天然氣長(zhǎng)輸管線雙邊開挖沉管法的應(yīng)用

上海煤氣第一管線工程有限公司 蘇 爽

天然氣長(zhǎng)輸管線雙邊開挖沉管法的應(yīng)用

上海煤氣第一管線工程有限公司 蘇 爽

雙邊開挖沉管法是一種在軟濕土質(zhì)區(qū)域敷設(shè)大口徑鋼制天然氣長(zhǎng)輸管線的施工方法，其利用價(jià)值是摒棄了傳統(tǒng)的開挖直埋施工方法，以高安全系數(shù)、高質(zhì)量保證度和高工程推進(jìn)速度等，來彌補(bǔ)傳統(tǒng)施工方法上的多項(xiàng)不足，值得在工程施工實(shí)踐中利用與借鑒。

天然氣長(zhǎng)輸管線 軟濕土質(zhì) 施工方法

隨著國(guó)家“十二五”規(guī)劃的深入，高清潔能源開發(fā)與利用，特別是天然氣的使用越來越受到廣泛的關(guān)注。目前我國(guó)境內(nèi)已探明的天然氣氣源所在地多為中西部區(qū)域，要將天然氣通過管道輸送至利用率較高的東部沿海沿江區(qū)域，大口徑天然氣長(zhǎng)輸管線的建設(shè)變得非常重要。然而由于中國(guó)地勢(shì)西高東低，越臨近江河入?？诘膮^(qū)域地下土質(zhì)越不利于管線的敷設(shè)，存在許多安全生產(chǎn)隱患需要解決。

1 施工中存在的安全隱患

隱患一：通常江河入?？诟浇钠皆貐^(qū)，多為泥沙沖積而形成，其地下土質(zhì)特別松軟，一經(jīng)開挖后，溝壁土的抗剪度與應(yīng)力會(huì)隨著時(shí)間的推移直線下降，導(dǎo)致開裂甚至坍塌的情況屢見不鮮。

隱患二：流沙性土質(zhì)情況嚴(yán)重，此類土質(zhì)會(huì)因各種外力或地下水流的作用而不斷涌動(dòng)，如不采取相應(yīng)措施，難以滿足大口徑管線敷設(shè)的作業(yè)條件。

隱患三：地下水位較高，致使大口徑管線敷設(shè)作業(yè)前必須長(zhǎng)時(shí)間降低水位，以此保證大口徑管道敷設(shè)過程中各工序的正常作業(yè)。

隱患四：作業(yè)環(huán)境相對(duì)比較惡劣，對(duì)安全防護(hù)措施落實(shí)情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，情況嚴(yán)重區(qū)域很難形成連續(xù)作業(yè)，降低施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。

2 傳統(tǒng)施工方法存在不足

針對(duì)以上施工難點(diǎn)，傳統(tǒng)施工方法是采用密板樁或者是拉森板樁支護(hù)的方法對(duì)開挖段進(jìn)行安全支護(hù)，必要時(shí)再要在溝壁間進(jìn)行橫向頂撐，以提高安全支護(hù)力度，保證溝下正常施工；采用井點(diǎn)降水工程，控制地下水位上漲，減緩流沙性土質(zhì)上涌的速度，以滿足管線敷設(shè)過程中各環(huán)節(jié)的施工條件。

對(duì)于無法進(jìn)行安全支護(hù)的區(qū)域，采用放坡大開挖或降土開挖的方式，使溝槽兩邊溝壁坡度變緩或溝槽變淺，以提高溝下作業(yè)人員的安全系數(shù)；溝下一旦作業(yè)開始，溝上各類機(jī)具設(shè)備盡可能減少移動(dòng)，減輕對(duì)溝壁土的應(yīng)力作用，以防因溝壁土不堪應(yīng)力、釋放失控而產(chǎn)生的嚴(yán)重后果；當(dāng)天完成管道組對(duì)焊接后，所有安全措施、機(jī)具設(shè)備不得拆除和移動(dòng)，以配合第二天的焊縫無損探傷與節(jié)口防腐工序的順利完成。

