瑞木鎳鈷紅土礦熱帶雨林長輸?shù)V漿管道安裝技術(shù)

董荔葦

（中國十九冶集團(tuán)有限公司， 四川 成都 611730）

瑞木鎳鈷紅土礦熱帶雨林長輸?shù)V漿管道安裝技術(shù)

董荔葦

（中國十九冶集團(tuán)有限公司， 四川 成都 611730）

就位于大洋洲巴布亞新幾內(nèi)亞馬當(dāng)省境內(nèi)的瑞木鎳鈷紅土礦礦漿管道工程，詳細(xì)介紹在不同地段的管道安裝特點(diǎn)、管道安裝工藝、管道安裝及敷設(shè)技術(shù)，以及管道清管掃線及強(qiáng)度試驗。實踐表明，在當(dāng)?shù)貧夂虻刭|(zhì)條件下敷設(shè)長輸管道，針對礦漿管道具體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，對不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)采用不同的安裝方法，應(yīng)用效果顯著。

地質(zhì)特征 管道焊接 管道安裝 清管掃線

瑞木鎳鈷紅土礦礦漿管道工程位于大洋洲巴布亞新幾內(nèi)亞馬當(dāng)省境內(nèi)。由于管道輸送礦漿對物料的粒度、礦漿流速、礦漿濃度和管道敷設(shè)坡度等方面有嚴(yán)格的要求，并且漿體屬固/液兩相流流體，在管道內(nèi)流動存在動量的轉(zhuǎn)換，礦漿管道又是連接礦山與冶煉廠的動脈、紐帶，所以對管道的安裝精度要求比較高。礦漿管道材質(zhì)為API 5L X60管線鋼，全管線翻越崇山峻嶺及莽莽原始森林，穿（跨）越大小河流，歷經(jīng)濕地沼澤、積水煤層、滑坡體、塌方體、地震斷裂帶、山谷、沖溝、山脊等特殊地段。當(dāng)?shù)孛磕杲涤陼r長為6個月，年降雨量為4 500～6 500 mm，相對濕度在90%以上，年平均氣溫22.5℃，有近1/3的地形地貌屬泥石流、河網(wǎng)、沼澤地表，土壤承載力極差，整體屬過飽和土、腐植土、粉砂土，屬典型熱帶雨林氣候。在此氣候地質(zhì)條件下敷設(shè)長輸管道，應(yīng)針對礦漿管道具體結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，對不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu)采用不同的安裝方法。

1 管道安裝特點(diǎn)

管線測量放線采用分小區(qū)段定位返點(diǎn)測設(shè)，對拐點(diǎn)部位采用多折線轉(zhuǎn)點(diǎn)測設(shè)，保證了管軸線精確定位。在常水位沼澤地段，主要采用筑島組對焊接、漂管運(yùn)輸、沉管敷設(shè)的方法；在滑坡體、塌方體、泥石流區(qū)段，主要采用抗滑樁支墩敷設(shè)方法，可使管道升高，離開原地面，當(dāng)發(fā)生滑坡、塌方、泥石流時，土、石從管道下面通過，保證管道不受損壞，安全運(yùn)行；在流沙層地段，主要采用泥漿護(hù)壁、注水增壓防滲和沉管敷設(shè)；在山脊、沖溝、山谷狹長地段，主要采用輕軌小車、管段敷設(shè)；在地震斷裂帶地段，主要采用地震斷裂帶與管道正交敷設(shè)，當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生時，斷裂帶發(fā)生錯位移動，使管道沿軸向受拉；在落差大的地段，易產(chǎn)生加速流，主要采用降低勢能和大S型緩彎回路敷設(shè)，自動消除加速流；在平直段，采用雙節(jié)管或三節(jié)管進(jìn)行管段式安裝；在地下水位較低地段，直接采用溝下焊接。當(dāng)管道明敷時，確保各錨固墩、支墩進(jìn)入土壤持力層，保證管枕充分接觸管底且受力；當(dāng)管道暗敷時，采用管溝開挖與管道安裝同步進(jìn)行，保證管溝開挖順暢，并保持管溝底水力梯度以確保管道安裝精度。

