輸油氣管道水網(wǎng)地帶施工方法分析

康 寶

（遼河石油勘探局 油建一公司，遼寧 盤錦 124010）

輸油氣管道水網(wǎng)地帶施工方法分析

康 寶

（遼河石油勘探局 油建一公司，遼寧 盤錦 124010）

結(jié)合西氣東輸管道、甬滬寧進(jìn)口原油管道工程建設(shè)的實(shí)際情況，對在稻田敷設(shè)和穿越河流、魚塘的輸油氣管道的施工方法進(jìn)行介紹，針對施工通道的修筑、管溝開挖、管道下溝和管溝回填及施工中HSE管理等長輸管道工程水網(wǎng)地帶施工的主要難點(diǎn)，分析了各種施工方法的特點(diǎn)，對長輸管道建設(shè)具有重要的借鑒意義。

水網(wǎng)；施工方法；焊接；HSE；規(guī)范；管道

西氣東輸管線和甬滬寧進(jìn)口原油管道工程在江蘇省所經(jīng)區(qū)域?qū)儆诘湫偷慕纤W(wǎng)，處在長江中下游，構(gòu)成了平原水鄉(xiāng)的網(wǎng)狀水系結(jié)構(gòu)。水量大，地質(zhì)條件差，地基承載力小，這些特點(diǎn)極大地增加了管線施工的難度［1］。使用常規(guī)的管溝開挖、管道下溝和管溝回填方法，很難按照設(shè)計要求敷設(shè)管道，故施工通道的修筑和管溝開挖、管道下溝和管溝回填是長輸管道工程水網(wǎng)地帶施工的主要難點(diǎn)。因此本文針對水網(wǎng)特殊性對水田地段和魚塘河流等的施工方法進(jìn)行介紹。

1 水網(wǎng)地段施工方法

1.1 水田地段施工

采用在作業(yè)帶兩側(cè)疊小型水壩、排水、修施工作業(yè)帶的施工方法。施工工藝流程如下：測量放線－修筑擋水壩－掃線－運(yùn)布管－組對焊接－防腐補(bǔ)口－管溝開挖－管道下溝－管道回填－擋水壩拆除－地貌恢復(fù)。

（1）修筑擋水壩。在施工作業(yè)帶兩側(cè)修筑擋水壩，阻擋灌溉的地表明水，擋水壩的高度為0.5 m，用人工在作業(yè)帶的兩側(cè)開挖0.5 m深的排水溝，并每間隔20～30 m開挖一條縱溝將兩條排水溝連通，形成一個排除地表水的網(wǎng)絡(luò)。排水溝的返土堆放到作業(yè)帶兩側(cè)形成擋水壩。

（2）排水。作業(yè)帶兩側(cè)的擋水壩修建完后，用潛水泵抽水，將水排放到水田邊的水溝內(nèi)，水泵用二弧焊機(jī)的發(fā)電機(jī)作為動力。

（3）運(yùn)布管。運(yùn)布管采用拖管爬犁、推土機(jī)牽引，拖管爬犁寬度為2.5 m；當(dāng)?shù)啬土^小不允許大型設(shè)備多次重復(fù)行走時，采用輕型鋼軌運(yùn)輸?shù)姆绞竭M(jìn)行運(yùn)管布管。

（4）管溝開挖。由于水網(wǎng)段地下水豐富，管溝開挖應(yīng)與管線下溝緊密結(jié)合，管溝放坡在1∶0.5左右，普通地段管溝直接開挖下管，對于淤泥質(zhì)土地段在管溝開挖時打鋼板樁護(hù)坡，即在管溝兩側(cè)打鋼板樁，采用波浪拉森型，鋼板樁長度為6 m。鋼板樁采用單樁打入法打入。管溝成型后，立即采用防護(hù)板對作業(yè)坑溝壁進(jìn)行保護(hù)，防止管溝壁塌方。已開挖的管溝內(nèi)應(yīng)視其滲水量大小采用水泵抽水，管溝底部每間隔100 m設(shè)集水坑一個，一般區(qū)段采用2＃潛水泵抽水，個別滲水量較大的區(qū)段，根據(jù)水量適當(dāng)增加水泵數(shù)量。

