顶管穿越套管荷载计算 刘 钰 （中油辽河工程有限公司，辽宁盘锦１２４０１０） 摘要：随着石油以及天然气利用业务不断发展，管道必然需要穿越公路、铁路。为保证石油、天然气的正常 输送和公路交通运输的安全畅通，也出于公路的正常养护、维修与发展的需要，管道穿越公路、铁路时，一 般均采用顶管方式。文章论述了套管上承受的荷载情况，从而校核所选套管是否足够安全，强度是否能够满 足荷载的需要。 关键词：顶管穿越；套管；强度校核；土壤垂直荷载 中图分类号：Ｕ１７５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）２０—０１０４—０２ １ 荷载计算 作用于穿越管段上的主要荷载有管段自重、土 壤压力、输送介质（油、气）自重和介质压力、活 荷载（火车或汽车荷载）、温度变化荷载及地震荷 载（地震设计烈度在七度以上的才考虑）等。 一ｇ——重力加速度，ｍ／ｓ ； Ｄ——套管外径，ｍ； ——消力拱跨距包角之半（见表１）； ——土壤坚固系数（见表１）。 １．２活荷载 般按受力最大的情况来校核强度，因此，校 １．２．１ 汽车对套管的荷载计算： ｐＫ 核套管强度时荷载组合为土壤压力（垂直荷载）加 活荷载。 １．１土壤垂直荷载 ｇｃ。二石 式中： 一一ｒ － Ｃ 汽车对套管产生的垂直荷载，Ｎ／ｍ＊； 当采用顶管穿洞式铺设时，只使穿洞部分的土 壤破坏，未破坏的上部自然土壤可形成消力拱，使 管线只承受被破坏的土壤荷载。顶管施工时，径向 土壤荷载（侧向土压力）可忽略不计，所以只考虑 垂直土壤荷载。 表１土壤坚固系数／。及 角 ｐ——汽车后轮轮压，Ｎ； 一一动力系数（见表２）； ａ——汽车轮胎行进方向着地长度，一般取ｏ．２ｍ； ｂ一一汽车轮胎宽度，Ｉｌｌ（见表３）； ——管项至路面埋深，ｎｌ； ——压力在土壤中的传播角，一般取 ＝３０。。 １．２．２ 火车荷载 按铁道部门的有关规定，火车在土体内产生的 垂直荷载按下式计算： ０－３Ｚ 鸟 一—Ｏ５ｈ＋—１２５ ．．式中：ｇ 一一火车垂直载荷，ｔ／ＩＴｌ２； ｚ——火车荷重级数，一般干线铁路为中一２６ 土拱内形成的垂直土壤荷载为： ＝ 级，Ｚ＝２６；地方线为中一２２级，Ｚ：２２。 表２动力系数Ｋ 埋管深度ｈ，ｍ 动力系数Ｋｃ （ 一鲁＋ 式中： ——土壤垂直荷载，Ｎ／ｍ＇（Ｐａ）； ｐ——土壤密度， ／ｍ３； １０４ ｏ中圆高新竣术企业２０’ｊ ２ ０７ ０ ２５ １ ３０ ０．３ １．２５ ０．４ １．２０ ０．５ １ １５ ０ ６ １．０５ ≥０ ７ １．０ 表３各级汽车荷载主要计算参数 ２工程计算实例 西气东输二线河南段第２０标段郑石高速套管荷 载校核计算。 ｈ＝６．７ｍ； ＝３０。。 通过公式（１）算得活荷载 ＝面 ＝～２．３荷载校核 ２ ７４ ４００ ｘ１ 面 ＝４１４１４８Ｎ／ｍ￣４ Ｎ／ 西气东输二线管道工程干线第２０施工标段 Ｅ１００卜Ｅ１００２桩郑石高速公路顶管穿越，位于鲁 山县辛集乡盆郭￣９６０ｍ，穿越位置位于郑石高 （Ｏ．２＋２×６．７×ｔａｔｌ３０。）（Ｏ．６＋２×６．７×ｔａｎ３Ｏ ） 套管总垂直荷载： ｑ ｑ ＋ｑｃ＝１３６．４７４ｋＮ／ｍ２ 速１２５ｋｍ＋３３５ｍ处，路宽约３０ｍ，穿越处为二级地 区，设计压力为１０．ＯＭＰａ，管径为①ｌ２１９ｍｍ，壁厚 根据《顶进施工法用钢筋混凝土排水管》ｊｃ／ Ｔ６４０—２０１０，型号为ＤＲＣＰＩＩＩ １８００×２０００ ＪＣ／Ｔ６４０— １８．４ｍｍ。套管按照《顶进施工法用钢筋混凝土排水 管》ＪＣ／Ｔ６４０—２０１０选取钢筋混凝土套管，型号为 ＤＲＣＰ ＩＩＩ １８００×２０００ ＪＣ／Ｔ６４０—２０１０。管线穿越场 区内，地基土自上而下分布有第１层粉质粘土、第２ ２０１０钢筋混凝土套管裂缝荷载为１６２ｋＮ／ｍ＇，破坏荷 载为２４３ｋＮ／ｍ￣。 套管总垂直荷载小于钢筋混凝土套管裂缝荷载。 层全风化泥质砂岩，穿越场地土层分布层位稳定、 均匀。其中第２层全风化泥质砂岩分布普遍、均 匀，厚度大，适宜作为管线顶管穿越土层，顶管在 该层中穿越，管顶埋深为６．７ｍ。 ２．１计算土壤垂直荷载 Ｐ＝１．８９×１０ Ｎ／ｍ。；ｇ＝９．８ｍ／ｓ ；Ｄ＝２．１６ｍ； ＝５３。； ：１．０。 套管总垂直荷载小于钢筋混凝土套管破坏荷载。 经过校核，西气东输二线河南段第２０标段郑石 高速所选用套管可以满足强度要求。 ３结语 随着石油以及天然气利用业务不断发展，管道 必然需要穿越公路、铁路，在采用顶管方式穿越的 情况下，为了保证安全，套管荷载校核是必要的， 应根据校核的结果，正确选择套管规格。套管荷载 校核应用将会越来越广泛。０ 参考文献 ［１］《油田油气集输设计技术手册》编写组．油田油气集输设 计技术手册【Ｓ］． ［２］ 中华人民共和国建材行业标准．顶进施工法用钢筋混凝 土排水管（ＪＣ／Ｔ６４０—２０１０）［Ｓ】． 土壤荷载： ｐｇＯ ｃ 一鲁＋ ｊ ：ｌ－８９×ｌ０ ×９．８×２．１６ ｆ—ｓｉｎ—５３￣一 ＋—ｓｉｎ５３￣ｃ—ｏｓ５３￣１ ３×１ ４ ４ ＝１．３４４Ｘ １０ｓＮ／ｍ。 ２．２活荷载 汽车对套管的荷载： 汽车等级选为：由于高速车辆众多且经常有 大型车辆，所以选择汽车超２０级，汽车总重量取 ５５ｔ，Ｐ＝２８ｔ＝２７４４００Ｎ； ＝１；ａ＝０．２ｍ；ｂ＝０．６ｍ； 作者简介：刘钰（１９８４－），中油辽河工程有限公司助理工 程师，研究方向：油气管道及天然气站场设计。 （责任编辑：秦逊玉） ２０１２ ０７ ｏ中阖高新技术企业１０５
