硬質(zhì)土質(zhì)長輸管道沉管下溝施工方法研究

劉博

沉管法是利用管道自重結(jié)合水的浮力，將管道浮運(yùn)、緩慢下沉的施工方法。過去，長輸管道下溝通常使用挖掘機(jī)挖溝—吊管機(jī)下溝方法；近些年來，在金屬長輸管道施工方面，在沙漠及大面積水網(wǎng)地帶管溝完全不能成型，曾經(jīng)使用過沉管法下溝施工。

我公司在中緬油氣管道工程第二、三標(biāo)段約160km施工中，在硬質(zhì)土質(zhì)“土壤分級(jí)為Ⅳ”地段首次使用沉管法施工。中緬油氣管道第二、三標(biāo)段地貌特點(diǎn)為：屬山前沖洪積細(xì)土平原，土壤分級(jí)為Ⅳ級(jí)，沿線底層均為雜砂巖、千枚巖、石英巖，土層稍濕，硬塑狀，夾有薄層粉細(xì)砂，孔隙較發(fā)育，干強(qiáng)度較低，韌性低，地下水位埋深小于3.0m，水塘及水渠水網(wǎng)穿越段地下水位小于2m。

實(shí)踐證明，沉管法與通常的挖溝機(jī)挖溝—吊管機(jī)下溝法相比有機(jī)動(dòng)靈活、節(jié)約造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)，且其施工安全性、焊口質(zhì)量均可保證。

一、施工方法闡述

1、施工方法創(chuàng)新點(diǎn)和特點(diǎn)

該方法成功解決了硬質(zhì)土質(zhì)（土壤分級(jí)為Ⅳ）地區(qū)大口徑、大壁厚長輸管道沉管下溝這一主要課題，從而打破了管道沉管下溝只能應(yīng)用于水網(wǎng)地區(qū)或沙漠地區(qū)，實(shí)現(xiàn)了管溝成形較好地區(qū)管道自重力下溝的理論論證和實(shí)踐應(yīng)用，取得了良好的效果。

1.1本施工方法創(chuàng)新點(diǎn)

1）通過可行性論證。根據(jù)焊接工藝評(píng)定報(bào)告和管道管材各項(xiàng)物理化學(xué)參數(shù)，具體論證了此施工方法的可行性和施工中焊口安全性，避免了以往單憑經(jīng)驗(yàn)、無明確理論基礎(chǔ)支持的施工方法，具科學(xué)性。

2）對(duì)硬塑狀土質(zhì)地帶形成管溝沉管與沙漠地帶、水網(wǎng)地帶沉管下溝作了明確比較。

①在沙漠及大面積水網(wǎng)地帶曾經(jīng)使用過沉管法下溝施工，以上兩種土質(zhì)松軟，一邊挖一邊塌方，最終形成V形管溝，沉管下溝過程中管道母線始終與管溝壁接觸，不存在明顯懸空段，V形管溝坡度大，容易控制管道緩慢勻速下沉。早在2002年西氣東輸一線25標(biāo)段施工時(shí)，即采用過沉管法通過了江蘇省鎮(zhèn)江和常州兩市大面積水網(wǎng)地區(qū)；在2010年西氣東輸陜京二線靖榆段延長線施工時(shí)，也采用了沉管法通過毛烏素沙漠段。

②本工程中，在“土層稍濕、硬塑狀的巖土工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)”地段使用沉管法施工。該地帶土質(zhì)形成管溝特點(diǎn)為管溝壁不完全塌方，機(jī)械開挖形成梯形微小坡度開口管溝，管溝壁對(duì)管道產(chǎn)生阻力較小，并且管道存在懸空段，管道沉管過程中不易控制管道緩慢勻速下沉，管道容易突然下滑出現(xiàn)扁口、焊口斷裂破壞或焊口內(nèi)傷，造成事故或形成隱患，通過控制每次下溝長度小于9.5m，控制了管道緩慢勻速下沉，保證了管道下溝的安全性。

1.2工法特點(diǎn)如下

優(yōu)點(diǎn)：1）具有工效高，方便管理的特點(diǎn)；2）具有安全性高，安全設(shè)施投入少的特點(diǎn)：由于沉管施工減少吊裝作業(yè)，對(duì)員工的作業(yè)難度及施工風(fēng)險(xiǎn)大為降低，消減了風(fēng)險(xiǎn)因素。

2、適用范圍

本工藝適用于管溝土質(zhì)為硬質(zhì)土質(zhì)（土壤分級(jí)為Ⅳ）的雜砂巖地段沉管下溝施工。

3、工藝原理

3.1簡述。利用挖掘機(jī)在管道一側(cè)并貼近管道直接開挖，使管道緩緩沉入溝底，達(dá)到設(shè)計(jì)埋深的施工方法，為提高工程綜合進(jìn)度將會(huì)具有決定性的作用。