（5）回填。管溝回填應(yīng)緊隨管線下溝進(jìn)行，用單斗挖掘機(jī)回填。管線下溝后，必須先回填土進(jìn)行穩(wěn)管。為防止回填過程中漂管，回填前，用單斗挖掘機(jī)每間隔20 m穩(wěn)管回填5 m。

（6）水稻田地區(qū)管道敷設(shè)。宜選在冬、春季節(jié)地下水位較低的時候進(jìn)行施工。該類地區(qū)水渠河流較多，并且地表承載力低，設(shè)備行走困難，影響施工，為了減少設(shè)備搬遷次數(shù)，不宜使用大型施工機(jī)具，必要時可使用沼澤施工專業(yè)設(shè)備。不宜采用機(jī)械化流水作業(yè)，而應(yīng)化整為零，采用小機(jī)組、分段包工的施工形式。挖溝與下溝必須同步進(jìn)行。由于地層含水量處于飽和狀態(tài)，大開挖穿越時必須壓載，否則會使管段上浮，造成埋深不夠。

（7）注意事項。水田地段管道施工的關(guān)鍵技術(shù)是排水清淤、作業(yè)帶加固和管溝開挖。施工前，在作業(yè)帶兩側(cè)先挖排水溝，并在排水溝外側(cè)修筑攔水壩，清除作業(yè)帶內(nèi)的淤泥。施工作業(yè)帶加固采用土工布合成材料，管溝開挖采用鋼板樁支護(hù)，以防塌方。

1.2 擦邊經(jīng)過水（魚）塘施工

（1）修筑作業(yè)帶。在管溝中心線以外3 m修筑一條截水壩，水壩寬l m，坡比為1∶0.5，高度根據(jù)水深確定。間隔0.3 m打入2排木樁（0.15 m×6 m），木樁水面部分用橫樁相連，鋼絲捆扎。在木樁外側(cè)用草袋裝土砌筑，草袋間隙用土填充，所用土外運(yùn)，截水壩另一側(cè)利用原有的水塘堤岸作為另一截壩，圍堰形成后將水壩內(nèi)的水用水泵抽干。

（2）管溝開挖。管線補(bǔ)口完成后用單斗開挖管溝，水塘內(nèi)的管溝深度一般為2 m，滲水用水泵排除。

（3）管溝回填。管線下溝后立即回填，將圍堰內(nèi)部用土填平作為管頂覆土，水壩不拆除，在水壩外側(cè)用草袋裝土砌筑一層。

1.3 魚塘穿越

對于一般魚塘（寬度50 m以內(nèi)），采用排水清塘法施工。魚塘內(nèi)管溝開挖時打鋼板樁。施工作業(yè)帶加固采用土工布合成材料；對于窄而長的魚塘，采用水下成溝方法施工。

（1）施工作業(yè)帶修筑。由于魚池底部淤泥較多，各種設(shè)備、車輛無法通過，因而需修一條10 m寬的施工作業(yè)帶。對于塘底承載力好的區(qū)段，用推土機(jī)配合單斗挖掘機(jī)將魚池底部淤泥清除干凈，然后在作業(yè)帶兩側(cè)采用草袋裝土鋪墊，中間填土，高度根據(jù)淤泥層厚度確定，一般為0.5～l m。兩側(cè)坡比為1∶0.2。對于土質(zhì)承載能力弱的魚塘，采用Φ150 mm×6 m的木樁每中心間隔0.4 m打一根立樁，上層鋪墊一層木排，木排用木樁十字交叉捆綁，間隔0.4 m，用鋼絲將木樁與木排連接牢固，木排上鋪設(shè)300 mm厚浮土，兩側(cè)用草袋裝土砌筑，浮土上鋪設(shè)鋼管排。

