大管徑長(zhǎng)輸管道在沙漠段敷設(shè)施工方法研究

殷智明

引言

伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程起自伊寧首站，終止于霍爾果斯末站（在西二線霍爾果斯首站基礎(chǔ)上擴(kuò)建），沿線經(jīng)過(guò)伊寧市、霍城縣。線路全長(zhǎng)約64km，管徑D1219mm，設(shè)計(jì)壓力12MPa，管道材質(zhì)為X80。沿線主要地貌類型為山前沖積平原、丘陵和沙漠。

本工程中沙漠段和風(fēng)積沙地段位于霍城縣境內(nèi)，處在線路中不同位置，分別為：QB21號(hào)樁-QB29號(hào)樁，沙漠，長(zhǎng)度為8.455km；QB30號(hào)樁～QB33號(hào)樁，沙漠，長(zhǎng)度1.849km；QB34號(hào)樁-QB36號(hào)樁，風(fēng)積沙地，長(zhǎng)度為1.896km；QB51號(hào)樁+250m-QB61號(hào)樁，風(fēng)積沙地，長(zhǎng)度為11.585km，所在地區(qū)等級(jí)均為一級(jí)地區(qū)。

一、施工準(zhǔn)備

施工前先熟悉設(shè)計(jì)圖紙，勘查現(xiàn)場(chǎng)，掌握所要經(jīng)過(guò)沙漠的地形、地貌、和地質(zhì)情況。地質(zhì)情況：

1.QB21樁～QB29樁：長(zhǎng)度8.455km。沙漠，管道沿圖開(kāi)沙漠邊緣敷設(shè)，地形波狀起伏，分布固定或半固定沙丘，沙丘比高一般為5～20m，覆蓋少量沙生植物，覆蓋率10～20%。地層巖性以粉細(xì)砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石，含少量云母片，勘察深度4.0m未揭穿，土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)。沿線勘察深度內(nèi)未見(jiàn)地下水，據(jù)調(diào)查，地下水埋深大于15m。

2.QB30樁～QB33樁：長(zhǎng)度1.849km。沙漠，管道沿圖開(kāi)沙漠邊緣敷設(shè)，地形波狀起伏，分布少量固定沙丘，沙丘比高一般為5～20m，覆蓋少量沙生植物，覆蓋率20～30%，局部地段為林地或農(nóng)田。地層巖性以粉細(xì)砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石，含少量云母片，勘察深度4.0m未揭穿，土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)。沿線勘察深度內(nèi)未見(jiàn)地下水，據(jù)調(diào)查，地下水埋深大于15m。

3.QB34樁～QB36樁：長(zhǎng)度1.896km。風(fēng)積沙地，管道沿圖開(kāi)沙漠北部邊緣敷設(shè)，地形稍有起伏，地勢(shì)開(kāi)闊，覆蓋少量沙生植物，覆蓋率30～40%，局部地段為草地。地層巖性以粉細(xì)砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石，含少量云母片，局部地段為黃土狀粉土，勘察深度3.5m未揭穿，土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)。沿線勘察深度內(nèi)未見(jiàn)地下水，據(jù)調(diào)查，地下水埋深大于10m。

4.QB51樁＋250m～QB61樁：長(zhǎng)度11.585km。風(fēng)積沙地，管道沿圖開(kāi)沙漠北部邊緣敷設(shè)，地形呈較緩壟狀起伏，起伏較緩，大部地段覆蓋少量沙生植物，覆蓋率20～30%，其中QB55樁～QB58樁被開(kāi)墾為農(nóng)田。地層巖性以粉細(xì)砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長(zhǎng)石，含少量云母片，勘察深度3.5m未揭穿，土石工程分級(jí)為Ⅱ級(jí)。沿線勘察深度內(nèi)未見(jiàn)地下水，據(jù)調(diào)查，地下水埋深大于5m。

施工前每300米挖一個(gè)探坑，探坑挖深4.5米，并與設(shè)計(jì)提供的地質(zhì)情況進(jìn)行比較?？辈斓刭|(zhì)時(shí)確定是否會(huì)出現(xiàn)卵礫石，如出現(xiàn)卵礫石情況，應(yīng)比設(shè)計(jì)深度超挖200mm,把卵礫石部分單獨(dú)堆放，并用挖掘機(jī)倒運(yùn)細(xì)土到卵礫石地段，人工清理管底之后，進(jìn)行管底200mm細(xì)土回填，以保證管道在沉管過(guò)程中管道與細(xì)土緊貼。

