山區(qū)陡坡地段管道安裝技術(shù)

趙洪元，高安翔

大慶油田工程建設(shè)有限公司，黑龍江大慶163453

1 工程概況

四川長寧頁巖氣田集輸氣干線工程線路總長為112.04 km，設(shè)計年輸氣能力40億m3，設(shè)計壓力6.3 MPa，管徑D 813 mm，材質(zhì)為L485M。沿線山高坡陡，翻越都良山、云臺寺、川云山、江門峽等多處高長陡坡地段，其中最大高差達900 m，最大坡度達80°以上（見圖1），且受地形、地質(zhì)限制，無法進行削降坡處理，所以高長陡坡地段的管道安裝施工成為整個工程施工的重點和難點。

大慶油田工程建設(shè)有限公司在該工程B標段的江門峽、云臺寺的高長陡坡地段管道安裝施工中，通過采取精確定位測量、管段三維建模、索道運布管、索道輔助管道組對、溝下組焊等系列技術(shù)措施，克服了特殊地形給施工帶來的困難，取得了良好的工程應(yīng)用效果。本文結(jié)合工程實踐，對高長陡坡地段管道安裝施工的主要施工技術(shù)措施進行闡述。

圖1 管道翻越云臺寺高陡坡地段

2 測量

山區(qū)高長陡坡地段地勢起伏大、縱向轉(zhuǎn)角多、通視性差，設(shè)樁困難，采用RTK和全站儀配合進行線路中線定樁放線測量。轉(zhuǎn)角處和變坡點是線路工程關(guān)鍵的控制位置，需增設(shè)加密樁。在每一處地形變化點設(shè)樁（一坎一樁），以便精確控制線路位置、計算調(diào)整線路角度、指導(dǎo)管溝開挖[1]。測量復(fù)核無誤后，生成施工測量成果表。管溝開挖成型后進行精準復(fù)測，出具管溝成型測量成果表。

3 管段建模

根據(jù)施工圖和測量成果表中的坐標數(shù)據(jù)，使用CATIA軟件分段建立管段三維模型（見圖2），可精確定位焊口位置，準確測算出直管段長度、冷彎管及熱煨彎頭角度。冷彎管及熱煨彎頭角度應(yīng)圓整取值，并與施工圖仔細比對，如兩者間出現(xiàn)偏差，應(yīng)及時與設(shè)計方聯(lián)系，進行變更備案。管段可根據(jù)三維模型提前在坡下進行預(yù)制施工，減少陡坡段現(xiàn)場焊接工作量，大幅提高施工效率。

圖2 CATIA建立的管段三維模型

4 運輸索道系統(tǒng)安裝

高長陡坡地段因地勢高差大、坡度大、石方多，施工便道、作業(yè)帶修筑困難，無法使用裝載機或吊管機等機械運布管[2]，所以根據(jù)陡坡地形并結(jié)合施工經(jīng)驗選用架設(shè)索道系統(tǒng)的方法解決運輸難題。

4.1 索道系統(tǒng)構(gòu)成

該工程應(yīng)用的運輸索道系統(tǒng)為雙主索設(shè)置，由主索（承載索）2條、牽引索1條、調(diào)節(jié)索（起重索）2條、吊裝滑車、滑輪組、卷揚機3臺、支架、錨固墩等構(gòu)成。索道系統(tǒng)安裝時，卷揚機設(shè)置在陡坡段下端，在陡坡上下兩端設(shè)置支架用來支撐鋼索，主索與兩端錨固墩固定，牽引索和起重索的上端均與錨固墩固定，下端由卷揚機牽引（見圖3）。雙主索索道系統(tǒng)的2條主索為承載索，每條主索上各設(shè)一吊裝滑車，吊運時采取跨雙主索雙滑車雙吊點，與單主索索道相比，更能確保吊運過程的平穩(wěn)；由牽引索控制滑車在主索上的前后運動，由調(diào)節(jié)索通過滑車下的滑輪實現(xiàn)吊物的高度控制，且2條調(diào)節(jié)索可分別調(diào)整前后吊點高度，使吊物呈傾斜狀態(tài)，與單主索索道相比，更易于精確調(diào)整吊物的空間位置，不僅能實現(xiàn)運布管，還能輔助管道焊口的組對。

圖3 雙主索運輸索道系統(tǒng)示意

4.2 索道系統(tǒng)的受力校核計算

根據(jù)現(xiàn)場實際地形建立索道系統(tǒng)受力模型，進行吊裝受力分析（見圖4），同時進行受力校核計算，以保證索道系統(tǒng)運行安全。

圖4 運輸索道系統(tǒng)示意

最大吊裝荷載計算重力為：

式中：P為最大吊裝載荷實際重力，kN；K1為動載系數(shù)（取1.2）；q為索道單位長度自重，kN/m；L為跨距，m；Q為索道承載最大重力，kN；Q1為吊具重力，kN；Q2為最大吊物重力，kN。

則單根主索水平拉力為：

式中：f為索道垂度，m。

主索在支架頂部支撐點處的支反力為：

主索張力為：

主索選用2根準30-6×19S-FC-1960鋼絲繩，查閱GB 26722-2011《索道用鋼絲繩》，其最小破斷拉力P0為596 kN，將數(shù)據(jù)代入計算公式，可得安全系數(shù)K=P0/T1K1≥3.0，符合GB 12141-2008《貨運架空索道安全規(guī)范》規(guī)定，滿足施工安全要求。

