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【摘 要】本文简要介绍沉管法管道下沟的理论计算和实际应用，该方法在西气东输刘庄储气库联络线工程10.32Km管道下沟施工过程中得到成功应用，笔者体会到沉管法管道下沟与常规管道下沟相比具有施工效率高的优势。
【关键词】沉管法；最大弯矩；悬空长度；弹空长度
1. 前言
江苏油建承建的西气东输刘庄储气库联络线工程，位于江苏省淮安市境内，设计长度48.783Km，其管径为457×11mm，材质为L450，设计压力为10MPa。管道沿线水田众多、沟渠密布，地层主要以粉质粘土为主，黄褐色，厚度一般大于3.0m。水田、沼泽等地段常年在水中浸泡，地表十分松软，该地段长约10.32Km，加之灌溉水系密布，每年种植水稻，基本上是常年被水浸泡。根据上述情况，管沟开挖到设计深度时，极易出现大面积塌方，管沟难以成形，地面承载力非常差，作业带表面泥泞，地表积水，设备行走困难，作业带承载力难以满足要求，也可能会造成管沟大面积塌方，因此本工程10.32Km地段确定采用沉管法实施管道下沟。
2. 钢管应力计算
2.1 沉管法基本原理。沉管法与常规方法下沟最大区别在于：通过在单侧开挖管沟，依靠管道自身的挠度贴附于管沟底部，完成整个管段管道的下沟，详见图1：
图1 沉管法基本原理示意图2.2 管道应力计算。首先按照下式计算管道最大弯矩
M（x）≦2[R]E J/D （1）
式中：M（x）——管道最大弯矩（Kg·cm）
[R]——管材的许用应力，L450管材取4500Kg/cm2
E——管材的弹性模量，L450管材取2.06×106 Kg/m2
J——管材的截面惯性矩，457×11.0mm管材取38346.103cm4
D——钢管的直径，取DN450mm
将上述参数代入（1）式计算
M（x）=15556602.4×106 Kg·cm
由最大弯矩计算悬空长度L采用（2）式：
M（x）= qX2/12 （2）
式中：X——管道的悬空长度（m）
q——457×11.0mm管道的每米长的重量，取120.99Kg/m
变换（2）式得到
X=[12 M（x）/ Q]1/2 （3）
将上述参数代入（3）式计算
X=124.21m
结论：经计算采用沉管法下沟的前提条件是管线支点的间距只要不大于124.21m就能满足管材的强度要求，不致于使钢管道发生塑性变形。
2.3 沉管下沟管道变形计算。 沉管法基于钢管的弹性变形情况下得于实施。要保证沉管法正常实施，首先需计算该种管材的弹空长度（见图2）。
图2 力学计算模型根据下式计算弹空长度
L=4 8EJh q （4）
式中：E，J，q——同前所示
L——弹空长度（m）
h——管底深度（m），取2.0m
代入计算：
L=31.9m。
由计算得知管线在管沟深度为2m的状态下，自然弹空的长度为31.9m（沟下到管线刚近贴地面开始），因此在这样大的弹空状态开挖管沟是可行的。
3. 沉管法施工程序
3.1 沉管法实施之前，预制管道必须在设计图纸管线走向上方进行沟上焊施工，组对、焊接、检测、防腐作业合格后，进入沉管法施工。
3.2 挖掘机的斗铲在距离管道200mm处应缓慢入土开挖，操作动作不得过大，要做到慢落慢起，确保斗铲不接触管道。
3.3 将表层土剥离并放到作业带边缘，以保证生熟土分开。开挖土可分别堆放在管沟的两侧，与管沟边缘保持在1.5m以上。
3.4 管头的管沟一次性开挖到管底深度2m，然后逐渐向后边退边挖。
3.5 随着悬空长度的不断加长，管道在自身重力作用下贴服于管沟底部。
3.6 当管道开挖至末端时，管道整体逐渐沉至沟底，从而成功实现管道下沟。
3.7 在管线走向转角处，进行管道连头，组对、焊接、探伤、防腐合格后完成真个管道的施工安装任务。
4. 沉管法施工几个关键控制点
4.1 随时检查管沟深度，保证符合设计要求。
4.2 挖掘过程中防止机械“碰、擦、撞”管道防腐层，发现上述情况及时进行补伤。
4.3 管道下沟后，经隐蔽检验合格及时进行管沟回填。
4.4 在施工现场所有工作人员应正确佩戴劳保用品；沉管期间，现场指挥人员、监护人员必须站在挖掘机侧前方，站在管道外侧；禁止人员进去管沟内管道下进行施工作业。
4.5 适当加大管沟放坡，防止塌方事故发生。
5. 结束语