施工前與當(dāng)?shù)丨h(huán)保有關(guān)部門(mén)聯(lián)系，并得到當(dāng)?shù)丨h(huán)保管理部門(mén)的批準(zhǔn)，對(duì)施工機(jī)具進(jìn)行檢修和保養(yǎng)，使其狀態(tài)良好。對(duì)操作工人進(jìn)行技術(shù)交底，使其掌握施工技術(shù)要求、質(zhì)量要求及安全要求。

開(kāi)工前制作拖管爬犁，考慮到沙漠地表承載力差，施工機(jī)具、工程材料和管道的運(yùn)輸采用拖拉機(jī)牽引爬犁的運(yùn)輸方式，爬犁制成船型（如下圖）。運(yùn)管時(shí)，爬犁與管線接觸部位鋪墊20mm厚膠皮，并用捆扎帶將管線捆扎牢固，保證在運(yùn)輸過(guò)程中不出現(xiàn)滑、滾等現(xiàn)象。

二、測(cè)量放線

沙漠中風(fēng)沙較大，且沙丘易移動(dòng)，定位樁使用紅色信號(hào)旗，沙丘起伏大的地段增加定位樁的密度。為防止定位樁被掩埋，還應(yīng)使用GPS定位儀進(jìn)行衛(wèi)星定位以便今后找樁。

首先測(cè)出線路中線，再測(cè)出作業(yè)帶邊線。為了防止風(fēng)沙淹沒(méi)線位標(biāo)志，可用竹桿小紅旗做標(biāo)志，布管線每隔100米插一個(gè)。邊線可適當(dāng)加大距離。

繪制測(cè)量成果圖，記錄原始地貌，為恢復(fù)地貌提供依據(jù)，并測(cè)出需要推移沙丘土方量。

三、作業(yè)帶清理

嚴(yán)格按測(cè)量放線的邊界線進(jìn)行作業(yè)帶清理，施工作業(yè)帶寬度22m。清理作業(yè)帶時(shí)應(yīng)按照隨坡就勢(shì)的原則進(jìn)行施工。沙丘段的掃線按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行，作業(yè)帶清理掃線施工應(yīng)滿足布管、組焊施工的要求。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的低洼地段需要與設(shè)計(jì)現(xiàn)場(chǎng)確定是否為沖溝，保護(hù)管道方案按照設(shè)計(jì)要求執(zhí)行。這里要指出的是，設(shè)計(jì)文件中施工作業(yè)帶的寬度為30m，而現(xiàn)場(chǎng)條件有限，根據(jù)環(huán)保部門(mén)要求，結(jié)合業(yè)主的意見(jiàn)，最后確定為22m。

施工時(shí)用一臺(tái)挖掘機(jī)與兩臺(tái)推土機(jī)進(jìn)行推掃，并保持已成形的作業(yè)帶。施工后期根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)作業(yè)帶外邊緣高于作業(yè)帶的斜坡按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行固沙措施。

四、運(yùn)管、布管

運(yùn)、布管是沙丘施工中的難點(diǎn)。結(jié)合本工程的特點(diǎn)，運(yùn)布管原則利用伴行道路拉運(yùn)管材，輔助采用推土機(jī)牽引運(yùn)管爬犁運(yùn)至施工現(xiàn)場(chǎng)的方法。在作業(yè)帶內(nèi)采用70噸吊管機(jī)進(jìn)行單根調(diào)運(yùn)布管作業(yè)。

有伴行道路的沙丘段，伴行道路每500m有一處3m*3m的錯(cuò)車點(diǎn)，根據(jù)運(yùn)管要求應(yīng)每隔1km在伴行路和施工作業(yè)帶之間增設(shè)一處20m*20m的匯車點(diǎn)，以利于大型運(yùn)管車調(diào)頭錯(cuò)車；沒(méi)有伴行道路的沙丘段，區(qū)段長(zhǎng)度大于500m的應(yīng)采取施工便道加固措施，施工便道加固不使用土工布，施工完成后便道墊層不予保留，作業(yè)帶表層恢復(fù)原狀。區(qū)段長(zhǎng)度小于500m的，在沙丘段入口處修筑臨時(shí)堆管場(chǎng)，使用吊管機(jī)配合運(yùn)管爬犁將管材拉運(yùn)進(jìn)場(chǎng)。

運(yùn)、布管應(yīng)從流動(dòng)沙丘地段兩端分別進(jìn)行，以盡量縮短在沙漠內(nèi)的運(yùn)距。首先利用大型運(yùn)管車將管道運(yùn)至沙漠邊緣的臨時(shí)堆管場(chǎng)，然后使用推土機(jī)牽引自制船形爬犁在沙漠里運(yùn)管，每次拉運(yùn)2根，布管采用吊管機(jī)從爬犁上逐根布在作業(yè)帶上。如下圖所示：