2 管道安裝工藝

2.1 工藝流程

管道安裝工藝流程為：測量放線—施工作業(yè)帶的開辟—管溝開挖—管線組對焊接—管道清管掃線—管道強(qiáng)度試驗—管溝回填—植被恢復(fù)。

2.2 管道線路控制樁的交接

在交接樁過程中，要注意土壤物理力學(xué)性能比較差的濕地沼澤、地震斷裂帶、滑坡體、塌方體等特殊地段，在管線縱橫向方向突然改變方向的位置。用GPS測出坐標(biāo)及高程，并作好記錄，會同設(shè)計、地質(zhì)勘探、業(yè)主、監(jiān)理等單位進(jìn)行協(xié)商，提出合理優(yōu)化修改意見。由于管線測量放線通視性差，森林覆蓋GPS肓區(qū)多，采集信號困難，因此采用分小區(qū)段定位返點(diǎn)測設(shè)，對拐點(diǎn)部位采用多折線轉(zhuǎn)點(diǎn)測設(shè)，對于折轉(zhuǎn)定位必須現(xiàn)場多次勘察確定。根據(jù)控制樁測定管線中心線，在控制樁之間設(shè)置縱向變坡樁、變壁厚樁、變防腐涂層樁、穿（跨）越標(biāo)志樁、拐點(diǎn)樁、百米樁、曲線加密樁。根據(jù)樁的排列，按線路控制樁和曲線加密樁劃出線路中線和施工作業(yè)帶占地邊界線。

2.3 施工作業(yè)帶的開辟

根據(jù)地形地貌、季節(jié)、氣候環(huán)境、植物生長規(guī)律、施工準(zhǔn)備的不同開辟施工作業(yè)帶。施工作業(yè)帶的修建開辟為管道安裝作業(yè)提供運(yùn)輸條件和安裝條件。

2.4 準(zhǔn)備工作

根據(jù)測量放線工作狀況，移動所有樁位到規(guī)定的棄土邊界線以內(nèi)距邊界線0.3 m處。在坡地、濕地沼澤、山區(qū)等地段開辟施工作業(yè)帶，應(yīng)充分與現(xiàn)有公路、便道相結(jié)合，方便管材、機(jī)具到達(dá)施工作業(yè)帶。應(yīng)在第5—第11月枯水季節(jié)，開辟季節(jié)性濕地沼澤地段，并且在枯水季節(jié)來臨之前，提前兩個月就進(jìn)行導(dǎo)排、疏浚，排除地面積水并構(gòu)筑泄洪渠，劃小作業(yè)區(qū)段，使施工作業(yè)帶充分暴露、裸露、涼曬。利用現(xiàn)有的道路與平坦谷地當(dāng)作運(yùn)輸通道，無通道可利用時，根據(jù)地形情況修建連接公路與施工作業(yè)帶的施工通道，每5 km修一條施工通道，其寬度不宜大于5 m，最大限坡不超過10%。

2.5 管道組對及焊接方法

由于漿體在管道內(nèi)流動時，會產(chǎn)生沉淀并附著在管內(nèi)壁，所以在運(yùn)行過程中必須定期清管。這就要求管道的對口必須是直對口，嚴(yán)禁斜對口，以保證清管器能順利通過。對于死口和彎頭的組對，使用外對口器，在使用外對口器的過程中，保證每一個壓緊塊受力相等，在管圓周四個方向同時用力矩搬手施力，并觀察絲桿的伸縮量是否均勻相等，不得使用兩點(diǎn)對稱壓緊，防止管口變形。對于直管的組對，使用內(nèi)對口器，因為內(nèi)對口器直接被放在管道內(nèi)，通過壓縮空氣作為動力，能在管道內(nèi)自動爬行，操作簡單、靈活，頂力大，對口精度高，能滿足對口組裝要求的焊后錯邊量≤1.6 mm。

