桥墩超高压燃气管道保护施工技术应用

摘要：本文详细分析桥墩超高压燃气管道保护施工技术的应用与实践，以黄埔开放大道中东二环立交节点跨线桥16号桥墩为例，该项目地质条件复杂，多条高压、次高压燃气管道并存，通过全面的前期勘察、科学的设计和创新施工技术，成功实现对超高压燃气管道的原位保护。本文基于对项目概况、管线特点的概述，详细分析燃气管道保护施工技术的应用要点，如支护桩施工、基坑开挖、冠梁施工、砂粒回填及盖板施工等关键工序，确保管道保护的安全和高效。

关键词：桥墩；超高压燃气管道；保护施工技术

随着城市化进程的持续深入，市政项目日益增多，而地下管线作为项目的重要组成部分，其安全与保护是施工过程中的重点。在桥梁、道路等线性工程的施工建设中，地下管线穿越或邻近施工区域的现象十分常见，尤其是高压、次高压燃气管道，因为其性质特殊，一旦受损可能引发严重安全事故，对社会经济和居民生活造成巨大影响[1]。因此，如何在保障工程安全和质量的同时，有效保护地下管线，是目前项目施工亟待解决的问题。本文以实际工程为例，探讨桥墩超高压燃气管道保护施工技术的应用与实践。项目通过前期的管线调查、设计调整和施工技术的创新应用，成功实现对超高压燃气管道的原位保护，加快施工进度，降低建设成本，以期为类似工程提供有益参考。

1. 工程概况

黄埔开放大道建设工程，东二环节点为既有道路提质改造工程，在东二环、广深高速附近同步新建一座高速跨线桥。东二环-广深跨线桥全长1020.37m；桥面宽26m，共9联26跨。桥梁采用钻孔灌注桩和承台基础，墩柱采用方形墩、空心墩等形式，盖梁包括钢筋混凝土盖梁和预应力钢筋混凝土盖梁。

水文地质条件复杂。拟建桥梁场区地表水欠发育，局部表现为地表积水，与广深高速相交处有小溪流过，溪水流量较小，雨季时水流量有所增大，对桥梁影响较小。勘察期间，大部分钻孔遇见地下水。地下水包括上层滞水、第四松散层孔隙水和基岩裂隙水。第四系松散层孔隙水主要赋存于冲洪积粗砂中，其含水性能与砂的形状、大小、颗粒级配 及粘粒含量等有密切关系，透水性中等。第四系其它土层中的人工填土透水性一般，而淤泥质土及冲洪积、残积土层透水性最弱，形成相对的隔水层。一般而言，勘察区砂层中地下水具统一的地下水面，属潜水，局部出现多层水位且上部有相对不透水层时，具有微承压性。勘察测得沿线场地地下水初见水位1.10～5.00m，标高介于5.20～23.16m；稳定水面埋藏 深度介于1.00～6.20m，标高介于4.87～21.84m。桥墩附近原地面以下4m范围有多层种植土、山岗岩和片石覆盖，4m以下为原状粉质黏土层，厚度4～8m。

根据管线物探结果，并经过现场探坑式管线调查确认，16#墩施工范围内存在广州燃气Φ711高压燃气管、广州燃气Φ508次高压燃气管和港华燃气Φ500次高压燃气管，具体参数见表1。

