淺談半溝開挖方法在沙特地區(qū)的應用

徐 馳 閆泓瑾 趙世揚

1.東北石油管道有限公司 遼寧 沈陽 110031;2.沈陽惠東管道控制有限公司 遼寧 沈陽 110031;3.中國石油天然氣管道工程有限公司沈陽分公司 遼寧 沈陽 110031

一、前言

目前，中國企業(yè)在沙特阿美市場中占的比例越來越大，中標、在建的工程越來越多，其中大部分為長輸管道工程，而線路部分施工在長輸管道工程施工中起決定作用，重要性不言而喻。

沙特地區(qū)為熱帶沙漠氣候，沙漠分布廣，降雨少，偶有距離海較近的鹽沼地區(qū)。地質情況以上土下石結構為主，土層厚度較小，底部石方厚度大，硬度大，人工或機械開挖困難。

哈拉德天然氣管道項目施工工期緊，同時沙特地區(qū)施工環(huán)境惡劣，施工效率低。本文通過對沙特地區(qū)各種管溝開挖的典型設計進行描述，重點介紹半溝開挖方法在哈拉德天然氣管道項目中的成功應用，為今后沙特地區(qū)管道線路施工提供經驗與借鑒。

二、項目概況

哈拉德天然氣管道項目是沙特的國家重點項目之一，位于沙特東部省哈拉德地區(qū)。項目內容包含:主線路施工約302km，其中36寸管線長度約216km，各種管徑油田集輸管線約86km，沿線站場連頭、閥室及其他配套專業(yè)施工安裝；同時有7個氣體集匯站RH、1個氣液分離站LSS、1個氣體匯管站GGM、1個哈維亞末站HGP等。

圖1 哈拉德天然氣管道項目示意圖

三、沙特地區(qū)一般段典型管溝開挖方法

1、土方地質段管溝典型開挖方法

圖2 土方段管溝開挖典型圖

本開挖典型方法適用于土質地段，包括黏土、泥土、灰土、沙土、碎石等非石方段。溝底最小寬度為管外徑+400mm，溝底超挖至少200mm，管頂覆土(至灰土蓋帽頂部)不小于900mm，灰土蓋帽的厚度不小于150mm。管溝放坡要求如下:

A類土:如黏土、泥土等黏性土，放坡比例為1:0.75(高寬比)；

B類土:低黏著力土，如沙、石、泥土的混合物，放坡比例為1:1(高寬比)；

C類土:低黏著力，如礫石、碎石等不穩(wěn)定的巖石或帶水開挖段，放坡比例為1:1.5(高寬比)。

2、石方地質段管溝典型開挖方法

圖3 石方段管溝開挖典型圖

本開挖典型方法適用于石方地段。溝底最小寬度為管外徑+600mm，溝底超挖至少200mm，管頂覆土(至灰土蓋帽頂部)不小于900mm，管頂?shù)陀谧匀坏孛娌恍∮?0mm。管溝可垂直開挖。

3、鹽沼地區(qū)管溝典型開挖方法。沙特境內存在大面積的鹽沼地區(qū)，距離海岸線近，水位高，管溝施工設備通行困難，且地下水和地表水對管道的腐蝕強。

圖4 鹽沼管溝開挖典型圖

本開挖典型方法適用于沙特乃至中東地區(qū)特有的鹽沼地區(qū)?？紤]到地表水的腐蝕以及施工的便利性，管道采取地上土堤敷設。首先需要在管道中線位置鋪設混合土墊層，厚度最小為管外徑+250mm，壓實后開始管溝的開挖，管溝開挖斷面及方法同土方段管溝開挖，溝底深度與自然地面一致，需要注意的是，管底需高于此地區(qū)的歷史最高洪水位150mm，保證管道不受地表水的腐蝕。因此在輔設混合土墊層時，需清楚歷史最高洪水位，然后計算出墊層最小厚度，然后再進行墊層的敷設。

四、半溝開挖方法的應用

1、半溝開挖方法的介紹。沙特阿美的體系文件SAES―L―450中明確表示，在考慮到經濟因素情況下，對于硬巖地區(qū)且石方上層土厚度小于一半管外徑+150mm的情況下，半溝開挖可作為石方段備選管溝開挖方案。

雖然在沙特阿美的體系文件規(guī)定，半溝開挖方法可作為備選方法用在石方段，但實際工程中，沙特阿美項目一般不允許采用此方法，工程設計方也不會主動推薦此做法，一般只有在業(yè)主考慮經濟方面的因素的前提下才允許采用。

2、實際工程應用。哈拉德天然氣管道項目在施工過程中發(fā)現(xiàn)，區(qū)域內地質為上土下石分布，土方厚度小，清掃作業(yè)帶后大部分為裸露石方，且石方堅硬，硬度遠大70MPa。在采用高等級規(guī)格的鑿巖機開挖管溝后發(fā)現(xiàn)，想要達到設計圖紙中規(guī)定的管溝深度也異常困難，施工效率低、施工進度緩慢，難以達到工程進度要求。

該工程地質條件為石方地段，如果按照設計文件執(zhí)行，應采用一般段石方地質段典型管溝開挖方法進行施工。

經過對工程實際地質情況的現(xiàn)場調查，發(fā)現(xiàn)石方硬度大于70MPa，屬于硬質巖，按堅硬石方考慮；同時石方上層的土方厚度小，一般在300mm左右，小于一半管外徑+150mm，滿足沙特阿美體系文件SAES―L―450中的半溝開挖條款。

根據沙特阿美體系文件描述，半溝開挖示意圖可表示為如下:

圖5 半溝開挖示意圖

半溝開挖方法是在石方段管溝典型開挖方法上發(fā)展而來，溝底最小寬度為管外徑+600mm，溝底超挖至少200mm，管頂覆土(至灰土蓋帽頂部)不小于900mm，管中心標高低于自然地面不小于150mm。管溝垂直開挖。

3、半溝開挖的優(yōu)缺點分析。優(yōu)點:減少石方開挖工程量，以沙特哈拉德天然氣管道項目36寸管道為例，半溝開挖方法每延米石方量約為0.75m3，石方段典型開挖方法每延米石方量為1.8m3，節(jié)省了60%的石方開挖工程量；同時由于石方開挖工程量的減少，也增提高了施工效率，節(jié)省工程時間。

缺點:由于管溝挖深變淺，但管頂覆土仍為最小900mm，實際管堤用外運土工程量增加。

五、結論

半溝開挖方法已經沙特阿美業(yè)主批準，成功應用在哈拉德天然氣管道項目，此方法的應用，雖然增加了外運回填土的工程量，但大大減少了石方開挖的工程量，提高了整體施工效率，節(jié)省了工程時間，為項目順利投產奠定了基礎。

同時也為中國企業(yè)在沙特阿美市場長輸管道工程積累了相當?shù)墓軠祥_挖經驗，為今后沙特地區(qū)管道線路施工提借鑒。建議土方段與鹽沼地區(qū)施工按照本文中的典型開挖方法進行施工。對于石方段，硬度不大的巖石段，可按本文中石方段典型開挖方法施工；硬度大于70MPa、土層厚度小且D9型鑿巖機開挖作業(yè)困難的石方段，在沙特阿美批準的情況下，采用半溝開挖方法進行施工。