長輸?shù)V漿管道都處于野外，其氣候、水文地質(zhì)條件多變，因此在焊接管道時應(yīng)結(jié)合管線鋼焊接的方法。對于焊接方法，選擇纖維素型焊條下向根焊和自保護(hù)藥芯焊絲半自動下向熱焊、填充、蓋面，因為纖維素型下向焊條具有極強(qiáng)的造氣功能和堅挺的電弧強(qiáng)力吹，適合山區(qū)、沙漠、水網(wǎng)等復(fù)雜條件下的全位置單面焊雙面成型，熔敷效率高，焊縫金屬力學(xué)性能可得到保證，同樣自保護(hù)藥芯焊絲的焊接特點(diǎn)為熔敷效率高、全位置成型好、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，特別是抗風(fēng)能力強(qiáng)，是目前管線鋼焊接施工的一種重要焊接工藝方法。自保護(hù)藥芯焊絲半自動焊與手工電弧焊相結(jié)合，操作靈活，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，一次投資小，對于大口徑、大壁厚管線鋼鋼管是一種很好的焊接工藝［1］。

3 管道安裝及敷設(shè)技術(shù)

管線走向分布：從主泵站開始（零公里）沿山脊敷設(shè)，一直下坡，此區(qū)域?qū)俑呱絽^(qū)，地勢陡峻，高程從700 m降為335 m，管線長5 km；然后進(jìn)入瑞木河谷區(qū)沖擊平原，此區(qū)域地勢平坦，分布著河汊、沼澤、濕地、流沙層等，管線長18 km；再進(jìn)入馬萊公路中山區(qū)，此區(qū)域地勢起伏，爬坡上坎，分布著水系、塌方體、滑坡體等，管線長43.8 km；最后進(jìn)入濱海平原區(qū)，高程25 m，管線長66.8 km。

3.1 鋼管的運(yùn)輸及布管

礦漿管道采用加強(qiáng)級防腐及外保護(hù)層，防止損壞鋼管的防腐層和保護(hù)層。準(zhǔn)確區(qū)分各種管子類型、壁厚、防腐層類型及等級，布管應(yīng)準(zhǔn)確有序。布管時，在管子兩端設(shè)置穩(wěn)固的支撐。支撐可用軟土堆、帶有橡膠軟墊的枕木、裝有軟土或植物碎粒的麻袋（草袋、編織袋），支撐的高度應(yīng)為300～500 mm，嚴(yán)禁使用硬土塊、石塊、碎石堆作為支撐。支撐應(yīng)被設(shè)置在距管子端口0.5～1.5 m的位置上。布管時還應(yīng)首尾銜接，使相鄰管口呈鋸齒形分開。布管的間距應(yīng)與管長基本一致，每敷15～20根管核對一次間距，發(fā)現(xiàn)過疏或過密時應(yīng)及時調(diào)整。布管位置見下頁圖1。布管在施工作業(yè)帶的組對焊接一側(cè)進(jìn)行，且管子距管溝邊緣的最小距離應(yīng)不小于0.5 m。在坡地布管時，應(yīng)加大支撐墩寬度，以增加管子的穩(wěn)定性。當(dāng)坡度超過5°時，在下坡的部位設(shè)置支擋物；當(dāng)坡度大于15°時，停止布管作業(yè)，待組對焊接時從堆管平臺上“隨取隨用”。

3.2 管道敷設(shè)

3.2.1 一般地段

一般地段是指平原、小丘陵地勢比較平坦的區(qū)段。在一般地段敷設(shè)管道時，除管線在縱橫向改變方向時使用冷（熱）彎彎管外，應(yīng)充分利用彈性敷設(shè)和緩彎回路。