表1 施工范围内燃气管道参数表

2. 管线施工方案比选

项目团队在管线迁改与保护方案的论证比选中，充分考虑时间、费用、影响程度等多方面因素的影响，优化设计和施工方案。项目开工前了解，与该位置同条超高压燃气管道在萝岗新城外环路（一标）大外环处迁改从前期方案到施工历时5年才迁改完成，迁改费约2100万。燃气管道迁改相关手续的办理时间较长，为了满足原地保护要求，根据施工措施，保护措施的施工时间低于半年，与燃气管道迁改时间相比节省3～5年；6#墩施工范围内三条燃气管道迁改每条费用约600万元，停气接驳费用每处约100万元，带气接驳费用每处约200万元，预计迁改费用2500万元～3000万元，燃气管道保护费用约400万元，与管线迁改相比显著节约资金。在三条燃气管道中，Φ711高压燃气管负责广州市区30%的供气任务，广州燃气Φ508次高压燃气管和港华燃气Φ500次高压燃气管均为黄埔片区的供气管道，负责为下游居民用户及工业用户供气。带气或停气接驳对居民日常生活、生产的影响较大，且安全风险高，保护施工也避免影响。鉴于管线迁改的社会影响明显，费用高，施工周期长，无法满足项目工期要求，经参建单位集中研讨，优化桥梁设计，对管道采取隔离保护。根据管道原位保护思路，设计院在管道走向明确的情况下对桥墩位置的地质情况进行扩大范围详细勘探，为桥梁跨度调整、承台结构尺寸调整提供相关参考数据。为确保后续管道保护施工过程安全，进一步调查清楚管道的详细走向，施工单位根据管道走向在管道上方采取跳桩人工探挖方式，探明管道埋设位置及方向，为管道保护方案制定提供详细参数。

基于时间、费用、影响程度等多方面因素的考虑，在桥墩位置局部调整具备管道保护空间的条件下，燃气管道原位保护方案的可行性强。结合原位保护思路，设计院在明确管道走向的前提下，全面勘察桥墩位置的地质情况，为跨度调整、承台结构尺寸调整提供参考依据。为保证后续管道保护施工过程安全，进一步调查明确管道的具体走向，施工单位结合管道走向在上方使用跳桩人工深挖方式，为施工方案的制定提供详细参数。管道两侧外缘各5m范围内为燃气管道安全保护区域，避免该区域出现构筑物。通过工程建模受力分析调整钢构连续梁跨径、缩小承台尺寸，预留管道保护构筑物施工区域。项目经多次方案比选调整，最终将16#墩左幅桥墩大里程平行移动7m，并调整承台尺寸为9.1*9.1*4.5m。为了确保连续梁中、边跨的比例合理，将连续梁17#边墩大里程平行移动5m，14#-17#墩刚构连续梁调整为左幅84+133+75m、右幅77+126+89m，承台旋转置于管道平行方向。通过采取以上调整措施，在桥梁纵坡、梁高不变的前提下，确保桥梁具有安全储备，不但满足燃气管道安全保护区域5m的距离要求，并具备管道保护的空间。管道保护施工遵循“微扰动、软隔离、硬防护、利维修”的原则[2]，通过方案比选，在管道外侧一定距离，管道两侧的隔离防护采用跳桩探孔法施工支护桩，为满足后续施工机械通行和荷载要求，支护桩顶部浇筑钢筋混凝土冠梁，两侧冠梁间浇筑分块式钢筋混凝土盖板，盖板两端预留吊钩，为后续检修提供方便，提高施工质量。

3. 桥墩超高压燃气管道保护施工技术的应用

为了满足燃气管道的检修要求，综合承台基坑开挖及对燃气管道保护，明确使用管道两侧支护桩+冠梁+盖板的防护形式，实现对燃气管道的隔离保护。桥梁基坑开挖时采取支护措施作为某坑的某一边基坑支护，使结构满足永久临时结合的综合利用要求。

3.1支护桩施工

为了减少施工操作对管道的影响，在桩基施工过程中，项目使用人工探孔及机械成孔结合的工艺。在管道边缘定位的前提下，使用人孔探孔，采用钢筋混凝土护壁支护方式，挖至燃气管道底1-2m处，以下部位使用振动小、挤压力小的水磨钻成孔施工。

