王东源 杨建 张振永 熊健

中国石油天然气管道工程有限公司

 

摘要：防范施工挖掘损坏管道一般常用钢筋混凝土盖板，存在成本高、施工难度大、施工耗时长等不足。针对这些问题，本文开展了高强度柔性盖板选型工作，明确了其外观尺寸、力学耐久性能等主要指标。通过现场挖掘试验，验证了高强度柔性盖板的安全性、适用性，并且具有结构简单、施工方便、可靠稳定、经济合理等特点，在管道建设期、运营期提前预埋，可以较好发挥第一时间的警示提醒和防护保护功能，应用前景广阔。

关键词：高后果区；柔性盖板；高强；第三方挖掘；现场试验

 

在对油气管道造成破坏的事件中，第三方施工活动破坏发生的频率最高，且最不可控[1]，如果发生在人口密集型高后果区，影响更甚。目前采取的防护方法主要是使用钢筋混凝土盖板[2-3]。但是钢筋混凝土盖板成本高，施工难度大、耗时长，还不能在机械挖掘时及时警示提醒。

新型高强柔性盖板采用涤纶纤维长丝为原材料编织成网格坯布，涂覆聚氯乙烯胶或丁苯胶乳，能够抵抗至少30吨挖掘机的作用力，颜色为具有警示作用的黄色，在人口密集型高后果区，完全可以替代钢筋混凝土盖板，有效防范施工挖掘活动对管道的损坏，同时具有结构简单、施工方便、可靠稳定、经济合理等优点。该技术在管道保护领域中还没有使用先例，填补了国内行业技术空白。

1  现场试验验证

开展了高强柔性盖板的警示性能和抗冲击性能验证。在警示性能验证试验中，当挖掘机撞击到油气管道上方设置的高强柔性盖板时，挖掘机司机有明显感知，提醒地下有障碍物，停止挖掘工作。在抗冲击性能验证试验中，高强柔性盖板抵挡了30吨重的挖掘机的作用力，并阻挡了进一步下挖。

1.1  试验方案和步骤

在试验中允许新型高强柔性盖板出现局部碎裂，但不允许出现折断现象，以防挖掘机直接贯穿损坏管道。在最后的纵向撞击之后，要进行的操作是继续尝试把柔性盖板拉出地面或将其损坏（图 1）。

图 1 平面布置图和剖面布置图

试验中考虑两个试验阶段：

（1）验证一次性冲击深度试验。设置新型高强柔性盖板不埋土且受挖掘机铲斗垂直作用的工况，以确定挖掘机铲斗的一次性冲击深度，此深度值作为高强柔性盖板与油气管道保持的最小安全距离的重要数据支撑。高强柔性盖板尺寸长为14 m、宽为2.5 m，埋深深度0.3 m，冲击作业区位置设置在中间部位，尺寸长为2 m、宽为2.5 m，除作业区不回填土体外，其余部位全部进行土体回填。挖掘机位于试验沟槽中间位置，沿纵向，挖掘机铲斗用力向下冲击，效果如图 2所示。

图 2 一次性冲击深度试验

经多次冲击试验，即使挖掘机前端翘起，挖掘机铲斗冲击深度在16 cm～18 cm左右，也被阻挡无法继续下挖，挖掘机铲斗齿从高强柔性盖板网孔穿过，无法完全破坏条带。试验证明，柔性盖板起到明显阻止下挖的作用，一次性冲击试验效果较好。

（2）警示和机械防护效果试验。本次试验将高强柔性盖板埋深在地面0.5 m处，试验段土工格栅尺寸长为30 m、宽为2.5 m，埋深深度0.5 m，冲击作业区位置设置在中间部位，尺寸长为2 m、宽为2.5 m，整段区域全部进行土体回填，通过长度方向上的土体来抵抗挖机的一部分拖拽力，避免高强柔性盖板被挖掘机铲斗拖拽出。为了全面测试高强柔性盖板的性能，设置纵向挖掘格栅的顶部和边缘、纵向挖掘格栅中心的顶部和横向挖掘盖板的顶部和边缘、横向挖掘格栅中心的顶部等四种测试。  