3.2.2 季節(jié)性濕地沼澤地段

主要采用旱季排水敷設(shè)。此地段土壤為過飽和土，含水量高，采用旱船進(jìn)行管道運(yùn)輸、布管，劃小作業(yè)段組織突擊施工。根據(jù)地段粉砂土的特征，采用多孔PVC管集水引流法進(jìn)行管溝降水。在地下水位較高時，采用距離管線軸線2 m、埋設(shè)直徑為200 mm的多孔PVC管，標(biāo)高在礦漿管線管溝基礎(chǔ)以下500mm處，在多孔PVC外包兩層細(xì)鋼絲網(wǎng)防堵塞［2］。在地下水位不高時，可采用圖2所示的方法排水。當(dāng)管溝底部地耐力低于0.1 MPa時，采用水泥（42.5R）干拌河沙進(jìn)行置換軟土，其配比為50 kg。

圖1 布管位置圖

圖2 管溝的排水系統(tǒng)

3.2.3 常水位沼澤地段

主要采用筑島組對、漂管運(yùn)輸、沉管敷設(shè)的方法。在雨季時進(jìn)入此地段進(jìn)行管道敷設(shè)施工作業(yè)，使施工作業(yè)帶水位進(jìn)一步提高到1.0 m以上。尋找凸出水面的干地（沒有凸出水面的干地時，可在非施工作業(yè)帶的干地上）進(jìn)行筑島并進(jìn)行加固修整作為管道組對焊接作業(yè)場地，搭設(shè)防雨棚，加工修建滑道兼組對焊接作業(yè)工作臺。將管端封閉，讓管道充分漂浮在水面，在管線有塌陷的地方在管道上加掛浮筒，使管線有足夠的自由度，在管線前方用多級捲揚(yáng)牽引，每30～50 m牽引一次，直至跨過此地段，同時借助小木船人工沿管線對稱打木樁，間隔12 m、木樁距管壁2～3 cm，防止管線橫向漂移。開溝時避開雨季以挖掘機(jī)駕駛室不進(jìn)水為宜，水位較高時可用船載輕型挖掘機(jī)開溝，開溝完成后，拆除木樁，用人工輔以機(jī)械使管線橫向漂移至管溝中心線上，再次加設(shè)木樁防止管線橫向漂移，打開管口封端，向管道內(nèi)注入清水或在管頂加載鞍型配重使管線沉至管溝底并回填［3］。

3.2.4 滑坡體、塌方體、泥石流區(qū)段

主要采用抗滑樁支墩敷設(shè)方法。抗滑樁進(jìn)入基巖2.0 m，樁間距為16.0 m。管道敷設(shè)在樁頂圓弧形管托上。當(dāng)發(fā)生地質(zhì)災(zāi)害時讓土、石從管道下面通過，并保護(hù)管道［4］。

3.2.5 流沙層地段

主要采用泥漿護(hù)壁開溝（管溝）、注水增壓防滲和沉管敷設(shè)。該地段地勢平坦，地耐力高，表層800 mm以下均為流沙層，管溝開挖深度為1.7 m。開溝時，大量流沙涌入溝槽內(nèi)，溝槽壁塌方嚴(yán)重，溝槽開口能達(dá)到幾米甚至更多，使得管溝不成型，離管溝邊沿幾米遠(yuǎn)的地方出現(xiàn)地陷。處理辦法：將溝槽另一端封閉并加固，向溝槽內(nèi)注水，控制開溝速度，使水位始終保持在與地表相平，充分利用水和泥漿的重力產(chǎn)生的滲透壓能有效地阻止流沙涌入溝槽內(nèi)，同時水和泥漿又能起到很好的護(hù)壁作用，使管溝成型。開溝完成后嚴(yán)禁將溝槽內(nèi)水排除，仍保持開溝時的水位，水位下降時要不斷向溝槽內(nèi)補(bǔ)水，將管線橫向移至管溝中，使之漂浮在水面上，再向管道內(nèi)注水或在管頂加載鞍型配重將管線壓至管溝底進(jìn)行回填［5］。

