珠海南水閥室管道與設(shè)備沉降復(fù)位施工

王普成中石化江蘇油建工程有限公司，江蘇揚州225009

珠海南水閥室管道與設(shè)備沉降復(fù)位施工

王普成
中石化江蘇油建工程有限公司，江蘇揚州225009

建在新近填海區(qū)的輸送天然氣場站，由于填海造地時間短地面沉降不均勻，會導(dǎo)致場站管道、設(shè)備發(fā)生不均勻沉降，危害天然氣管道、設(shè)備的正常運行。針對位于珠海的南水閥室管道、設(shè)備出現(xiàn)沉降的問題，介紹了解決辦法。采取的主要施工步驟如下：開挖覆土減少管道的荷載；切斷進(jìn)出站主管道釋放應(yīng)力；增設(shè)室外樁基礎(chǔ)承臺和管道支架，用鋼墊板調(diào)整管道水平標(biāo)高；室內(nèi)管道、設(shè)備復(fù)位，用鋼墊板調(diào)整其水平標(biāo)高；閥室內(nèi)、外管道連頭；管道回填采用輕質(zhì)陶粒減載。此方法取得了明顯的效果，使管道、設(shè)備成功復(fù)位，為其他閥室沉降復(fù)位提供施工經(jīng)驗。

管道沉降；應(yīng)力釋放；樁基承臺；陶粒覆蓋

珠三角地區(qū)是我國經(jīng)濟發(fā)達(dá)地區(qū)之一，對能源的需求特別是對清潔能源天然氣的需求量逐年上升。但是輸送天然氣的場站很多建在填海區(qū)，由于填海造地時間短地面沉降不均勻，導(dǎo)致場站管道、設(shè)備發(fā)生不均勻沉降，嚴(yán)重危害天然氣管道、設(shè)備的正常運行［1］。因此，如何解決管道、設(shè)備的不均勻沉降成為建設(shè)方、設(shè)計方和施工單位面臨的一項課題。

新近填海地區(qū)目前解決天然氣管道、設(shè)備沉降問題的主要方法是進(jìn)行管道、設(shè)備開挖，頂（提）升，墊板等使其復(fù)位［2-4］。中石化江蘇油建廣東分公司（下文簡稱施工方）針對未投產(chǎn)的珠海南水閥室管道、設(shè)備沉降問題采用了開挖卸載，切斷進(jìn)出站主管道釋放應(yīng)力，打樁建造承臺，頂（提）升并制作管道支架、鋼墊板使管道設(shè)備復(fù)位，回填輕質(zhì)陶粒減載等一系列方法，取得了較好的效果。

1 工程概況

珠海南水閥室位于珠海市高欄港港區(qū)南水鎮(zhèn)飛沙村內(nèi)（如圖1所示），為廣東省天然氣管網(wǎng)二期工程珠海LNG輸氣管道西干線項目和荔灣海氣輸氣管道項目共用閥室（如圖2所示）。珠海南水閥室距離南水鎮(zhèn)約5 km，場區(qū)附近有縣道X582經(jīng)過，交通運輸條件較為便利。

珠海南水閥室于2013年7月完成地下基礎(chǔ)施工，2013年9月完成工藝管道設(shè)備安裝。2013年12月，珠海南水閥室出現(xiàn)進(jìn)出站埋地管道和放空埋地管道下沉并拉動地上閥門、設(shè)備的支架下沉和支墩開裂，導(dǎo)致部分閥門支架起翹（平均約40 mm），氣液聯(lián)動主閥傾斜，珠海南水閥室設(shè)備最大沉降量為56～60 mm。

圖1　珠海南水閥室地理位置

圖2　珠海南水閥室管道軸測圖及承臺位置

2管道、設(shè)備沉降觀測

根據(jù)業(yè)主要求，施工方于2013年12月底進(jìn)入閥室進(jìn)行沉降觀測，發(fā)現(xiàn)沉降造成了閥室內(nèi)設(shè)備支座多處起翹、移位情況。

2014年1月4日施工方對珠海南水閥室BA9102旁通球閥和GV9102旁通截止閥同時進(jìn)行沉降觀測。采用水準(zhǔn)儀每天測量一次，經(jīng)10 d沉降觀測，測得BA9102閥門累計沉降25 mm、GV9102閥門累計沉降15 mm。由于該閥室擬定于2014年2月15日投產(chǎn)，因此需要立即進(jìn)行沉降處理和復(fù)位施工。

3管道、設(shè)備沉降原因分析

依據(jù)現(xiàn)場情況及建設(shè)歷史過程，珠海南水閥室管道沉降主要原因有：

（1）地質(zhì)及水文因素的影響。珠三角地區(qū)沿海多為后期填海造地形成的陸地，地質(zhì)主要為第四系全新統(tǒng)人工填土（Q4ml），其特點為填海土質(zhì)雜色、結(jié)構(gòu)松散，地下水豐富，地下水位高。