（2）管溝開挖。管道穿越單塘，管溝開挖采用濕地挖掘機(jī)進(jìn)行。溝深達(dá)到設(shè)計要求，為防止管溝塌方，坡比為1∶0.5，底寬為1.4 m，同時在管溝兩側(cè)打鋼板樁對溝壁進(jìn)行支護(hù)。

（3）焊接、檢測、防腐。管溝開挖成型后，使用吊管機(jī)進(jìn)行單根管下溝，在溝下進(jìn)行管口組對焊接、無損檢測、防腐補(bǔ)口等作業(yè)。

（4）管溝回填?；靥钋?，將管溝內(nèi)積水排除干凈，采用單斗挖掘機(jī)壓重塊并用干實(shí)土回填。

對于寬度為50 m以上的魚塘穿越步驟如下：

（1）圍堰、抽水。圍堰工作通過租用浮船完成，首先在水壩兩側(cè)用草袋裝土砌筑，然后中間填土，草袋間隙用土填充，圍堰的高度為水深0.5 m，圍堰用土外運(yùn)，并用挖掘機(jī)站在浮船上裝填。圍堰修筑完成后將作業(yè)帶內(nèi)的魚塘間的堤壩拆除，在一側(cè)挖集水坑用水泵抽水，將魚塘內(nèi)的水直接排放到旁邊的水溝中。

（2）其他工序技術(shù)措施同50 m以內(nèi)魚塘穿越。

1.4 漂管法穿越連續(xù)魚塘

在管線兩側(cè)修筑圍堰，在穿越點(diǎn)一側(cè)場地預(yù)制管線牽引過塘后進(jìn)行排水，管線就位沉管下溝。工藝流程如下：測量放線－施工便道修筑－圍堰－場地平整－運(yùn)布管－管線焊接－無損檢測－防腐補(bǔ)口－牽引頭焊接－牽引 發(fā) 送－排 水－管 溝 開 挖－管溝回填－地 貌 恢復(fù)［2－3］。

（1）施工便道修筑。對原有的鄉(xiāng)間小路進(jìn)行加寬加固后，施工設(shè)備進(jìn)入施工現(xiàn)場。便道采用碎石鋪墊，寬度為6 m，厚度0.3～0.5 m。

（2）圍堰。對于水較淺的水塘可以采用無土圍堰技術(shù)，較深的水塘采用土木結(jié)構(gòu)修建，方法是首先在水塘內(nèi)豎打木樁，木樁之間橫向綁扎連接，各樁之間間距為0.5 m，木樁尺寸為 Φ150 mm×6 000 mm。為保證圍堰的強(qiáng)度，整個堰體全部密打木樁，然后用草袋裝土鋪墊修筑，草袋之間用土填充，圍堰的高度為2.5 m，上寬2 m，下寬為4.5 m。圍堰修筑完成后，將作業(yè)帶內(nèi)魚塘間的堤壩拆除。

（3）場地平整。在連續(xù)水塘一側(cè)修建管線預(yù)制場地，場地要求地形平坦，施工設(shè)備、機(jī)具、管材等可以進(jìn)入。對于軟土地基地段，管線預(yù)制場地鋪墊鉆桿排以增加地耐力，供設(shè)備行走使用。同時在預(yù)制場地附近修建一個30 m×50 m的堆管場，并在堆管的一側(cè)鋪墊道木排，供吊車卸管使用。

（4）運(yùn)布管。軟土地基地段，使用機(jī)械布管會遇到很大困難，對此，可以采用架設(shè)輕型軌道進(jìn)行布管作業(yè)。兩輕軌之間采用鋼板連接，軌道底部每隔500 mm鋪設(shè)1根道木，軌道底部鋪設(shè)一層土工布。管線布管時，使用吊車將鋼管放在小車上，然后用人力推動小車布管，每次運(yùn)1根管。

