長(zhǎng)輸管道下溝施工關(guān)鍵技術(shù)與優(yōu)化應(yīng)用探究

菅憲忠

摘要：近年承接的天然氣管道工程，由于地形起伏，管道的彎管用量大，施工采用溝上組焊帶彎管下溝方式，因此根據(jù)地形確定管溝彎點(diǎn)、進(jìn)行管溝開(kāi)挖和管道下溝難度大。天然氣管道工程承建A標(biāo)段全長(zhǎng)78km，其中在0-60 km之間，管道經(jīng)過(guò)的區(qū)域?yàn)榈蜕角鹆旰秃恿鳚竦氐囟?。文章?duì)彎管下溝的幾種工況（水平彎、縱向彎和迭加彎）進(jìn)行了理論分析，提出了通過(guò)調(diào)整彎點(diǎn)位置、適當(dāng)加大開(kāi)挖量、控制施工工序等措施來(lái)解決工程難題，并成功地實(shí)施。

關(guān)鍵詞：下溝施工；天然氣管道；彎點(diǎn)位置；角度變化；施工工序

1工程概述

天然氣管道工程承建A標(biāo)段全長(zhǎng)78km，其中在0-60 km之間，管道經(jīng)過(guò)的區(qū)域?yàn)榈蜕角鹆旰秃恿鳚竦氐囟巍Ｇ鹆旮卟畈淮?，一般?0-50 m之間，坡度大部分在200以下，設(shè)備可以直接行走，局部地段坡度在300以上。在連續(xù)的兩丘陵之間往往是河流濕地，長(zhǎng)短不一，最長(zhǎng)處分別位于27km和57 km處，濕地連續(xù)長(zhǎng)度都達(dá)到2km。在施工中由于地形起伏頻繁，管道的彎管用量極大，在前60 km的地段平均彎管用量達(dá)到20個(gè)/km以上。

2 施工方案的確定

若按常規(guī)做法，一般是采用溝下焊方式施工，但除了該方法工效不高以外，業(yè)主嚴(yán)格HSE管理將使我們?cè)诠軠蟽?nèi)人員的保護(hù)上花費(fèi)極大的精力和費(fèi)用，因此經(jīng)過(guò)慎重考慮，決定采用溝上組焊、帶彎管下溝的方式施工。

3 需解決問(wèn)題

帶彎管下溝的主要難點(diǎn)有：（1）由于管道是從一端逐步延伸到另一端，管道的邊坡點(diǎn)在下溝過(guò)程中會(huì)變動(dòng).造成下溝后管道懸空或局部地段埋深不夠。（2）組對(duì)過(guò)程中根據(jù)地形確定管道彎點(diǎn)并組焊管道有困難。（3）由于地形起伏，管道施工設(shè)備負(fù)重后對(duì)設(shè)備的安全性產(chǎn)生影響。

4理論分析

管道下溝的實(shí)質(zhì)就是管道的平移，將管道沿管溝方向平移到管溝內(nèi)，若在直管段，平移時(shí)點(diǎn)位的變化對(duì)管道沒(méi)有影響（見(jiàn)圖1）；若管道上帶有彎管，則平移的過(guò)程中彎點(diǎn)也會(huì)平移，從而引起彎點(diǎn)的變化.這將對(duì)下溝質(zhì)量造成極大的影響。按照彎曲方向，管道在下溝過(guò)程中，沿下溝方向彎管可以分為水平彎、縱向彎和迭加彎（既有水平角又有縱向角變化）三種，同時(shí)水平彎又可分為內(nèi)彎和外彎兩種；縱向彎也可分為上彎和下彎兩種。下而就這幾種彎曲情況，對(duì)下溝過(guò)程中彎點(diǎn)變化情況逐一進(jìn)行分析。

4.1水平彎

4.1.1彎點(diǎn)位移量。由于管道下溝時(shí)管道以S形曲線平移到管溝內(nèi)，在管道下溝后彎點(diǎn)往下溝方向之前伸展，如圖2所示.伸展量為：

4.1.2內(nèi)彎彎管角度變化。由于下溝時(shí)管道呈S形曲線，即管道一部分在管溝內(nèi)，另一部分在管溝外，因此在A點(diǎn)始終存在一個(gè)往管溝方向的力，這可以簡(jiǎn)化為以B點(diǎn)為固定端的簡(jiǎn)支梁模型，從該模型可以看出，這個(gè)力量使得彎管本身角度減小，因此在下溝過(guò)程中，在管溝的內(nèi)弧上應(yīng)超挖一些，使管溝內(nèi)弧減小，以利于管道下溝，如圖3所示。

4.1.3外彎彎管角度變化。與內(nèi)彎模型的分析相似，在下溝過(guò)程中，彎管角度減小，因此在管溝的外弧上應(yīng)超挖一些，使管溝外弧加大，以利于管道下溝。

4.2縱向彎

4.2.1彎點(diǎn)位移量。由于下溝時(shí)管道的S形曲線一直保持不變，彎點(diǎn)的位移情況與S線的弧長(zhǎng)及管道平移的距離H有關(guān)，可以將此S形狀的一端看成固定端另一端作平移。

4.2.2彎管角度變化。管道下溝后由于管道自重的影響，使得彎管角度減小，在管溝開(kāi)挖過(guò)程中要注意在彎點(diǎn)處超挖，并在彎點(diǎn)管溝上坡段局部超挖，形成圓滑過(guò)渡。