（2）珠海南水閥室位置為新近填海區(qū)，灘涂淤泥深、壓縮系數(shù)高；地下水位高，地基承載力差，受上部填海塊石、構(gòu)筑物和管道自重荷載影響及施工擾動，導(dǎo)致淤泥固結(jié)下沉和滑移，進(jìn)出閥室管道隨勢受力下沉。

（3）因閥室進(jìn)出管管道受力緩沖段短，在閥門支撐點處管道應(yīng)力相對集中，造成閥室內(nèi)閥支架起翹變形。

（4）填海地區(qū)石塊體積大，塊石間隙大，在雨水、地下水和潮汐的影響下，地面回填細(xì)土持續(xù)下滑，被潮汐帶走，引起地面產(chǎn)生沉降，導(dǎo)致地面下陷和圍墻開裂下沉。

（5）管道上方回填的載荷過重。管道細(xì)土回填后，部分管道上方有大型石塊占壓造成管道承載過重。

4管道沉降復(fù)位處置方法

珠海南水閥室為未投產(chǎn)的場站，為使管道、設(shè)備復(fù)位，采用下述方法：

（1）沉降觀測。對地上工藝管道選擇7個觀測點，采用水準(zhǔn)儀進(jìn)行沉降跟蹤觀測，及時發(fā)現(xiàn)管道沉降變化。

（2）開挖減載。對進(jìn)、出閥室主管道上方荷載大的位置及放空管道進(jìn)行機械開挖，清除管道上方的回填物，減輕管道的承載，利用鋼管本身的鋼彈性，使傾斜的設(shè)備得到了部分復(fù)位。沿管道走向進(jìn)站一側(cè)開挖12 m（受道路限制），出站一側(cè)開挖40 m。

（3）切割進(jìn)、出站主管道，釋放應(yīng)力。進(jìn)出站管道開挖后，利用管道自身的鋼彈性無法完全釋放管道應(yīng)力，所以在閥室圍墻外5 m的位置對管道進(jìn)行切割，釋放管道沉降應(yīng)力。

（4）增設(shè)樁基礎(chǔ)承臺。在進(jìn)站側(cè)距閥室外墻7 m位置，在管道兩側(cè)打兩根長50 m直徑0.5 m的混凝土管樁，管樁直接達(dá)到砂巖層，截樁頭修建承臺（見圖3）。

圖3　承臺支架調(diào)整復(fù)位

在出站側(cè)距閥室3、18 m位置在管道兩側(cè)同樣打混凝土管樁，截樁頭修建承臺。將主管道置于承臺上，防止管道繼續(xù)下沉，并在承臺上設(shè)置可調(diào)節(jié)支撐，以便因地層沉降對管道進(jìn)行再次調(diào)整。

（5）室外管道復(fù)位。室外管道設(shè)計鋼支架，支架上方設(shè)置雙層鋼弧板，通過兩臺100 t千斤頂緩慢頂升，將主管道放置在鋼支架上部的鋼弧板上，支架與承臺間放置多層鋼墊板，通過調(diào)整鋼墊板的厚度，來調(diào)整管道水平標(biāo)高（見圖3）。

（6）室內(nèi)管道設(shè)備復(fù)位。閥室內(nèi)地下工藝管道全部開挖，露出管道及設(shè)備，利用原有鋼筋混凝土地面，支撐4個龍門架8個10 t倒鏈，室外采用4臺100 t千斤頂配合，緩慢提升地下管道及設(shè)備，在主球閥基礎(chǔ)上放置多層鋼墊板，通過調(diào)整鋼墊板的厚度，來調(diào)整主閥水平標(biāo)高。地面的設(shè)備采用同樣的辦法，來調(diào)整設(shè)備的水平標(biāo)高（見圖4）。地面小口徑管道采用可調(diào)支架，來調(diào)整管道的水平標(biāo)高。

圖4　龍門架倒鏈起吊復(fù)位

（7）復(fù)位測量調(diào)整。采用水準(zhǔn)儀測量管道設(shè)備的復(fù)位情況，局部達(dá)不到要求的，采用薄鋼板墊板進(jìn)行調(diào)整。

（8）焊縫無損檢測。對埋地及室內(nèi)管道焊縫進(jìn)行100％射線及超聲波檢測，未發(fā)現(xiàn)新增加的缺陷。

（9）試壓檢漏。由于管道沉降量比較大，可能對站內(nèi)設(shè)備及法蘭連接處造成損傷，不能保證密封性，因此在主管道兩端焊接橢圓封頭，按照設(shè)計壓力9.2 MPa的1.5倍進(jìn)行強度和嚴(yán)密性試驗。試壓時，有4處法蘭連接處出現(xiàn)輕微泄漏。泄壓后，對法蘭連接處進(jìn)行緊固，再次升壓到13.8 MPa，進(jìn)行強度和嚴(yán)密性試驗，結(jié)果合格。