3.2.6 山脊、沖溝、山谷狹長地段

主要采用輕軌小車、管段敷設(shè)。此地段施工作業(yè)帶寬度在6 m以內(nèi)，管道組對焊接與開溝作業(yè)無法交錯進(jìn)行。處理方法是：以有彎管的位置為分界點(diǎn)，先完成開溝作業(yè)，再在管溝內(nèi)鋪設(shè)輕軌并安裝卷揚(yáng)機(jī)，在輕軌上行走帶圓弧形管座的小車。在開闊地帶將管子組對焊接成所需長度的管段，利用卷揚(yáng)機(jī)、小車將管段拽入管溝內(nèi)，用三角架及手拉倒鏈提起管道，拆除小車及輕軌并回填管溝。這樣既解決了單根管子的運(yùn)輸、布管，又敷設(shè)了管道［6］。

3.2.7 地震斷裂帶地段

主要采用地震斷裂帶與管道正交敷設(shè)。管線在穿越地震斷裂帶區(qū)域，若遭遇到高于該地區(qū)基本烈度的地震將會造成管線斷裂、屈曲失穩(wěn)及拉斷等損壞。在明敷時，應(yīng)將所有錨固墩、支墩等附屬設(shè)施垂直于水平面不得傾斜且進(jìn)入土壤持力層，避免地震來臨時產(chǎn)生過大的地震加速度而進(jìn)一步傾斜、倒塌。管道暗敷時，應(yīng)增加管溝寬度并減少管道埋深，回填些非黏性材料以提高管道的自由度，并保證回填物料在較長時間內(nèi)不因雨水浸泡而過于密實。管道敷設(shè)的關(guān)鍵點(diǎn)是：管道的抗拉能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于抗壓能力，應(yīng)盡可能使管道在斷層移動時處于受拉狀態(tài)。盡量使管道與斷裂帶正交成90°；避免在地震斷裂帶區(qū)域使用冷彎彎管和熱煨彎管及彈性敷設(shè)［7］。

3.2.8 易產(chǎn)生加速流地段

主要采用降低勢能和大S型緩彎回路敷設(shè)。加速流是由于管線上下游高程差較大或在批量輸送時漿批與水批的密度差等原因，使?jié){體正常流速和壓力發(fā)生突然改變，相應(yīng)漿體位能坡降超過正常滿管流漿體輸入的水力梯度而產(chǎn)生的水擊現(xiàn)象，即漿體管道加速流［8］。這種加速流的產(chǎn)生實際上是由多余的能量引起的。加速流的危害極大：能使管道發(fā)生劇烈振動，管線產(chǎn)生縱、橫向移動，管線附屬設(shè)施和基礎(chǔ)松動或位移；伴隨泥漿錘的產(chǎn)生，破壞性進(jìn)一步擴(kuò)大，彎管被拉成直管，直管被壓縮成彎管；易產(chǎn)生管道扭曲、褶皺、屈曲、扁平、凹陷、斷裂、破裂等。管線敷設(shè)技術(shù)要點(diǎn)：分界點(diǎn)處上游管道敷設(shè)應(yīng)盡量降坡，下游管道敷設(shè)應(yīng)盡量抬高高程并采用大S型緩彎回路，降低高程差能有效減小勢能，大S型緩彎回路能對漿體提供足夠的阻力，降低流速，形成滿管流，消除加速流；管溝開挖應(yīng)順暢，曲線段應(yīng)圓滑，并嚴(yán)格控制管溝底水力梯度；應(yīng)采用彎道半徑在30倍彎管直徑以上的彎管，管道組對焊接時嚴(yán)禁硬對口，盡量降低管道敷設(shè)應(yīng)力，不準(zhǔn)隨便移動安裝好的管道，嚴(yán)禁使用彈性敷設(shè)；保證管溝回填物料在雨水沖刷浸泡時不溶解流失；管道明敷時必須使錨固墩、支墩基礎(chǔ)進(jìn)入土壤持力層且垂直于水平面，還必須使管托、管枕與管道底部充分接觸且受力。