雖說通過傳統(tǒng)施工方法中相應(yīng)措施的落實(shí)，可使管線敷設(shè)正常作業(yè)，但是其所存在的不足卻是顯而易見的：

(1)為保證施工過程處于安全受控狀態(tài)，必須落實(shí)許多安全保證措施，通過一系列措施的落實(shí)來保障施工中安全狀態(tài)處于相對(duì)可控，但只要其中一個(gè)環(huán)節(jié)存在短板或疏忽，其后果將十分嚴(yán)重。

(2)施工過程中所落實(shí)的一系列安全保證措施，占用時(shí)間較長(zhǎng)，而且時(shí)時(shí)要對(duì)措施有效程度進(jìn)行監(jiān)控，使施工周期變長(zhǎng)，大大影響了施工效率。

(3)落實(shí)這一系列安全保證措施，必須投入相當(dāng)大的人力、物力、財(cái)力，而最為關(guān)鍵的是安全措施落實(shí)一段、管線敷設(shè)一段，前后工序無法連貫銜接，無法適應(yīng)長(zhǎng)距離連續(xù)作業(yè)的要求，嚴(yán)重阻礙了工程的推進(jìn)速度。

2 雙邊開挖沉管法

傳統(tǒng)施工方法所呈現(xiàn)的種種不足，已不能滿足時(shí)下的施工需要，為了能在安全全面受控的前提下，最大程度地縮短施工周期，提高施工效率和施工質(zhì)量，雙邊開挖沉管法便孕育而生了。該施工方法共分七個(gè)步驟：

第一步：勘察定界，采用GPS定位系統(tǒng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)樁位標(biāo)記與圖紙資料，將管位軸線、作業(yè)帶邊界線進(jìn)行精確定位。再以勘探資料結(jié)合實(shí)地踏勘記錄，摸清作業(yè)帶內(nèi)建筑物、構(gòu)筑物、地下管線等情況，以此來合理劃分出施工段面。

第二步：場(chǎng)地清理，從施工段面入手，挖掘機(jī)配合人力進(jìn)行全面清理，掃除施工段面中遺留的障礙物，完成施工作業(yè)的前期準(zhǔn)備工作。

第三步：材料進(jìn)場(chǎng)，精確丈量施工段面長(zhǎng)度，測(cè)算出所需管材量，完成管材進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收后，沿管位軸線一字撒開，盡可能做到管口對(duì)齊，為下一步焊接組對(duì)做準(zhǔn)備，見圖1。

圖1 焊接組對(duì)準(zhǔn)備

第四步：組對(duì)焊接，采取地上組對(duì)焊接方式，不必在坑下作業(yè)，在相對(duì)較舒適的環(huán)境中將管材長(zhǎng)距離焊接起來，并完成焊縫的無損探傷與節(jié)口防腐工作，最后于管首和管末兩端進(jìn)行臨時(shí)封口。值得注意的是，實(shí)際組對(duì)焊接的管材長(zhǎng)度應(yīng)略短于該施工段面的長(zhǎng)度，以便日后施工段面與段面之間的對(duì)口鑲接，見圖2。

圖2 組對(duì)焊接

第五步：開挖沉管，此步驟是整個(gè)施工方法中最為關(guān)鍵的一步，一般由三臺(tái)挖掘機(jī)再配合監(jiān)控人員聯(lián)合作業(yè)，先由二臺(tái)挖掘機(jī)并行于已完成組對(duì)焊接步驟管道的兩側(cè)，同時(shí)開挖并逐步將管下土層掏空；監(jiān)控人員以全站式水準(zhǔn)儀對(duì)開挖深度進(jìn)行時(shí)時(shí)監(jiān)控，以保證溝槽開挖深度不會(huì)出現(xiàn)超深或過淺的情況；當(dāng)管下土層掏空至一定程度時(shí)，管道會(huì)在地心引力的作用下緩緩下垂，沉入成形的溝槽內(nèi)；當(dāng)沉管長(zhǎng)度達(dá)到50 m左右時(shí)，第三臺(tái)挖掘機(jī)便可以留下適當(dāng)管頭操作長(zhǎng)度的位置跟進(jìn)回填，回填厚度為管頂30 cm，至此三臺(tái)挖掘機(jī)將以品字陣形向管尾移動(dòng)作業(yè)，直至整段管道沉完并于末端留下必要的操作位置，見圖3。

