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大开挖

/open-cut excavating/
条目作者陆江

陆江

最后更新 2022-01-20
浏览 148
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在地面上明挖管沟的施工方法。

英文名称
open-cut excavating
所属学科
石油与天然气工程

采用大开挖施工时,管沟一般按自然坡度放坡,不进行支护,管道就位后将之前开挖的土体回填并压实。

大开挖法是一种最常见的管线穿越施工方法,常用于穿越小河、沟(渠)、池塘、低等级道路等,也可用于大、中型水域穿越。但随着非开挖技术的发展,大、中型水域开挖穿越逐渐被水平定向钻法、盾构法、顶管法所取代。

常用的水下管沟开挖方法有:围堰导流开挖、挖泥船开挖、拉铲成沟法、爆破成沟法、气举法。

①围堰导流开挖。适合于流量较小,河漫滩较宽阔的河流穿越。具体做法是利用临时建造的堤坝将穿越段水流围截,开挖明渠或利用部分河槽将河水导至围堰下游,并将围堰内水抽干,然后用人工或机具进行管沟开挖,管段就位敷设等。围堰导流法挖沟不需在水下作业,管沟深度可达到设计要求,不足之处是施工时间受季节限制大,常需井点降水等措施工程等。

②挖泥船开挖。适用于通航的大中型水域开挖穿越。对于较松软地层,可直接采用挖泥船;对于坚硬密实地层,可先松动爆破后再进行挖泥船挖掘作业。挖泥船的类型有轮斗式、抓斗式、铲斗式和吸扬式。穿越中小型河流时,一般采用铲斗式或抓斗式挖泥船;穿越大型河流在地层较软时,采用吸扬式挖泥船,地层较硬时采用轮斗式挖泥船。

③拉铲成沟法。采用一钢制的底部有弯状刮刀的斗状拉铲,沿着计划管沟位置的河床表面移动,把土或砂石挖起带走,拉铲装满砂石土后移动到卸土位置,把土倒出。如此反复工作形成管沟。该方法适合于河流宽度较小,地质条件为砂或砂土、卵石夹砂等,河水流速较小,管沟挖深不超过3.0~4.0米的水域穿越。

④爆破成沟法。适用于岩石河床,但常需用挖泥设备辅助清碴。水下爆破有两种方式:裸露药包爆破和水下钻孔埋药爆破。在深度较浅、水下土石方量不大的基岩河床宜采用裸露药包爆破方法。该方法的优点:省工时、省设备、投资较少。缺点:爆破法达到的管沟挖深较浅;在土质河床上使用时管沟边坡坍塌等使回淤速度加快,需二次清淤;对河流航运、两岸建(构)筑物、堤防等影响较大。

⑤气举法。将穿越管段牵引至敷设位置上方,然后利用气举船上的气举泵产生的压缩空气形成高压水流,从管段两侧将泥砂吸出排走,使管段逐渐下沉至设计埋深为止。该方法适合在淤泥、砂土等软质土壤的河床上采用。其优点为不怕回淤,工期较短;缺点是管道一次下沉较浅,如要求埋深较大,需往复气举。

采用大开挖法穿越河流,收集水文气象资料、选择穿越位置、确定冲刷深度是设计工作中的重点。根据国内外的资料,管道穿越河流的事故大多是由于对穿越河段的自然条件认识不足,所选的穿越位置不当和管道埋深不足,导致在洪水期管道被冲刷悬空。

①收集水文气象资料时,应着重收集与河道形态和河道变迁有关的基本资料和历史文献,如航运部门和水利部门的河道地形图、航道和深泓线变迁图,以便分析河道变迁情况及其发展趋势。

②选择穿越位置时,应尽可能选在河道顺直、水流平稳、河床和岸坡稳定的地段,若需在岸坡不稳定地段穿越,穿越后两岸应做护坡、丁坝等调治构筑物,防止岸坡冲刷。穿越位置应避开河道经常疏浚加深、岸蚀严重、漫滩冲淤变化强烈、船只经常锚泊等地段。

③进行穿越河段冲刷计算时,既要考虑一定水沙条件下的冲刷深度,也要考虑在长时期内河床演变的趋势。当穿越河段位于水库下游或水工建筑物附近时,应考虑水库下泄清水引起的河床降低或水工建筑物附近局部冲刷的影响。当穿越河段附近有挖沙活动时,应考虑该人为活动造成的影响,穿越管道应置于挖沙线下。

  • 《石油和化工工程设计工作手册》编委会.石油和化工工程设计工作手册(第四册):输油管道工程设计.东营:中国石油大学出版社,2010.

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