3.2開挖工藝要求：3.2.1前道工序已通過監(jiān)理確認(rèn)，開挖人員及設(shè)備材料已確定；3.2.2對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)交底，確認(rèn)管溝中心線；3.2.3確定好管溝中心線和布管焊接中心線；3.2.4開挖管溝中心線即挖掘機(jī)挖斗操作最近距鋼管管壁不超過1m，鏈軌板距管壁大于1m，確保挖掘機(jī)配重旋轉(zhuǎn)空間，倒土位置可根據(jù)地形和施工作業(yè)帶寬度確定，開挖起頭要超過管端不少于3m為宜；3.2.5根據(jù)情況對(duì)管道進(jìn)行適當(dāng)?shù)奈恢谜{(diào)正；3.2.6開挖作業(yè)時(shí)，挖斗要平穩(wěn)輕放；3.2.7為避免管道壁防腐層破損或管道壁與挖斗相撞造成管道壁出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象，沉管前端頭位置必須距挖斗大于10m，否則將出現(xiàn)掏挖動(dòng)作，無法保證管道不被破壞；3.2.8對(duì)于溝底存在礫石、卵石的地段，在開挖時(shí)應(yīng)超挖200mm；3.2.9在進(jìn)行溝底細(xì)土墊層的攤勻時(shí)，應(yīng)使用特制的長柄齒杷，嚴(yán)禁有人在管底攤鋪細(xì)土；3.2.10溝底有積水的地段，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行小回填，并引排水溝；3.2.11開挖同時(shí)測(cè)量人員應(yīng)進(jìn)行管頂高程，發(fā)現(xiàn)有與圖紙不符的處應(yīng)立即停止挖溝，整改措施到位后方可繼續(xù)進(jìn)行作業(yè)；3.2.12挖方時(shí)應(yīng)采取先表層再下層的順序，管溝開挖處斷面應(yīng)呈緩坡狀，防止大面積土層突然塌落；3.2.13沉管下溝后，按照規(guī)范中下溝條款進(jìn)行驗(yàn)收。

4、質(zhì)量控制

沉管時(shí)進(jìn)行管溝開挖及回填所遵循的主要標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、圖紙如下：

5、主要安全措施

5.1沉管過程中嚴(yán)禁人員溝下作業(yè)；5.2嚴(yán)禁人員在懸空管道上站立或行走；5.3沉管長度必須得到有效控制，必須緩緩沉管，每段距離必須一致，保證焊口不被拉斷或出現(xiàn)內(nèi)裂紋；5.4增加安全監(jiān)控力度，保障安全操作。

6、環(huán)保措施效果

減少設(shè)備，減少能源消耗及排放；減小了作業(yè)面，減小植被破壞。

7、效益分析

本工程節(jié)約70t吊管機(jī)3臺(tái)下溝工作量，根據(jù)定額每天下溝按1.1km計(jì)算，則下溝需36天。

7.1節(jié)省直接費(fèi)用合計(jì)59.12萬元，通過預(yù)算軟件計(jì)算綜合取費(fèi)68.66萬元。詳細(xì)直接費(fèi)用如下：①70t吊管機(jī)內(nèi)部租賃費(fèi)用2800元/天臺(tái)（外部租賃費(fèi)用為7000元）*3臺(tái)*36天=30.24萬元；②吊管機(jī)燃油費(fèi)用1400元/天臺(tái)*3臺(tái)*36天=15.12萬元；③修理維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用估值為6萬元；④吊管機(jī)往返拉運(yùn)費(fèi)用0.4元/t.km*3臺(tái)*70t/臺(tái)*540km=4.536萬元；⑤吊管機(jī)指揮、操作及司索人員費(fèi)用8人*36天*56.8元/人天=1.636萬元；⑥客貨兩用值班車220元/臺(tái)天*2臺(tái)*36天=1.584萬元。

7.2增加費(fèi)用3.4萬元，如下：①挖掘機(jī)組超挖深0.25m費(fèi)用增加3.4萬元；②防腐補(bǔ)口補(bǔ)傷比預(yù)算定額增加46處，在定額內(nèi)，費(fèi)用不增加。

因此累計(jì)節(jié)省資金68.66-3.4=65.26萬元。

8、應(yīng)用實(shí)例

9、可推廣范圍

根據(jù)論證部分計(jì)算公式，可將其它管徑、壁厚不同管道沉管下溝安全長度計(jì)算出來，在四級(jí)土質(zhì)地區(qū)實(shí)行沉管下溝施工。

二、結(jié)束語

本文研究論證了硬質(zhì)土質(zhì)大口徑長輸管道沉管下溝施工方法的可行性，對(duì)該施工方法進(jìn)行了闡述和總結(jié)，同時(shí)針對(duì)沙漠地帶、水網(wǎng)地帶沉管下溝施工方法做了比較。

通過現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，給整個(gè)工程帶來了積極的影響，相比傳統(tǒng)的下溝施工，有應(yīng)用靈活、節(jié)約造價(jià)等優(yōu)點(diǎn)。在硬質(zhì)土質(zhì)大口徑長輸管道沉管下溝施工中是一種極有推廣價(jià)值的工藝。