4 管道清管掃線及強(qiáng)度試驗

在管道清管掃線前，確認(rèn)管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷、探傷工序完成并合格且下溝。清管掃線就是要對管道敷設(shè)安裝過程中遺留在管道內(nèi)的污物及管道內(nèi)壁的浮銹清除干凈，同時也是對管道敷設(shè)安裝過程中管口組對的檢驗，也為管道投運(yùn)后定期清管作準(zhǔn)備。將清管器放入管道內(nèi)，利用水壓推動清管器行走，完成清管掃線。

管道強(qiáng)度試驗，用水作為試驗介質(zhì)。強(qiáng)度試驗壓力值是12.5 MPa，穩(wěn)壓時間為24 h。從高程最大的管段開始試驗，將同一試壓段上的最大地形相對高差控制在100～150 m內(nèi)，實驗用水在此段試驗合格后可以不予排除，用作下一試驗段的“水庫”。在試驗過程中要嚴(yán)格控制管道不受控制的移動［9］。

5 結(jié)語

針對熱帶雨林不同地質(zhì)結(jié)構(gòu)地段的礦漿管道，采用不同的敷設(shè)方法，植被破壞小，易復(fù)墾，降低了管道安裝難度，節(jié)約了成本。全管線敷設(shè)完成后經(jīng)試通漿、試生產(chǎn)、投產(chǎn)，證明管道運(yùn)行安全、平穩(wěn)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保。

［1］ 黃成楷，杜正華，董荔緯，等.巴新瑞木鎳鈷礦漿X60管道焊接工藝［J］.焊接技術(shù)，2010（10）：62-65.

［2］ 董荔葦.礦漿管道在季節(jié)性濕地沼澤地段的降水敷設(shè)方法：201110090901.0［P］.2012-07-04.

［3］ 董荔葦.礦漿管道在沼澤地段的敷設(shè)方法：201110090743.9［P］. 2013-01-02.

［4］ 董荔葦.礦漿管道在滑坡體、塌方體、泥石流區(qū)的敷設(shè)方法及結(jié)構(gòu)：201110091305.4［P］.2012-12-05.

［5］ 董荔葦.礦漿管道在流沙層地段的敷設(shè)方法：201110093817.4［P］.2012-12-05.

［6］ 董荔葦.礦漿管道在狹長地段的敷設(shè)方法：201110090962.7［P］. 2012-08-15.

［7］ 董荔葦.礦漿管道在地震斷裂帶地段的敷設(shè)方法和敷設(shè)結(jié)構(gòu)：201110090980.5［P］.2013-03-06.

［8］ 董荔葦.瑞木鎳鈷紅土礦礦漿管道加速流消除技術(shù)［J］.金屬礦山，2012（6）：106-108；112.

［9］ 李馬鎖，柴清潔，王志會.長距離輸送礦漿管道的壓力試驗［J］.現(xiàn)代礦業(yè)，2015（11）：231-233.

（編輯：胡玉香）

Tropical Rainforest Long Distance Slurry Pipeline Installation Technology in PNG Ramu Nico Red Soil Ore Project

DONG Liwei
（China 19th Metallurgical Corporation，Chengdu Sichuan 611730）

Based on slurry pipeline in PNG Ramu Nico red soil ore project located in Madang Province，PNG，this paper introduces the installation characteristics，installation technology of pipeline and laying technology as well as cleaning tube and sweep line and intensity experiment.The practice shows that laying long distance transportation pipeline under this climate and geology condition，the specific structures and characteristics of slurry pipeline installation should be considered，and different methods are used according to different geological structures，and the application effect is remarkable.

geologic feature，pipe welding，pipe installation，tube cleaning and line sweeping

TF19

A

1672-1152（2016）05-0087-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.31

2016-08-02

董荔葦（1967—），男，教授級高級工程師，國家一級注冊建造師，從事工程管理工作。