淺析上穿施工在沙特阿美油氣管道項(xiàng)目上的應(yīng)用

中國天然氣管道局工程公司，河北 廊坊

1.引言

沙特是中國在中東地區(qū)推進(jìn)“一帶一路”建設(shè)的重要合作伙伴[1]，在此背景下，中國施工企業(yè)在沙特的市場前景將非常廣闊。近幾年，管道局先后中標(biāo)了沙特阿美多個(gè)項(xiàng)目，其中多數(shù)工程屬于油氣田區(qū)的拉斯坦努拉項(xiàng)目、哈拉德項(xiàng)目、沙特重油項(xiàng)目和沙特NGCP 北部管道項(xiàng)目等。

沙特NGCP 北部管道項(xiàng)目四公司承建線路全長514 km，項(xiàng)目貫穿哈維亞和哈拉德區(qū)域，穿越障礙物共2718 處：其中穿越在役管道1137 條，光纜565 條，架空線294 條，穿越marl 道路421 條，其他障礙物301 處。沙特阿拉伯的石油儲量和產(chǎn)量均居世界首位，沙特地上地下管線和光纜相當(dāng)密集；沙特阿拉伯境內(nèi)沉積巖149 萬平方公里，占全境面積的62% [2]；嚴(yán)苛的阿美制度要求在役阿美設(shè)施3 m 之外允許使用設(shè)備開挖，而3 m 之內(nèi)必須采用人工風(fēng)鎬開挖禁止使用任何大型設(shè)備。綜上所述，沙特NGCP 北部管道項(xiàng)目在役設(shè)施的施工難度可想而知。

國內(nèi)外現(xiàn)階段針對穿越施工主要以定向鉆穿越施工[3]為主，所針對的都是地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、大管徑和穿越長度較長段的施工；綜上所述定向鉆在沙特施工并不適用，沙特管線和光纜比較密集平均30 米左右一處在役障礙物。國內(nèi)外針對管線密集區(qū)域施工多以人工開挖為主，選用上穿施工方法相對較少，因?yàn)樯洗┦┕ば枰ＷC在役管線的承載能力和新建管線的埋深問題。

2.施工方法選用

在項(xiàng)目開工初期，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)就已經(jīng)意識到制約整個(gè)工程進(jìn)度的主要因素是阿美在役設(shè)施的施工，因此前期開展了很多關(guān)于在役設(shè)施如何高效施工的調(diào)研工作。

2.1.爆破施工[4]

爆破法施工主要控制爆破沖擊波、振動(dòng)和飛石，避免對在役設(shè)施的破壞；總結(jié)了很多與爆破相關(guān)的參數(shù)其中包括：鉆孔直徑d=?40～100 mm，最小抵抗線w=1.0～1.2 m，孔距a=1.0～1.2 m，排距b=w=1.0～1.2 m，孔深h=2～10 m，單位耗藥量k=0.3～0.4 kg/m3 (根據(jù)巖石類型通過試驗(yàn)確定)，每孔裝藥量Q=k.w.a.h (前排)或Q=k.a.b.h (后排) [5]等；但是經(jīng)過與阿美運(yùn)營部門協(xié)商，發(fā)現(xiàn)如果爆破的方式進(jìn)行在役設(shè)施開挖是非常難以推進(jìn)的一項(xiàng)工作，耗時(shí)會相當(dāng)長(其中包括炸藥的審批流程、在役設(shè)施的保護(hù)措施是否達(dá)到允許爆破標(biāo)準(zhǔn)、地質(zhì)檢驗(yàn)文件等等)。經(jīng)過最終決定最后爆破僅用于削山使用，而未被用于在役設(shè)施三米內(nèi)爆破。

2.2.三米內(nèi)人工開挖

三米內(nèi)人工開挖見圖1 所示在施工前需要先確定管線中線，然后對在役阿美管線和光纜進(jìn)行保護(hù)，保護(hù)按PMT 和阿美運(yùn)營部門要求共計(jì)分為三層保護(hù)：1) PE 膜保護(hù)，2) 木板保護(hù)，3) 鋼罩保護(hù)[6]；按照要求保護(hù)后，阿美現(xiàn)場issuer 則允許現(xiàn)場進(jìn)行開挖施工作業(yè)。現(xiàn)場在役施工期間，阿美issuer 會對現(xiàn)場進(jìn)行不定期巡視，主要檢查：1) 在役管線在施工作業(yè)期間是否有損壞，2) 周圍是否有大型設(shè)備停放或者使用大型設(shè)備進(jìn)入三米內(nèi)作業(yè)，3) 開挖人員的PPE (防震手套、鞋套、護(hù)目鏡等)是否齊全。見圖1 和圖2 所示人工開挖管溝需挖長度為在役管線左右各3 米，寬度至少1 米，深度至少1.5 米，此處石方人工開挖，開挖至管溝成型共計(jì)開挖45 天時(shí)間。