牽引索最大張力T2=Pmax/sin38°（與地面夾角為38°），調(diào)節(jié)索（起重索）最大張力T3=Pmax/2，均選用準20-6×19S-FC-1960鋼絲繩，查閱其最小破斷拉力為265 kN，安全系數(shù)經(jīng)計算均大于4.5，滿足施工安全要求。

選用10 t型號牽引索卷揚機1臺，選用5 t型號調(diào)節(jié)索卷揚機2臺，經(jīng)驗算均可提供足夠的牽引力。

錨固墩采用C30鋼筋混凝土澆筑，同時栽6根準36 mm圓鋼作為錨固點，對其所受抗拉力、抗拔力進行校核，計算結(jié)果滿足安全要求。

支架使用規(guī)格為D 273 mm×8 mm的Q345無縫鋼管制作，為保持其穩(wěn)定性，在四根主肢之間添加橫撐。對其所受壓應(yīng)力進行校核，計算結(jié)果滿足安全要求。

4.3 索道系統(tǒng)安裝調(diào)試

卷揚機基礎(chǔ)與錨固墩的混凝土強度達到設(shè)計強度80%以上時，才能進行卷揚機、支架、索道等的安裝。主索張拉完成后，安裝吊裝滑車（見圖5）。索道系統(tǒng)調(diào)試時，先檢查主索、牽引索、調(diào)節(jié)索連接是否牢固；再啟動卷揚機牽引滑車沿索道進行無負荷試運行；過程中密切觀察受力支架有無幾何形變，滑車與軌道之間有無卡澀或跳動，如果出現(xiàn)以上現(xiàn)象，應(yīng)停車檢查處理[3]；無負荷試運行合格后，再以單次最大吊裝重量進行負荷試運行，程序和注意事項與無負荷試運行相同，驗收合格后方可投入正式使用。

4.4 管道運輸及布管

圖5 吊裝滑車安裝

索道驗收合格后進行管道運輸及布管，在坡腳構(gòu)建臨時堆管場地，運管方向自下而上，先用裝載機或吊管機按施工圖和鋼管（或管段）編號順序依次將鋼管運送至索道上管位置，用吊帶與平衡桿將鋼管在吊裝滑車上固定穩(wěn)妥，再啟動牽引索卷揚機帶動鋼管沿索道行走（見圖6），運輸過程應(yīng)控制平穩(wěn)，速度在8～15 m/min，到達指定位置后停止，然后啟動調(diào)節(jié)索卷揚機放繩，將鋼管緩慢溜放至管溝內(nèi)完成布管。

圖6 索道運管

5 管道安裝施工

因運管方向為自下而上，為了避免運管與管道組焊相互干擾，管道安裝施工順序為自上而下[4-8]。與一般地段的管道安裝施工不同，因受地形限制，管道的組對、焊接均須在管溝內(nèi)管道正式敷設(shè)位置完成。

5.1 管道組對

高長陡坡地段因鋼管自重較大，人力組對困難，可借助索道系統(tǒng)、千斤頂配合外對口器進行焊口組對[9-15]。組對時，通過2條調(diào)節(jié)索（起重索）的收放來調(diào)節(jié)鋼管前后高度及傾斜角度，通過牽引索調(diào)整鋼管前后位置，組對間隙的細微調(diào)節(jié)由千斤頂配合外對口器完成（見圖7）。管道組對時務(wù)必精確控制帶冷彎管和熱煨彎頭管段的角度指向。

圖7 使用外對口器組對焊口

5.2 管道焊接

管道焊接采用適應(yīng)性強、抗風(fēng)能力好的纖維素焊條打底+藥芯自保護焊絲半自動向下焊填充、蓋面工藝。因設(shè)計對陡坡段管道無損檢測要求較高，要求焊后100%UT和100%RT檢測，所以精選技能過硬的成熟焊工施焊，力保焊接一次合格率。因陡坡坡度較大，焊口實際位置從接近斜40°～80°以上，且D 813 mm×11 mm鋼管組對坡口開口較寬，所以要求填充、蓋面焊接采取排道焊。

5.3 管道固定

陡坡地段管道施工方向自上而下，決定了管道固定點在組焊管道上坡方向，因而為防止管道受重力作用發(fā)生下滑，應(yīng)在每段管道焊接完成后及時進行固定。當(dāng)40°≤坡度＜60°時，每10 m設(shè)置1道固定管卡；當(dāng)坡度≥60°時，每5 m設(shè)置1道固定管卡。管卡采用錨桿連接固定于巖體上，錨桿植入深度≥2.5 m，管卡與管道之間墊20 mm厚橡膠板隔離。

6 結(jié)束語

高長陡坡地段管道線路安裝的施工難點主要來源于其特殊地形、地勢，必須結(jié)合其特性采取針對性的施工技術(shù)措施。精確定位測量和管段三維建模技術(shù)的配合應(yīng)用，可將施工圖轉(zhuǎn)為三維立體呈現(xiàn)，為提前深度預(yù)制創(chuàng)造條件；索道的架設(shè)可克服地形限制，解決陡坡運輸難題，實現(xiàn)高效運布管，并能輔助管道焊口組對；管道溝下組焊是高長陡坡地段地形、地勢下的最優(yōu)施工方法。

以上施工技術(shù)措施已在西南油氣田建設(shè)難度最大、風(fēng)險最高的集輸管道建設(shè)項目——長寧頁巖氣田集輸氣干線工程中實踐應(yīng)用，并取得了良好效果，可供今后同類山區(qū)陡坡地段管道線路工程的安裝施工參考和借鑒。