，才允許用土、礫或粒徑小于250mm 的碎石回填并壓實。

2.3 改遷方案

地鐵八號線進出站用地紅線寬度約6.2m，與高壓燃氣管道交叉位置用地紅線寬度約10.0m、12.0m，地鐵頂部距離路面凈距約7.8m。改遷高壓燃氣管道在交叉處埋深為3.7m、1.5m，因此改遷后的高壓燃氣管道距離地鐵八號線交叉凈距為3.4m、5.6m。為防止地鐵盾構法施工造成土壤局部塌陷，從而影響高壓燃氣管道的安全，因此在高壓燃氣管道下方設置整塊的鋼筋混凝土板，鋼筋混凝土板長度分別為20.0m、22.0m，厚度為0.2m。

圖1 改遷后的高壓燃氣管道與地鐵八號線交叉位置平面圖

圖2 改遷后的高壓燃氣管道與地鐵八號線交叉位置斷面圖

2.4 管材及壁厚選取

2.4.1 管型選取

針對目前鋼管市場材料價格行情，本項目直埋段采用L485M PSL2直縫雙面埋弧焊接鋼管，冷彎彎管與穿越段采用L485M PSL2 直縫雙面埋弧焊鋼管，熱煨彎管采用L485N PSL2 直縫雙面埋弧焊鋼管。鋼管的制造及驗收均應符合《石油天然氣工業管線輸送系統用鋼管》（GB/T 9711-2017）要求。

2.4.2 壁厚選取

根據《城鎮燃氣設計規范》（GB 50028-2006）規定，直管段鋼管壁厚按計算方式為：

式中，δ為鋼管計算壁厚，mm；P為設計內壓力，MPa；D為鋼管外徑，mm；σs為鋼管的規定屈服強度最小值，MPa；?為鋼管焊縫系數，選取1；F為設計系數，四級地區等級為0.3。

根據式（1），計算直管段壁厚如表2所示。

表2 直管段壁厚計算表

考慮工廠加工偏差、管道腐蝕余量等原因，本次改遷高壓燃氣管道選用D711×12.7mm、L485M PSL2 直縫雙面埋弧焊接鋼管。

3 雜散電流的危害及防護

3.1 雜散電流的危害

地鐵在試運行及運行過程中會產生直流雜散電流、交流雜散電流，雜散電流會對本項目交叉段管道發生電化學腐蝕，它不僅能縮短燃氣管道使用壽命，同時也造成了安全隱患。雜散電流會腐蝕埋地高壓燃氣管道，具有腐蝕強度大、危害性強的特點。當埋地管道周邊沒有雜散電流時，只有土壤腐蝕，金屬表面會形成一種微電池，陽極上發生氧化反應，使陽極發生溶解，陰極上發生還原反應，一般只起傳遞電子的作用，腐蝕電流只有幾十微安。而雜散電流干擾腐蝕為電解電池原理，電位在幾伏至上百伏之間，1A 電流通過鋼管表面一年可溶解約10kg 的鋼鐵，由此可見雜散電流腐蝕對管道影響較大。

3.2 雜散電流的防護

本項目在管道下方設置絕緣隔板，絕緣隔板敷設在鋼筋混凝土板上方，寬度為1.5m。本項目在管道施工時，高壓燃氣管道與地鐵周邊設置三個測試樁，分別位于地鐵兩側及中間。由于本項目設置強制電流進行管道的保護，因此不再設置臨時陰保。等到地鐵試運行時，燃氣公司對這三處測試樁進行測試，測試結果如果不滿足《鋼質管道外腐蝕控制規范》（GB/T 21447-2018）要求的保護電位在-0.85～-1.20V 之間時，應單獨對地鐵交叉處進行排流保護。

圖3 通電點電位測試樁接線示意圖

3.3 排流防護措施

3.3.1 固態去耦合器

圖4 雜散電流干擾防護安裝示意圖

固態去耦合器工作原理是采用整流裝置對交直流干擾，進行電流泄放和電壓限制，采用壓敏電阻型電涌保護器的快速響應特性和火花間隙型電涌保護器的大電流耐受特性及低殘壓特性，對直擊雷和感應雷進行排流和電壓限制，各器件之間采用特殊的智能能量配合方式，保證交直流干擾和直擊雷、感應雷干擾之間的智能切換、有效動作和能量配合。固態去耦合器通過電纜一端與管道連接，另一端與接地體連接。為了方便陰極保護參數的測量，固態去耦合器需要配具有測試功能的支架。將接地體連接電纜和管道線纜，通過支架內置的接線板與固態去耦合器連接。