纵向挖掘试验中，挖掘机纵向攻击格栅的中间位置（图 3），挖掘机在纵向攻击高强柔性盖板中间部位时，盖板条带几乎未断裂，被挖机铲斗提高72 cm，已高出地面20 cm左右，可以多次导致挖掘机憋熄火，完全可以引起挖掘机司机注意，停止作业，发挥了较好的机械防护和提醒警示作用。

图 3 纵向挖掘试验

横向挖掘试验中（图 4），由于高强柔性盖板宽度为2.5 m，宽度方向回填土层少，比较容易被挖机拉出来，几乎没有条带断裂现象，被挖掘机提高1.5 m左右，十分容易引起司机的注意。

图 4 横向挖掘试验

1.2  试验结果

一次性冲击深度试验表明，高强柔性盖板在防止挖掘机铲斗继续深挖过程中发挥了重要作用，将挖掘深度阻止在20 cm之内，为油气管道保护的最小安全距离提供了重要数据支持。在警示和机械保护试验过程中，高强柔性盖板被挖掘机拉出地面高度以上，向挖掘机司机提供了重要信号，引起司机的警惕和注意。两个阶段试验都验证了高强柔性盖板在油气管道保护工程中警示提醒作用和机械防护效果。

2  经济性分析

高强柔性盖板可以现场人工手动展开，施工便捷安全，材料、运输、安装成本低。与常规采用的钢筋混凝土盖板的成本费用对比如表 1所示。

表 1 成本费用比较表

3  工程应用

3.1  外观要求及材料性能指标

高强度柔性盖板颜色应为具有警示作用的黄色，色泽应均匀，外观应无损、无破裂，网孔大小形状应均匀，无断丝、无网眼抽缩，节点应牢固、无滑移，涂覆应均匀。应使用涤纶纤维长丝，涂覆聚氯乙烯胶或丁苯胶乳，能够完全抵抗不小于30吨挖掘机的挖掘作用，使用寿命均应大于等于100年。

高强度柔性盖板外观尺寸、力学、耐久性能详见表 2规定。

表 2 高强度柔性盖板的性能指标要求

3.2  典型型式

高强度柔性盖板典型型式详见图 5。

图 5 典型高强度柔性盖板型式

3.3  成本分析

新型高强度柔性盖板在工程中应用长度合计29.96 km，累计节约成本约2606.52万元。该节约成本仅是防护盖板在材料成本上的费用，不包括现场施工机械费用的降低、施工效率的提高带来的成本节约。

4  结语

与传统的钢筋混凝土盖板相比，高强柔性盖板可以对第三方施工挖掘活动产生较好的警示提醒和机械防护作用，特别是在人口密集型高后果区，可以有效降低公共安全风险。同时具有结构简单、施工方便、可靠稳定、经济合理的特点，可广泛应用于埋地管道的设计、施工和防护领域，具有良好的经济效益和社会效益，应用前景广阔。

 

参考文献：

[1]李华明. 关于燃气管道设施第三方施工破坏事故损失计价项目的探讨[J].城市燃气，2019(5)：45-48.

[2]邓小涛，连大焕，曹林晓. 在役天然气管道与道路交叉保护设计方案研究[J].工程技术研究，2020，5(24)：200-202.

[3]吴海春，谢俊，田春晓，等.输气管道地区等级升级后定量风险评价技术[J].油气田地面工程，2021，40(4)：8-13.

作者简介：王东源，1987年生，硕士研究生，中国石油天然气管道工程有限公司线路室工程师，主要从事长输管道线路设计及管道安全防护研究工作。联系方式：17701305285，cppewangdy@cnpc.com.cn。