布管時(shí)應(yīng)檢查管兩端封堵是否完好無(wú)損，對(duì)于損壞的封堵及時(shí)更換，防止沙塵進(jìn)入管內(nèi)。

在沙漠的斜坡上布管時(shí)為防止管子下滑，可在坡上或坡下選擇坡度小于3%的平坦地段設(shè)置臨時(shí)堆管平臺(tái)，管子堆放高度不得超過(guò)2層，管子與地面的最低距離不小于500mm。施工時(shí)邊焊接邊布管，即“隨用隨取”。

五、管道組對(duì)焊接

管口組對(duì)前，管內(nèi)外表面坡口兩側(cè)25mm范圍內(nèi)采用角向磨光機(jī)清理至顯現(xiàn)金屬光澤。采用人力清除管內(nèi)雜物、灰塵，當(dāng)管內(nèi)有沙土和雜物時(shí)，應(yīng)換好干凈的軟底鞋（解放鞋、球鞋）進(jìn)入管內(nèi)，用拖布等工具將管內(nèi)清掃干凈。優(yōu)先采用內(nèi)對(duì)口器組對(duì)，相同公稱壁厚對(duì)接鋼管的錯(cuò)邊量不應(yīng)大于鋼管壁厚的1/8，且應(yīng)小于3mm，錯(cuò)邊應(yīng)沿管口圓周均勻分布。接頭坡口角度、鈍邊、根部間隙應(yīng)符合焊接工藝規(guī)程中要求。使用內(nèi)對(duì)口器時(shí)，只有根焊道全部完成后方可撤離。

環(huán)境溫度在5℃以上時(shí)，預(yù)熱寬度宜為坡口兩側(cè)各50mm。環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，宜采用感應(yīng)加熱或電加熱的方法進(jìn)行管口預(yù)熱，預(yù)熱寬度宜為坡口兩側(cè)各75mm。

焊接環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，焊接作業(yè)宜在防風(fēng)棚內(nèi)進(jìn)行，應(yīng)使用保溫措施保證層間溫度。如在組裝和焊接過(guò)程中焊口溫度冷卻至焊接工藝規(guī)程要求的最低溫度以下，應(yīng)重新加熱至要求溫度。焊后宜采用干燥的保溫被進(jìn)行緩冷措施。

管道焊接及檢驗(yàn)應(yīng)符合規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，管道無(wú)損檢測(cè)應(yīng)符合Q/SYGJX-0112的規(guī)定，射線檢測(cè)及超聲波檢測(cè)的合格等級(jí)為線路工程Ⅱ級(jí)。

六、管溝開(kāi)挖

管道所經(jīng)地形為沙漠和風(fēng)積沙地，如果邊坡按照規(guī)范1：1.5放坡，深度平均按照3米計(jì)算，管溝上口寬度為10.9米，管道外壁距離管溝邊的安全距離為1.5米，那么90噸吊管機(jī)吊管下溝將無(wú)法實(shí)現(xiàn)，由于粉沙土承載力極低，給管溝開(kāi)挖及下溝造成了困難。按照傳統(tǒng)的施工方法，先由挖掘機(jī)將管溝開(kāi)挖成型，然后再集中5臺(tái)90t吊管機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一下溝；由于粉沙土壤開(kāi)挖時(shí)很難成型，即使管溝能夠成型，土壤的承載力根本無(wú)法承受5臺(tái)90t吊管機(jī)及管道的重量，再加上吊管機(jī)的振動(dòng)，勢(shì)必造成管溝大面積塌方，同時(shí)也危及吊管機(jī)、管道和操作人員的安全，無(wú)法滿足設(shè)計(jì)埋深要求。

針對(duì)這種情況，通過(guò)在以往的工程施工經(jīng)驗(yàn)和不斷摸索提出采用雙側(cè)沉管方法進(jìn)行管溝開(kāi)挖和下溝作業(yè)。

具體做法是在管道兩側(cè)各布置1臺(tái)挖掘機(jī)，要求2臺(tái)挖掘機(jī)在同一位置、同一方向、同時(shí)作業(yè)，開(kāi)挖速度保持一致，利用鋼管的自重及彈性緩慢的自然沉入溝底，從而使管道下溝，見(jiàn)下圖。

開(kāi)挖放坡按照沙土類1：1.5進(jìn)行，開(kāi)挖斷面如下：

用紅木樁和白灰標(biāo)出管道中心線，按中心線組對(duì)管道（沙漠地段），風(fēng)沙地地段把焊接完成的管道用2臺(tái)70噸和1臺(tái)40噸把補(bǔ)完口的管道側(cè)移到管道中心線位置，并保證管道接觸地面為沙土。