（5）管段牽引。由于預(yù)制場地有限，為防止?fàn)恳^大，主管線焊接、牽引應(yīng)分段進(jìn)行。根據(jù)實(shí)際情況，一般每次焊接6～7根管并經(jīng)無損檢測、防腐補(bǔ)口合格后進(jìn)行牽引，然后連接下一管段。管段回拖前，在最前端焊接一個橢圓封頭及牽引額頭，牽引使用帶絞盤的D60進(jìn)行，連接處使用20T卡環(huán)。并且在回拖時，連續(xù)水塘內(nèi)水量應(yīng)充足。在回拖管段下部鋪墊一層土工布以保護(hù)防腐層不受損壞。

（6）管線下溝。待全部管線牽引完成后，將水塘內(nèi)水全部排除，管線自然就位。使用挖掘機(jī)，采用沉管法進(jìn)行管溝開挖，且在沉管前，應(yīng)在預(yù)定位置安裝壓重塊。沉管法下溝是將挖掘機(jī)成對擺放在管道兩側(cè)，在距管道中心1.5 m平行于管道進(jìn)行管溝開挖。開挖深度至少大于設(shè)計挖深0.6 m，以避免管道底部土方塌陷而影響管道的埋深。每臺挖掘機(jī)管溝開挖寬度為從管道中心向外側(cè)3 m，隨著開挖不斷向前推進(jìn)，管道靠自重和彈性自然下落至溝底。對于溝底不平或管道懸空部位采用人工進(jìn)行清理，然后用推土機(jī)輔以挖掘機(jī)進(jìn)行管溝回填。

（7）地貌恢復(fù)。回填完成后將水塘堤壩恢復(fù)，拆除圍堰，將場地內(nèi)的廢棄物清理干凈。另外，采用無土圍堰技術(shù)解決部分河流穿越也是一種較好的施工技術(shù)。

2 小型河流施工

2.1 施工方法

一般小型河流穿越采用大開挖方法，河流大開挖穿越主要采用圍堰導(dǎo)流法。對于不通航、流量小、水淺、岸坡低、水面與大地的高差小于2 m的河流可采用圍堰不導(dǎo)流排水大開挖方法進(jìn)行。

2.2 圍堰導(dǎo)流法

2.2.1 施工工序及準(zhǔn)備

施工運(yùn)行工序流程為：施工準(zhǔn)備 －測量放線－導(dǎo)流筑壩 －管溝開挖 －穿越段預(yù)制、檢驗(yàn)、補(bǔ)口 －管段下溝 －試壓通球 －穩(wěn)管－管溝回填 －地貌恢復(fù) －護(hù)岸砌筑 －三樁埋設(shè)。

施工前詳細(xì)閱讀設(shè)計文件，了解現(xiàn)場道路、地形地貌及河水流量以及流量隨季節(jié)的變化情況。

修筑與直線段管道施工便道相通的施工便道和施工場地，施工便道寬6 m，鋪設(shè)厚0.4 m碎石、砂、土，碾壓密實(shí)，每處施工便道0.5 km。每處穿越點(diǎn)修筑一處40 m×40 m管道預(yù)制、堆管堆料、停放施工設(shè)備的場地。

按照圖紙對穿越段進(jìn)行放線，確定出管道中心線，并打樁劃線。

2.2.2 導(dǎo)流筑壩

（1）以管道中心線為基準(zhǔn)，在各處穿越點(diǎn)上游20～30 m開始，用單斗挖掘機(jī)開挖導(dǎo)流溝，直至穿越點(diǎn)下游20～30 m結(jié)束。導(dǎo)流溝的橫斷面積S確定為