Figure 1.Existing pipeline protection圖1.在役管線保護(hù)

Figure 2.Existing pipeline excavation圖2.在役管線開挖

2.3.上穿回填施工

上穿回填穿越施工方法是采用上穿填土的方式進(jìn)行上穿施工?；靥畹脑谝墼O(shè)施包括油、氣、SAPD和光纜，要確定間距首先要確定在役管道的承壓能力，鋼管承壓能力和壁厚的計(jì)算公式：壓力=(壁厚*2*鋼管材質(zhì)抗拉強(qiáng)度)/(外徑*系數(shù)) [7]，根據(jù)設(shè)計(jì)要求在役管道和新建管道最小間距是0.6 m；在與阿美相關(guān)部門溝通在役管線上穿問題時(shí)在役管線和新建管線間距又有新的要求；如果采用上穿的施工方法必須保證在役油管線和在建管線間距，最終經(jīng)過與PMT 和運(yùn)營部門協(xié)商選擇試點(diǎn)進(jìn)行施工。經(jīng)過試點(diǎn)施工以后最終與PMT 和運(yùn)營部門協(xié)商確定上穿施工為多種施工方法中最實(shí)際可行的，對在役阿美設(shè)施保護(hù)最符合要求。

3.上穿施工流程

3.1.現(xiàn)場勘察

上穿施工前施工部和技術(shù)部共同對現(xiàn)場實(shí)際情況進(jìn)行勘察[8]，最適合上穿施工區(qū)域是兩側(cè)高中間低的地勢，也就所謂在役管線在凹地中。從施工的角度考慮這種情況回填方量小和上穿易施工；從技術(shù)的角度考慮則減少彎管使用量?？辈飕F(xiàn)場符合上穿施工后，技術(shù)部通知測量員進(jìn)行測量工作，主要測量新建管道的中心線和在役管線確切的交叉位置，確定交叉位置后將使用校準(zhǔn)的檢測工具(如RD8000 (管道探測器))來定位和確定在役管道埋深，下步將進(jìn)行開挖試孔以識別現(xiàn)有地下設(shè)施的實(shí)際深度，到達(dá)現(xiàn)有管道頂部時(shí)使用塑料鏟，以避免在役管道的涂層損壞。經(jīng)確定均符合上穿要求后出具施工簡圖允許上穿施工。

3.2.回填材料選用

用于跨越現(xiàn)有設(shè)施的墊料或回填材料應(yīng)不含巖石和任何可能損壞地下設(shè)施保護(hù)涂層的材料，現(xiàn)場選用回填材料主要以干凈細(xì)沙為主(回填上下墊層厚度200 mm)，此回填土在選用之前首先選擇取土點(diǎn)采集土樣，采集到的土樣由質(zhì)量部將土樣送至阿美土質(zhì)檢驗(yàn)部門進(jìn)行檢驗(yàn)，然后出具土質(zhì)合格檢驗(yàn)報(bào)告后方可使用?；靥钔陦|層以后則使用原土回填，原土要求回填粒徑不能大于75 mm；使用前要先經(jīng)過篩子過濾，保證回填質(zhì)量。

3.3.回填時(shí)相關(guān)技術(shù)要求

回填前首先確定回填管線屬于哪個(gè)部門，不同部門在役管線和在建管線間距不一致，因此回填高度也不一致；在役管線和在建管線間距如下：

1) 在役地下氣管線和新建管線交叉點(diǎn)間距0.6 m；

2) 在役地下油管線和新建管線交叉點(diǎn)間距0.8 m；

3) 在役地下SAPD 管線和光纜與新建管線交叉點(diǎn)間距1 m；

4) 在役地下電纜線與新建管線交叉點(diǎn)間距0.3 m；

5) 新建管線過路要求1.2 mm 埋深。

每一條在役管線均有一條伴行路，如選擇上穿則既要滿足管線間距又要保證路的埋深。在回填施工時(shí)要求300 mm 進(jìn)行灑水夯實(shí)一次，在役管線和在建管線交叉點(diǎn)位置不回填，在役管道和新建管道之間安裝砂袋，以確保管道之間所需的間距；為阿美部門檢查和陰保機(jī)組施工提供方便。見圖3 為回填后橫截面示意圖。