（10）閥室內(nèi)、外管道連頭。

（11）管道回填。為了減輕管道上方的荷載，室內(nèi)管溝采用散裝陶粒（密度＜400 kg/m3）進(jìn)行回填，距地面30 cm采用袋裝陶粒鋪蓋一層，袋裝陶粒上鋪沙，蓋地板磚。室外采用同樣方法在袋裝陶粒上覆蓋20 cm沙土（如圖5所示）。

圖5　輕質(zhì)陶粒回填管溝

5 值得探討的問題

（1）珠海南水閥室是未投產(chǎn)閥室，管道開挖前后應(yīng)力應(yīng)變變化較大，4個測點的軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力均由正值變?yōu)樨?fù)值。采用輕質(zhì)陶粒進(jìn)行管道回填，投產(chǎn)后測試結(jié)果顯示，軸向應(yīng)力和環(huán)向應(yīng)力緩慢上升。

（2）珠海南水閥室復(fù)位時，切割閥室外管道。復(fù)位后進(jìn)行了壓力試驗，發(fā)現(xiàn)有4處法蘭連接部位泄漏，即時進(jìn)行了處理。沉降可能對閥室部分球閥造成損傷，但因采用閥室整體試壓，閥門內(nèi)漏無法檢測，只有啟用緊急切斷操作時才能發(fā)現(xiàn)閥門是否出現(xiàn)內(nèi)漏現(xiàn)象。

（3）復(fù)位前10 d沉降數(shù)據(jù)表明沉降速率異常，排除人為及測量儀器可能產(chǎn)生的影響，是何因素造成較高的沉降速率，仍待探究。

（4）為避免站外管道和閥室內(nèi)設(shè)備沉降速率不一致，建議相隔20～30 m在閥室外管道設(shè)置8～10組承臺，即可以減緩沉降速率不一致現(xiàn)象，降低因沉降對閥室管道設(shè)備的損傷，保證管道正常安全、有效運行。

6 結(jié)束語

經(jīng)過40 d緊張施工，施工方完成了南水閥室的沉降復(fù)位施工。經(jīng)過監(jiān)理、設(shè)計、業(yè)主的共同驗收，達(dá)到通氣投產(chǎn)條件，于2014年3月投產(chǎn)輸氣，管道、設(shè)備運行正常，經(jīng)過兩年多的運行，管道、設(shè)備只出現(xiàn)輕微沉降。南水閥室管道、設(shè)備沉降成功復(fù)位，積累了填海區(qū)天然氣管道、閥室沉降復(fù)位施工經(jīng)驗。

［1］顧振榮.地基沉降對燃?xì)夤艿赖奈：皩Σ撸跩］.山西建筑，2008，34（15）:85-86.

［2］董川.填海造地工程中的軟基沉降預(yù)測研究［J］.鐵道科學(xué)與工程學(xué)報，2011，8（3）：51-56.

［3］康潔巍.填海區(qū)天然氣排管的地基處理［J］.上海煤氣，2009（4）：10-12.

［4］周建標(biāo).深圳后海灣填海區(qū)軟土地基處里技術(shù)研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2009.

RecoveryofPipeline and Equipment Settlements at NanshuiValve Chemberin Zhuhai

WANG Pucheng
Sinopec Jiangsu Oilfield Construction Engineering Co.，Ltd.，Yangzhou 225009，China

Because the land reclamation from the sea was formed within short time period，gas station built on such land has uneven ground settlement causing pipeline and equipment at the gas station uneven settlement，which is harmful to normal operation of pipeline and equipment.This paper introduces the problem of pipeline and equipment uneven settlements at Nanshui Valve Chember in Zhuhai and puts forward corresponding measures to solve the problem.The construction procedure is as follows：excavation for reducing soil load on pipeline；cutting main pipeline section between its positions of entering and exiting the station for reducing stress；setting up outdoor pile caps and pipeline supports；using steel backing plates for adjusting pipeline horizontal elevation；recovering indoor pipeline and equipment and using steel backing plates for adjusting its horizontal elevation；connection of indoor pipeline section and outdoor pipelines；using light ceramsite for reducing load on pipeline.These methods achieve obvious results and enable the pipeline and equipment to be recovered successfully.

pipeline settlement；stress relief；pile cap；cover with ceramsite

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.04.013

王普成（1973-），男，遼寧綏中人，高級工程師，1996年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院經(jīng)濟管理學(xué)院物資管理專業(yè)，2014年畢業(yè)于中國石油大學(xué)（華東）工業(yè)工程專業(yè)，碩士，現(xiàn)從事項目生產(chǎn)經(jīng)營管理工作。Email：445822832@qq.com

2016-03-30