3.3.2 排流連接線纜

在管道施工時，在排流設施中采用YJV1×25 型連接電纜，為保證焊接的可靠性，防止焊接造成應力集中，對管道金屬本體產生不利影響。排流電纜與管道連接點處推薦采用鋁熱焊方式，焊接位置不應在彎頭上或管道焊縫兩側200 mm 范圍內。采用鋁熱焊時焊接用的鋁熱焊劑用量不應超過15g。

3.3.3 排流接地體

排流接地體的設置原則是使其接地電阻小于管道接地電阻，為雜散電流提供一個低電阻通道，將雜散電流通過接地體排出流入大地。排流接地體距離管道應保持一定的距離，以防止排流電流從附近重新流回管道。

4 安全防護措施

4.1 設計方面

管道焊接完成后，強度試驗及嚴密性試驗之前，必須對所有焊縫進行外觀檢查和對焊縫內部質量進行檢驗，外觀檢查應在內部質量檢驗前進行。焊縫的外觀質量不得低于《現場設備、工業管道焊接工程施工規范》（GB 50236-2011）規定的Ⅱ級質量要求。焊縫內部質量檢驗采用100%超聲波探傷和100%X射線照相檢查。

管道上方0.5m 埋設警示帶（板），加大標志樁密度，地鐵兩側設置加密樁，同時單獨設置告知牌，且滿足通視性要求。在與地鐵交叉段增設視頻監控措施，并將信號傳輸至鄰近的站場。

4.2 施工方面

施工時嚴格控制管道與特定場所、易燃易爆場所的間距，不得隨意更改路由，加強對防腐、補口質量的監督、檢驗。

編制詳細的試壓施工方案，嚴格控制試壓頭質量，試壓頭應在安裝前進行強度試壓，強度試驗壓力為設計壓力的1.5 倍。試壓頭重復使用的次數不宜超過3 次，重復使用超過3 次時，應對所有焊縫進行無損檢測，達到Ⅱ級合格后方可再次使用。

試壓設備和試壓管線50m 范圍內在升壓過程中為試壓禁區，嚴禁非試壓人員進入，嚴密性試驗時可巡檢，試壓禁區要設專人把守。試壓程序應嚴格按照“分階段、緩升緩降”進行，施工期間不得采用爆破方式。

4.3 運營方面

運營期間加大巡線力度，采用在線視頻監控措施，實現高后果區全線監控。運營期間制定應急預案。運營單位應與管道沿線鄉鎮政府、村居委會共同對當地居民做好安全疏散培訓，事故狀態下向遠離管道方向撤離。

5 前瞻性

在管道與地鐵交叉段設置視頻監控，根據監控區域辨識結果并結合現場勘查，在現場安裝多個攝像頭，對管道與地鐵交叉段區域進行24h 不間斷視頻監控。新增加的視頻監控與數字化管道系統進行融合，利用4G+云儲存的方式實現視頻錄像存儲和遠程實時查詢、回放等功能，定制攝像頭旋顯示控制功能、數據調取功能，研究圖像識別技術，實現危險源自動識別預警功能，確保集成后的系統最大化地提高管理水平。

地鐵周邊設置的三個測試樁采用智能測試樁，配套Cello CP 遠程監控。全國性覆蓋范圍的GSM 或GPRS 網絡，可用于記錄站點傳送到控制中心的電腦里的數據和報警信息。外表堅固、防水密封等級高，內置可更換鋰電池，典型使用模式下電池壽命為五年?？梢栽O置每個通道的高、低報警，當雜散電流干擾防護不能滿足要求時，智能測試樁可以傳來報警信息到控制電腦里。

6 結語

地鐵的建設推動了城市化發展，建設的過程中會與城市高壓燃氣管道交叉，地鐵與高壓燃氣管道的安全間距以及防護措施尚在初步研究中，為消除交叉時發生的安全隱患，燃氣公司、地鐵公司以及相關部門應相互配合和深入研究，并組織召開專家會議，確認安全間距及防護措施，將危險性降到最小，既推進地鐵建設的速度，也保證高壓燃氣管道的安全。