在人工探孔作业时，需要在设计桩位上进行土方挖掘，并做好相应的防护措施，如坑壁支护等。结合施工要求，明确开探孔径为桩基直径﹢20cm，探孔段最大深度为7m。按照由上到下的顺序逐层挖掘，如果遇到大块坚硬块，采用风钻破碎处理，挖土顺序为先周边后中间。每挖掘1m浇筑该段的钢筋混凝土护壁，如果桩间距小于2倍桩径，采用跳桩法施工。探孔施工是支护桩施工的重要一环。平整场地后，进行放线定位，开始挖第一节探孔土方。之后安装护壁钢筋及护壁模板，并浇筑第一节混凝土护壁。在已完成的护壁上，进行二次投测标高及桩位十字轴线的标记。安装卷扬机、吊土桶、水泵、鼓风机等设备，以便进行后续的挖土作业。进入第二节探孔挖土阶段，需清理孔四壁，并校核桩孔的垂直度和直径。之后进行护壁钢筋的安装，拆除上节模板，支设第二节模板，并浇灌第二节混凝土护壁。此过程需重复进行第二节的挖土、支模、浇灌混凝土护壁工序，形成循环作业，直至完成整个桩孔的施工。人工护壁探孔高程上穿越燃气管1-2m后，成孔施工使用水磨钻成孔工艺。人工探孔和水磨钻施工见图1。受场地限制，需要在管道上方走行部位规划相应的施工通道，在规划通道位置燃气管上方铺设25mm的钢板，达到分散压力的效果；其他区域燃气管道上方严禁施工机械行走，做好现场防护隔离措施[3]。在人工探孔和机械成孔施工阶段，加强施工过程的质量监测和检验，确保各项技术指标符合设计要求。在支护桩施工过程中，应确保每节护壁混凝土的强度满足设计要求，避免在后续开挖中出现护壁开裂或坍塌的情况。其次，对于孔内遇到的不良地质条件，如软弱土层或流沙层，需采取针对性的加固措施，如注浆加固或增设钢支撑，确保桩孔的稳定性和施工安全。还应严格控制桩孔的深度和直径，确保符合设计图纸要求，并在施工过程中及时记录各项技术参数，为后续施工提供可靠依据。另外，在现场施工过程中，加强质量控制，现场配备专职安全员，全程监督施工过程，及时发现并纠正安全和质量隐患。

图1 人工探孔和水磨钻施工示意图

3.2 基坑开挖

基坑开挖是后续管道保护和施工活动顺利进行的基础。通过精细的基坑开挖作业，能够保证燃气管道不受损的前提下，为桥墩施工提供必要的作业空间。开挖前做好周围环境的勘察工作，充分掌握地下管线、地质条件等情况，保证施工方案的合理性和可行性。基坑开挖采用小型挖掘机辅助人工开挖的方式，将土方挖掘至支护桩顶设计标高，保证开挖精度和安全性。同时严格控制开挖深度和宽度，避免出现超挖、欠挖等现象。为了在施工过程中有效保护燃气管道，在管道上方安装1.2m高的护栏进行防护隔离，同时制定严格的施工安全管理规定，明确禁止将钢筋、模板等材料直接堆放在管道上方。另外，基坑开挖作业还需要密切关注地下水位情况，确保开挖过程中采取有效的降水措施，以防地下水涌入基坑，影响施工质量和安全。基坑开挖施工见图1。在施工过程中，实时监测基坑边坡的稳定性，一旦发现边坡位移或变形等异常迹象，应立即停止开挖，并采取加固措施。基坑开挖后设置支护结构，提高基坑的整体稳定性。开挖后对基坑底部进行整平处理，为后续桥墩施工夯实基础。

图2 基坑开挖示意图

3.3 冠梁施工

冠梁是桥墩和燃气管道的重要连接结构，其施工质量与桥墩的稳定性和燃气管道的安全防护效果密切相关。通过合理设计与施工，冠梁能够分散桥墩对燃气管道的潜在压力，提高整体结构的稳定性。本项目在施工过程中，针对桩顶混凝土和孔壁支护混凝土结构，使用风镐有效清除，并使用管钳将孔壁支护结构竖向钢筋剪断，注意避免使用电焊机进行直接切割。清理桩顶并调直钢筋后，浇筑垫层混凝土，之后进行冠梁钢筋和模板施工，使用内拉外顶的形式将模板加固，检验合格后浇筑混凝土，严格控制养护时间，不少于7d。在基坑开挖、桩头清理后，以及冠梁钢筋施工前，同样做好管道的防护隔离措施，在上方安装1.2m高的护栏，并禁止将钢筋、模板等材料堆放在上方。另外，在冠梁施工前，还需要注意以下内容。施工前，应对桩顶标高进行复核，确保冠梁底标高与设计要求一致。其次，冠梁钢筋的搭接长度和焊接质量需严格控制，确保钢筋连接牢固，满足结构受力要求。同时，冠梁模板的安装需平整、牢固，避免浇筑过程中出现漏浆或变形现象。最后，冠梁混凝土浇筑时，应振捣密实，避免出现空洞或裂缝，确保冠梁的整体性和耐久性。此外，冠梁施工完成后，还需进行质量检验和评定，确保施工质量符合设计要求。