圖3 管道沉入成形的溝槽

第六步：敷帶平場(chǎng)，完成沉管后立即對(duì)整個(gè)沉管段敷設(shè)專用警示帶，再由挖掘機(jī)對(duì)完成敷設(shè)警示帶的區(qū)域逐步進(jìn)行二次回填，除了兩端余留區(qū)域外，其他部位可全部恢復(fù)原始地貌。

第七步：起止定位，使用安全護(hù)欄對(duì)起止兩端余留部位全封閉圍護(hù)，落實(shí)必須的警示措施，以備后期進(jìn)行施工段面與段面間的管道對(duì)口鑲接之用。至此雙邊開挖沉管法整個(gè)施工過程完畢。

3 雙邊開挖沉管法的優(yōu)勢(shì)

(1)采取地上長(zhǎng)距離組對(duì)焊接和無損探傷、節(jié)口防腐等工作，避免溝下作業(yè)的不良環(huán)境影響，無需要長(zhǎng)時(shí)間安全支護(hù)等，在大大提高了安全系數(shù)的同時(shí)也為提高焊接質(zhì)量提供了有力保障。

(2)溝槽開挖后只需短時(shí)間保持穩(wěn)固，管道即可完成敷設(shè)，無需傳統(tǒng)施工方法中一系列安全防護(hù)措施，大大縮短了施工周期。

(3)除溝槽深度測(cè)量外，基本上無下溝作業(yè)的必要，省去傳統(tǒng)施工時(shí)工作坑內(nèi)的安全支護(hù)，同時(shí)最大程度地避免溝內(nèi)坍塌傷人、溝上落物而造成物體打擊事故的發(fā)生。

(4)摒棄井點(diǎn)降水、設(shè)置排水渠道、坑內(nèi)逃生通道、大規(guī)模板樁支護(hù)、大土方量放坡或降土開挖等作業(yè)，較大地提高了施工推進(jìn)速度，從而也降低了施工成本。

(5)有利于長(zhǎng)距離管道敷設(shè)，有利于前后工序連貫銜接，敷管完成后第一時(shí)間便能回填，避免溝槽長(zhǎng)時(shí)間敞開時(shí)溝內(nèi)管道因突降大雨或地下水外滲而造成的浮管情況發(fā)生。

4 結(jié)語

綜上所述，采用雙邊開挖沉管法進(jìn)行大口徑天然氣長(zhǎng)輸管線建設(shè)無疑是對(duì)傳統(tǒng)施工方法的一次技術(shù)革新，該施工方法的利用將在以本質(zhì)安全這一施工關(guān)鍵要素得以體現(xiàn)的前提下，大大提高了工程推進(jìn)速度和施工質(zhì)量，同時(shí)也降低了施工成本投入，可謂是一舉多得，將一掃傳統(tǒng)施工方法在軟濕土質(zhì)區(qū)域敷管中所遇到的種種不足，開創(chuàng)出管線敷設(shè)施工的全新局面。

Application of Double-side Excavation and Immersed Tube Method in Long-distance Pipeline Engineering

Shanghai Municipal Gas No.1 Pipelines Engineering Co., Ltd. Su Shuang

This paper focuses on double-side excavation and immersed tube method which is suit for long-distance gas pipeline engineering in soft moist soil region. Compared with traditional construction methods,it has advantages of fast construction speed, high safety factor and quality guarantee construction and efficient,also, it is worth using and drawing lessons in engineering construction practice.

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