式中，Q 為河水流量，m3／s；V 為允許平均流速，m／s，取2～3 m／s。

（2）導(dǎo)流溝底部應(yīng)比河床底部低0.5 m，并有5%～10%的坡度，與原河道方向的夾角為30°～45°。

（3）當(dāng)導(dǎo)流溝開通水流正常后，在管道中心線兩側(cè)各10～15 m處用人工攔河筑壩。壩的幾何尺寸：上游壩上寬為2～3 m，坡度1∶0.75，以高出水面1.5 m為宜。其用料為塑料編織袋內(nèi)裝黏沙土單層壘砌加固，上游壩主河道迎水面部位內(nèi)襯雙層塑料布。下游壩上寬1.5～2 m，坡度1：0.5，高出水面1 m。壩的長度同穿越長度。

2.2.3 管溝開挖及降水

（1）當(dāng)筑壩完成后，先用潛水泵抽凈兩壩間的河水并控制地下水的水位。用人工清除淤泥，用單斗挖掘機(jī)開挖管溝。管溝深度超過5 m時采用階梯式分層開挖。

（2）溝底管溝尺寸。溝底寬為2 m；管溝邊坡：溝深＜2.5 m 時為1∶0.5，溝深≥2.5 m 時為1∶0.75。河底管溝應(yīng)平直，中心線偏移不應(yīng)超過100 mm。

在管溝開挖過程中，采用明溝降水。挖溝時在管溝旁適當(dāng)位置開挖3～5處積水坑。積水坑（長×寬）為2 m×2 m，明溝完成后形成與管溝相通、深度大于溝深0.8～1.0 m的積水坑。管線連頭處也采用分別挖積水坑方法排水。抽水采用電動潛水泵。

2.2.4 吊管下溝

（1）管溝采用機(jī)械開挖，管道預(yù)制在河床內(nèi)進(jìn)行時采用吊管機(jī)抬管下溝。

（2）當(dāng)管溝成型滿足設(shè)計要求后，則立即組織吊管機(jī)，將穿越管段吊管就位。

（3）主河床段管道長度較短，下溝吊管機(jī)數(shù)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場情況確定。

（4）采用溝下作業(yè)時，利用吊管機(jī)單管下溝。

2.2.5 牽引就位

淤泥質(zhì)河床管道施工不適合在河床內(nèi)預(yù)制，也不適合在溝下組焊，可以采用在河岸一側(cè)的施工作業(yè)預(yù)制場地預(yù)制，然后牽引就位，具體做法為：

（1）先在岸上管道預(yù)制場一側(cè)開挖管溝，并與池塘內(nèi)管溝連通。將預(yù)制好的管段兩端用臨時快裝盲板封堵，然后用吊管機(jī)整體下溝。

（2）在溝中安裝穩(wěn)管重晶石塊。合格后，向管溝內(nèi)灌水。計算管道的負(fù)浮力，用浮筒增加管段浮力。

（3）對岸用拖拉機(jī)通過與管端連接的鋼絲繩采取正向底拖法牽引管段就位。拖拉機(jī)的數(shù)量和鋼絲繩的規(guī)格應(yīng)通過計算確定。

管線在水中的質(zhì)量

式中，F(xiàn)為水平推力；f為管道與河底摩擦系數(shù)，取0.35。

單位長度管道水平推力為

式中，F(xiàn)x為單位長度管道水平推力，kg／m；Cx為阻力系數(shù)，取0.8；Dh為管道投影寬度，m；R為水的容重，kg／m3；v為水的流速，m／s；

管道投影寬度為1.02 m，水的密度為1 000 kg／m3。計算的水平推力Fx為58.99 kg／m，水平管道長度為80 m，這樣計算得到管線在水中的質(zhì)量為16.182 t。