3.4 砂粒回填

砂粒回填的目的在于填充桥梁基础和燃气管道之间的空隙，提高地基的密实度和紧密性，还可以隔离外部环境对燃气管道的潜在影响，如水分侵袭、外力冲击等。通过科学、合理的施工措施，能够进一步巩固桥墩基础，为燃气管道的安全运行提供支持，从而提升整个桥墩结构的耐久性和可靠性。本工程在施工过程中，为了减小管道上方的土压力，在冠梁施工后，对冠梁底以下0.5m至高程17.5m范围内的山岗石等杂质全面清理，使用砂粒进行替换回填。在施工过程中，还需要严格控制回填材料的粒径和质量，保证回填砂粒的均匀性和密实性。回填前做好砂粒的筛选工作，去除其中的大颗粒和杂质，减少对回填效果的影响。在施工过程中，按照分层回填并逐层夯实的方法，避免每层回填厚度过大，以保证回填的密实度和均匀性。同时，施工过程中注意燃气管道的监测和保护，避免回填作业对管道造成损坏，通过采取科学、全面的施工措施，提升桥墩基础的稳定性和燃气管道的安全性。

3.5 盖板施工

在桥墩超高压燃气管道保护施工中，盖板施工是保障施工安全的重要一环。盖板不但能够有效隔离施工区域，防止施工活动直接作用于燃气管道，减少潜在的风险隐患，还能为燃气管道提供相应的物理防护，增强其抵御外力冲击的能力。在施工过程中，通过准确测量、合理选择盖板材料及科学的安装，能够确保盖板在施工期间的稳定可靠，为桥墩施工创造安全的作业环境，并保障燃气管道的长期安全运行。本项目施工过程中，为了保证后期管道检修便利，在两冠梁之间安装宽1m、厚0.4m的钢筋混凝土盖板，混凝土浇筑前安装4根Φ22mm的圆钢调换，勾住板顶主筋，便于盖板的起吊运输和安装。在施工过程中，还应当注意盖板和周围结构的协调性，确保安装后紧密贴合，避免出现松动或错位现象。在盖板设计过程中，应重点分析其承重性能和耐久性，以满足施工期间及后续管道检测的要求。安装前，做好质量检查工作，确保其表面平整、无裂缝。另外，为了便于后期管道维护和检修，需要在盖板上预留检查口或通道，确保施工人员安全、便捷地进行作业。

结语

  本文结合工程实例详细阐述桥墩超高压燃气保护施工技术的应用实践，展示项目在复杂地质条件和多条燃气管道共存的挑战下，通过全面的前期调查、科学的设计调整和施工技术的创新，成功实现对地下管线的有效保护。项目团队在管线迁改与保护方案的论证比选中，充分考虑时间、费用、影响程度等多方面因素的影响，最终明确原位保护方案。在施工过程中，通过支护桩施工、基坑开挖、冠梁施工、砂粒回填、盖板施工等关键步骤的精细操作，确保管道保护过程的安全与高效，同时有效缩短工期，降低施工成本，取得明显成效。另外，随着城市建设的深入和地下管线网络的日益复杂，如何更好地保护地下管线，保证城市基础设施的安全和稳定，是工程建设领域持续关注的焦点，仍需要不断探索和实践，提高施工技术水平，为城市的可持续发展夯实基础。

参考文献：

[1] 李新章. 穿越既有铁路桥的管道基坑施工对桥墩影响的安全评估分析[J]. 工程技术研究,2022,7(23):67-69.

[2] 桑文刚,李玉斌,黄黎明,等. 管道下穿高铁桥墩施工变形监测方案研究[J]. 山东建筑大学学报,2020,35(3):79-85.

[3] 孙蒙蒙,裴经纬. 结合工程实际浅谈铁路桥墩施工中燃气管道的迁改和保护[J]. 中国化工贸易,2015,7(23):106.