10.32Km管道采用沉管法施工共用10个工作日。经甲方、监理检验，工程质量合格。与常规沟下焊或是沟上焊相比，沉管法提高了施工效率，降低了施工安全风险。经现场观察，457×11.0mm管道，在采用沉管法下沟时，弹空长度在50m左右。表明理论计算与实际情况存在一定误差。
【关键词】沉管法；最大弯矩；悬空长度；弹空长度
1. 前言
江苏油建承建的西气东输刘庄储气库联络线工程，位于江苏省淮安市境内，设计长度48.783Km，其管径为457×11mm，材质为L450，设计压力为10MPa。管道沿线水田众多、沟渠密布，地层主要以粉质粘土为主，黄褐色，厚度一般大于3.0m。水田、沼泽等地段常年在水中浸泡，地表十分松软，该地段长约10.32Km，加之灌溉水系密布，每年种植水稻，基本上是常年被水浸泡。根据上述情况，管沟开挖到设计深度时，极易出现大面积塌方，管沟难以成形，地面承载力非常差，作业带表面泥泞，地表积水，设备行走困难，作业带承载力难以满足要求，也可能会造成管沟大面积塌方，因此本工程10.32Km地段确定采用沉管法实施管道下沟。
2. 钢管应力计算
2.1 沉管法基本原理。沉管法与常规方法下沟最大区别在于：通过在单侧开挖管沟，依靠管道自身的挠度贴附于管沟底部，完成整个管段管道的下沟，详见图1：
图1 沉管法基本原理示意图2.2 管道应力计算。首先按照下式计算管道最大弯矩
M（x）≦2[R]E J/D （1）
式中：M（x）——管道最大弯矩（Kg·cm）
[R]——管材的许用应力，L450管材取4500Kg/cm2
E——管材的弹性模量，L450管材取2.06×106 Kg/m2
J——管材的截面惯性矩，457×11.0mm管材取38346.103cm4
D——钢管的直径，取DN450mm
将上述参数代入（1）式计算
M（x）=15556602.4×106 Kg·cm
由最大弯矩计算悬空长度L采用（2）式：
M（x）= qX2/12 （2）
式中：X——管道的悬空长度（m）
q——457×11.0mm管道的每米长的重量，取120.99Kg/m
变换（2）式得到
X=[12 M（x）/ Q]1/2 （3）
将上述参数代入（3）式计算
X=124.21m
结论：经计算采用沉管法下沟的前提条件是管线支点的间距只要不大于124.21m就能满足管材的强度要求，不致于使钢管道发生塑性变形。
2.3 沉管下沟管道变形计算。 沉管法基于钢管的弹性变形情况下得于实施。要保证沉管法正常实施，首先需计算该种管材的弹空长度（见图2）。
图2 力学计算模型根据下式计算弹空长度
L=4 8EJh q （4）
式中：E，J，q——同前所示
L——弹空长度（m）
h——管底深度（m），取2.0m
代入计算：
L=31.9m。
由计算得知管线在管沟深度为2m的状态下，自然弹空的长度为31.9m（沟下到管线刚近贴地面开始），因此在这样大的弹空状态开挖管沟是可行的。
3. 沉管法施工程序
3.1 沉管法实施之前，预制管道必须在设计图纸管线走向上方进行沟上焊施工，组对、焊接、检测、防腐作业合格后，进入沉管法施工。
3.2 挖掘机的斗铲在距离管道200mm处应缓慢入土开挖，操作动作不得过大，要做到慢落慢起，确保斗铲不接触管道。
3.3 将表层土剥离并放到作业带边缘，以保证生熟土分开。开挖土可分别堆放在管沟的两侧，与管沟边缘保持在1.5m以上。
3.4 管头的管沟一次性开挖到管底深度2m，然后逐渐向后边退边挖。
3.5 随着悬空长度的不断加长，管道在自身重力作用下贴服于管沟底部。
3.6 当管道开挖至末端时，管道整体逐渐沉至沟底，从而成功实现管道下沟。
3.7 在管线走向转角处，进行管道连头，组对、焊接、探伤、防腐合格后完成真个管道的施工安装任务。
4. 沉管法施工几个关键控制点
4.1 随时检查管沟深度，保证符合设计要求。
4.2 挖掘过程中防止机械“碰、擦、撞”管道防腐层，发现上述情况及时进行补伤。
4.3 管道下沟后，经隐蔽检验合格及时进行管沟回填。
4.4 在施工现场所有工作人员应正确佩戴劳保用品；沉管期间，现场指挥人员、监护人员必须站在挖掘机侧前方，站在管道外侧；禁止人员进去管沟内管道下进行施工作业。
4.5 适当加大管沟放坡，防止塌方事故发生。
5. 结束语
10.32Km管道采用沉管法施工共用10个工作日。经甲方、监理检验，工程质量合格。与常规沟下焊或是沟上焊相比，沉管法提高了施工效率，降低了施工安全风险。经现场观察，457×11.0mm管道，在采用沉管法下沟时，弹空长度在50m左右。表明理论计算与实际情况存在一定误差。