由于沙漠段平均挖深為3.3m，挖掘機(jī)不能一次挖到設(shè)計(jì)深度，所以在管溝開(kāi)挖前分為兩個(gè)開(kāi)挖小組，每個(gè)開(kāi)挖小組配備2臺(tái)挖掘機(jī)，并且配備測(cè)量工2名、RTK全站儀一臺(tái)跟蹤管道的管頂高程；另外配備1臺(tái)環(huán)式電火花檢漏儀及時(shí)檢漏配合沉管。

管溝開(kāi)挖時(shí)，要先將長(zhǎng)3.9m、寬3.0m、厚5mm的膠皮覆蓋于要下溝的管道上，以保證挖掘機(jī)的斗齒不會(huì)損傷防腐層或管材，并由2人牽動(dòng)膠皮，隨著挖掘機(jī)的移動(dòng)而移動(dòng)。每?jī)膳_(tái)挖掘機(jī)要擺放在管道兩側(cè)同一橫向位置，分層同時(shí)開(kāi)挖，行走及開(kāi)挖速度要一致。管溝開(kāi)挖后，測(cè)量小組及時(shí)測(cè)量管溝深度，保證管道設(shè)計(jì)埋深。防腐補(bǔ)傷人員用環(huán)式電火花檢漏儀進(jìn)行檢漏，發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)傷，以保證管道下溝后無(wú)漏點(diǎn)。

用人工將管溝底部多余的土清除平整，避免管道出現(xiàn)懸空現(xiàn)象，保證管道平穩(wěn)順直沉入溝底。

七、補(bǔ)口、補(bǔ)傷

將所有補(bǔ)口設(shè)備（壓風(fēng)機(jī)、噴砂罐等）放置在船形爬犁上，履帶拖拉機(jī)牽引。補(bǔ)口采用經(jīng)業(yè)主同意使用的聚乙烯熱收縮帶，補(bǔ)口、補(bǔ)傷、檢漏應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范要求。

八、管溝回填

管道就位后，經(jīng)過(guò)隱蔽檢查合格后，進(jìn)行管溝一次回填。管溝一次回填后，及時(shí)與光纜及警示帶施工單位聯(lián)系，光纜及警示帶按照設(shè)計(jì)要求敷設(shè)。敷設(shè)完畢后及時(shí)進(jìn)行管溝大回填。對(duì)于出現(xiàn)卵礫石地段的管溝，必須先用挖掘機(jī)倒運(yùn)細(xì)土回填到管頂300mm,敷設(shè)完畢后，進(jìn)行原土回填。管溝回填后管頂最小覆土厚度不得小于1.5m。

九、HSE措施

開(kāi)工前與當(dāng)?shù)丨h(huán)境部門(mén)聯(lián)系并征得同意，施工過(guò)程中作業(yè)帶應(yīng)做出明顯標(biāo)識(shí)。

所有的施工作業(yè)都必須在指定的作業(yè)帶、臨時(shí)性工作場(chǎng)地、輔助施工場(chǎng)地之內(nèi)進(jìn)行，不得破壞作業(yè)帶以外的植物、地貌。沙漠施工應(yīng)充分保障職工的飲水、飲食等基本需求，做好防暑降溫的基礎(chǔ)工作。施工時(shí)應(yīng)采取適當(dāng)措施防止風(fēng)沙，避免惡劣天氣對(duì)施工人員、設(shè)備的傷害。

保護(hù)野生動(dòng)物，對(duì)項(xiàng)目所有人員進(jìn)行培訓(xùn)，使其了解有關(guān)野生動(dòng)物保護(hù)的知識(shí)和意義，不破壞動(dòng)物窩穴，不騷擾、喂養(yǎng)和獵殺（捕）野生動(dòng)物。所有施工人員只允許在作業(yè)帶范圍內(nèi)活動(dòng)。

嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求做好防風(fēng)固沙水工保護(hù)施工。

結(jié)論

在沙漠、風(fēng)積沙地線路工程施工中，大管徑管道施工有幾處難點(diǎn)：

1.鋼管自重較大，在沙漠中運(yùn)輸有一定困難。

2.管道挖深較深，在限定施工作業(yè)帶內(nèi)，開(kāi)挖和下溝都有一定的困難。

3.沉管法下溝，容易損傷管道的防腐層。

本文合理、合規(guī)的解決了以上施工中出現(xiàn)的問(wèn)題，為以后線路工程總承包做儲(chǔ)備。

[1]伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程線路施工圖.

[2]伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程線路施工技術(shù)要求.

[3]伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程線路施工通用圖.

[4]《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》（GB50369－2006）.