管道最大牽引力N為

式中，a為啟動系數(shù)；M1為鋼絲繩質(zhì)量，kg。

牽引設(shè)備選用D60型泥沼推土機(jī)進(jìn)行。

管道到達(dá)指定位置后，抽干管溝內(nèi)的水。檢查管線埋深、防腐層和穩(wěn)管結(jié)構(gòu)。

2.2.6 穩(wěn)管結(jié)構(gòu)安裝和管溝回填

對于采用吊管直接下溝的穿越管段，在管道吊管下溝完成后，須進(jìn)行管道穿越段管道竣工測量，管道埋深、防腐層符合設(shè)計要求后即可進(jìn)行穩(wěn)管施工。根據(jù)設(shè)計要求采用重晶石配重塊。配重塊安裝采用1臺16 t吊車配合，先在管頂按設(shè)計要求鋪設(shè)一層8 mm橡膠板，再按設(shè)計要求逐個排列配重塊。施工時應(yīng)輕放，不得損壞管道防腐層。

河床內(nèi)作業(yè)時，穿越段管線回填應(yīng)利用挖掘機(jī)和自卸卡車將泥漿池內(nèi)經(jīng)沉淀的泥漿回填到管溝中。管溝回填前抽干管溝內(nèi)的積水。

2.2.7 河渠穿越段通球、掃線、試壓

（1）穿越段管線回填完成后不進(jìn)行單獨(dú)通球試壓。試壓和干燥同線路一起進(jìn)行。

（2）通球試壓要求和方法按規(guī)定進(jìn)行，試壓采用經(jīng)過沉淀過濾處理合格的河水作為介質(zhì)。

2.2.8 恢復(fù)地貌

（1）清除河道內(nèi)的多余土石方、施工便道、施工余料、泥漿池及其他一切雜物，保證河道暢通。土石方外運(yùn)地點(diǎn)與當(dāng)?shù)卣块T協(xié)商確定。

（2）拆除擋水壩，先拆下游壩、后拆上游壩，拆除時從壩中心開始向兩邊進(jìn)行。

（3）用推土機(jī)回填導(dǎo)流溝，并及時恢復(fù)河兩岸地貌。（4）按設(shè)計要求進(jìn)行護(hù)岸施工。

河床段穿越管線完成后，進(jìn)行導(dǎo)流溝段管線施工。該段管線采用溝上組對、吊管機(jī)下溝。

2.2.9 安全環(huán)保措施

（1）施工時由專人負(fù)責(zé)巡視河流流量變化和攔水壩的情況。

（2）施工現(xiàn)場準(zhǔn)備一定數(shù)量的木樁、袋裝土等應(yīng)急物資。

（3）盡量利用枯水期施工。施工時，與氣象、水文部門保持聯(lián)系，雨季施工要采取防洪措施。

（4）施工期間應(yīng)保護(hù)施工現(xiàn)場周圍的生態(tài)環(huán)境，工程完成后應(yīng)立即拆除臨時設(shè)施。水工保護(hù)和地貌恢復(fù)按設(shè)計進(jìn)行。

3 結(jié)束語

對在江南水網(wǎng)地區(qū)稻田管道敷設(shè)和穿越河流、魚塘、輸油氣管道的施工方法進(jìn)行了分析，這些施工方法在工程建設(shè)中逐漸得到廣泛應(yīng)用，是在長輸管道建設(shè)中值得推廣的施工技術(shù)。隨著這些方法的推廣應(yīng)用，相應(yīng)的規(guī)范會逐漸得到完善。

［1］ 邢治國，劉大宇.西氣東輸管道工程水網(wǎng)地帶施工技術(shù)［J］.石油規(guī)劃設(shè)計，2006，17（2）：37－39.

［2］ 范曉明，雷毅，劉景洪.輸油氣管道的漂管沉降施工技術(shù)［J］.油氣儲運(yùn)，2005，24（5）：45－47.

［3］ 趙展鋒.漂管沉降施工技術(shù)在穿越河流管道工程中的應(yīng)用［J］.水利水電技術(shù)，2004，25（7）：60.

TU7；TE973 < class="emphasis_bold">［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］

1673－5935（2011）03－0018－04

2011－07－02

康 寶（1980－），男，遼寧盤錦人，遼河石油勘探局油建一公司助理工程師，主要從事管道施工管理研究。

［責(zé)任編輯］ 辛艷萍