3.4.施工檢查和驗(yàn)收

施工檢查采用巡檢方式進(jìn)行檢查，前期主要檢查回填粒徑、灑水夯實(shí)情況和是否按照技術(shù)要求進(jìn)行回填[9]；后期檢查上穿施工點(diǎn)的長度、寬度和高度是否滿足上穿施工交底要求和在役管線間距，各方面均滿足要求后則初步認(rèn)定合格；再次確認(rèn)是否合格需開挖機(jī)組進(jìn)行開挖后，確定開挖管溝兩側(cè)無塌方情況則認(rèn)定合格。

Figure 3.Typical cross-sectional sketch圖3.典型的橫截面示意圖

4.上穿施工方法差異性和不足

Table 1.Statistics on completion of above crossing表1.上穿完成情況統(tǒng)計(jì)表

見表1 所示，全線在役管線和光纜共計(jì)1702 條，去掉地上油管線179 條，剩余總計(jì)1523 處地下管線和光纜；項(xiàng)目現(xiàn)已施工接近2 年時(shí)間，正式開始上穿施工是2020 年初開始，截止到2020 年7 月共計(jì)上穿回填702 條，如果僅用人工和設(shè)備開挖7 個(gè)月時(shí)間僅能施工50 條左右地下管線或光纜，這還是只考慮土石結(jié)合的地質(zhì)情況，如果純石方地段施工將會更慢。

4.1.上穿施工的差異性

1) 施工方法不同，節(jié)省施工工期和成本

在工程工期方面，上穿施工是采用墊土代替在役管線開挖施工，采用翻斗車囤土，層層散水夯實(shí)，將在役管線原始土表填高，維持與在役管線的最小距離即可保證施工要求，墊土的功效遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開挖作業(yè)，而且采用上穿施工節(jié)省作業(yè)帶修筑，縮短了石方開挖工期，節(jié)約投資，保證工程總體進(jìn)度。

2) 施工要求不同，減少損壞在役設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)

上穿施工使用的都是膠輪設(shè)備，與以往的施工比較，無需使用開挖設(shè)備，這樣可不受到阿美要求在役管線3 米內(nèi)不允許設(shè)備開挖限制，且采用上穿施工對在役設(shè)施影響較小，有效的防止了在役管線開挖對管道防腐層的破壞，在光纜處開挖時(shí)也避免挖斷光纜情況。

3) 許可制度不同，減少違章操作

上穿施工不需要在溝下進(jìn)行人工作業(yè)，與以往開挖的作業(yè)許可相比，不需要申請高風(fēng)險(xiǎn)的阿美受限空間作業(yè)許可，采用上穿施工避免因人工或者設(shè)備開挖而產(chǎn)生的不必要的違章操作[10]，取得PMT 和阿美運(yùn)營部門一致認(rèn)可和好評。

4.2.上穿施工存在的不足與改進(jìn)

1) 上穿施工可能影響陰保等后續(xù)施工

上穿施工在墊土過程中可能導(dǎo)致對在役管線掩埋的情況，為后續(xù)陰極作業(yè)帶來了很大不便，因此，在上穿回填施工前將在役管線充分暴露，并進(jìn)行土袋圍擋，這樣能夠有效減少在回填過程中掩埋在役設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)。

2) 上穿施工不適用于地上管線的穿越

即使上穿施工有很多優(yōu)勢，但對于地上管線穿越時(shí)使用上穿方法就比較困難，上穿回填必然會對在役管線造成一定壓力，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，而且地上管線上穿時(shí)需要對在役管線掩埋處進(jìn)行特殊的刷漆處理，增加了一定成本，從而導(dǎo)致地上管線的上穿施工審批困難，因此在地上管線施工時(shí)往往避免使用上穿施工或選擇有駝峰路有防腐漆違章上穿，從而回避了上穿一定風(fēng)險(xiǎn)。

5.結(jié)束語

沙特阿拉伯作為產(chǎn)油大國，在石油開采到運(yùn)輸形成了非常完整的體系[11]，有人形容沙特的地下和地上管線就像人身體的血管一樣——錯(cuò)綜復(fù)雜，本次工程采用上穿施工方法為管網(wǎng)區(qū)域施工提供了新思路，為今后類似施工壞境提供寶貴的施工經(jīng)驗(yàn)。