5施工要點(diǎn)

為了保證管道的下溝質(zhì)量，確保管道與管溝的貼合性良好，要對(duì)下溝前的工序質(zhì)量重點(diǎn)予以保證，主要有測(cè)量放線、布管、管溝開(kāi)挖工序，其他工序與常規(guī)施工方式相同，在此不作贅述。

5.1測(cè)量工序

由于要事先考慮管道的轉(zhuǎn)點(diǎn)及變坡點(diǎn)，因此測(cè)量工序是極為重要的工序。在測(cè)量工序中要完成管道變坡點(diǎn)、彎點(diǎn)、布管表的制作，并在后續(xù)工作中嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行。

測(cè)量前要進(jìn)行作業(yè)帶清掃，根據(jù)業(yè)主提供的樁位定出作業(yè)帶邊線，然后用推土機(jī)或平地機(jī)將作業(yè)帶清掃干凈，盡量去除作業(yè)帶內(nèi)的土包和凹坑，然后進(jìn)行管道測(cè)量。此工作要有專門的測(cè)量小組完成，一般有1個(gè)工頭，2個(gè)標(biāo)尺手，2個(gè)測(cè)算員，1個(gè)測(cè)量員。他們的主要職責(zé)是對(duì)每個(gè)管段進(jìn)行測(cè)量和編號(hào)，并且打樁標(biāo)明它們?cè)诠苈分械奈恢茫送膺€要計(jì)算彎管。工作重點(diǎn)如下：（1）管段編號(hào)和測(cè)量：首先對(duì)全部管段進(jìn)行編號(hào)。（2）打樁標(biāo)明其在線路上的位置，在打樁時(shí)應(yīng)注意使管段錯(cuò)位半根管長(zhǎng)，以利于機(jī)組焊接施工。（3）彎管計(jì)算與測(cè)量：在彎管測(cè)量時(shí)需要注意把標(biāo)尺置于變坡點(diǎn)的前方。角度計(jì)算：如果坡度是正的，且坡度前而切線角度減小，這樣就形成了上彎；如果坡度為正，而前而切線是更大的正坡度，則形成下彎。反之亦然。因此計(jì)算角度時(shí)，代數(shù)符號(hào)不同的相加，代數(shù)符號(hào)相同的相減，即按“同號(hào)相減，異號(hào)相加”的原則，形成該處的實(shí)際彎管角度，如果該處同時(shí)還存在著一個(gè)水平轉(zhuǎn)角，則形成了一個(gè)迭加彎，迭加彎的計(jì)算可以采用經(jīng)驗(yàn)公式：最大角度+最小角度/3。（4）彎管測(cè)量完成以后，應(yīng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果完成布管表及彎管表，并注明彎管起彎點(diǎn)的具體位置。

5.2布管工序

布管方案對(duì)彎管的數(shù)量和管溝開(kāi)挖有很大的影響。管道布管要嚴(yán)格按照布管表進(jìn)行，如果該處的彎點(diǎn)確實(shí)不能通過(guò)改變彎管上的起彎點(diǎn)和適當(dāng)加大開(kāi)挖量來(lái)調(diào)整的話，應(yīng)在該處預(yù)留短節(jié)來(lái)調(diào)整彎點(diǎn)的位置。

5.3管溝開(kāi)挖

管溝開(kāi)挖工序?qū)ο聹腺|(zhì)量也有很大的影響。在管溝開(kāi)挖之前應(yīng)先按照前述原理，在每一彎管處標(biāo)明開(kāi)挖的位置，并打樁標(biāo)明在有水平彎的地方，將管溝適當(dāng)加寬0.3-0.5 m（主要是加寬朝向管道一側(cè)的管溝），并預(yù)先確定管道下溝后彎點(diǎn)的位置。在垂向彎管處，也要預(yù)先確定彎點(diǎn)的前移量，并在彎點(diǎn)處加深管溝0.3一0.5 m，在彎臂處形成圓滑過(guò)渡，不能有凸臺(tái)，以免由于支點(diǎn)擱住管道使彎管不能就位。

6地形起伏對(duì)安全施工影響

丘陵山區(qū)地形起伏大，高程變化頻繁；地表有縱向坡度或橫向坡度，或兩種坡度皆有。丘陵山區(qū)地帶一般按照坡度將施工難度劃分為四個(gè)等級(jí)：對(duì)于第一、二等級(jí)的坡地，設(shè)備可以放置，施工安全性較高。對(duì)于第三等級(jí)的坡地，作業(yè)設(shè)備難以穩(wěn)固，負(fù)重狀況下易失穩(wěn)而傾覆，安全性較差，因此需要采取特殊的措施，對(duì)施工設(shè)備予以保護(hù)。通常采取的措施是：在坡頂設(shè)一臺(tái)錨固設(shè)備，如大馬力的推土機(jī)，將各臺(tái)在坡上作業(yè)的吊管機(jī)用鋼絲繩互相串聯(lián)起來(lái)，并與坡頂錨固設(shè)備相連。這些設(shè)備共進(jìn)退，并使之相互牽制。至于在第四等級(jí)的坡地上施工，還需要采取溝下焊的方式進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]長(zhǎng)輸管道工程施工特點(diǎn)及質(zhì)量管理探析[J]. 石煥.化工設(shè)計(jì)通訊.2017（08）