復(fù)雜環(huán)境下油氣管道缺陷修復(fù)前的開挖方式

慕 園,陳國鑫,馮延魁

1.四川國銳工程設(shè)計(jì)有限公司西安分公司,陜西西安 710018

2.中國石油天然氣管道工程有限公司西安設(shè)計(jì)分公司,陜西西安 710018

3.陜西省天然氣股份有限公司,陜西西安 710016

近年來油氣管道因環(huán)焊縫缺陷、內(nèi)腐蝕及外力引發(fā)的失效問題時(shí)有發(fā)生[1]，失效后果嚴(yán)重。對于經(jīng)底片排查、數(shù)據(jù)對齊等排查手段發(fā)現(xiàn)的焊口或其他缺陷問題，采取現(xiàn)場開挖驗(yàn)證和修復(fù)可及時(shí)消除隱患[2]。根據(jù)缺陷排查情況，復(fù)雜環(huán)境點(diǎn)位往往是易發(fā)生缺陷的點(diǎn)位[3]，管道建設(shè)期的組對、焊接等工序難度較大，運(yùn)行期再次開挖并修復(fù)的難度更大。在役管道修復(fù)本身即為高風(fēng)險(xiǎn)作業(yè)，復(fù)雜環(huán)境點(diǎn)位的開挖作業(yè)更應(yīng)引起足夠重視。本文以三類復(fù)雜環(huán)境點(diǎn)位為例，對支護(hù)和開挖技術(shù)要點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)分析，可供類似管道修復(fù)工程參考。

1 埋深大且管道交匯多點(diǎn)位

1.1 缺陷點(diǎn)位情況

某管道外徑355.6 mm，壁厚6.4 mm，鋼級L245，管道材質(zhì)為直縫電阻焊鋼管。修復(fù)點(diǎn)位缺陷類型為管體內(nèi)腐蝕，埋深4 m。

缺陷點(diǎn)位置及周邊情況見圖1。缺陷點(diǎn)位于進(jìn)站道路下方。道路為寬5 m、厚200 mm的混凝土硬化路，路下土層以雜填土為主。進(jìn)站道路東側(cè)為某公司停車場和市政綠地，道路西側(cè)為站場旗臺(tái)和市政綠地。待修復(fù)管道與兩根油氣管道及光纜近距離并行敷設(shè)，另有原油管道上跨三管敷設(shè)。修復(fù)前需破除混凝土路面，新建臨時(shí)消防通道，修復(fù)過程中需確保上跨原油管道和兩側(cè)管道及光纜的安全。

圖1 缺陷點(diǎn)位置及周邊情況

1.2 支護(hù)和開挖形式

針對缺陷點(diǎn)位埋深大、管道交匯多且場地受限的情況，宜采取3面支護(hù)+1面放坡的形式進(jìn)行開挖。

作業(yè)坑開挖示意見圖2。為便于缺陷修復(fù)，管底凈空高度取0.8 m，作業(yè)坑開挖深度約5 m。作業(yè)坑南側(cè)采用分級放坡下挖，開挖坡比≤1∶0.67，每級下挖深度不大于2 m，分級開挖臺(tái)階寬度不小于1 m。作業(yè)坑?xùn)|側(cè)、西側(cè)、北側(cè)先支擋后開挖，操作坑坑壁距管壁不小于1.5 m。主體支擋結(jié)構(gòu)采用槽鋼樁+擋土板的樁板組合形式，槽鋼樁沿作業(yè)坑壁夯入坑底，槽鋼樁與坑壁之間插放擋土板。槽鋼樁內(nèi)側(cè)焊接兩層橫向鋼圍檁以提高支擋結(jié)構(gòu)的整體性，東西兩側(cè)圍檁之間采用鋼橫撐進(jìn)行加固。

圖2 作業(yè)坑開挖示意/m

槽鋼樁和鋼圍檁選用25#C熱軋槽鋼，槽鋼截面高度250 mm，腿寬82 mm，腰厚11 mm[4]。擋土板選用質(zhì)地良好的硬質(zhì)致密木板，木板厚度≥30 mm。鋼橫撐選用D140 mm×4.5 mm的Q235鋼管。

1.3 支護(hù)開挖技術(shù)要點(diǎn)

（1）準(zhǔn)確定位管道和光纜線位后，避繞東西走向的上跨輸油管道，沿作業(yè)坑開挖線每隔1 m豎向夯壓6 m長槽鋼樁。作業(yè)坑支護(hù)和土方開挖過程中，遵循“開槽支撐、先撐后挖、分層開挖、嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行支護(hù)和開挖[5]。槽鋼樁每夯壓一定深度后，下挖作業(yè)坑。在槽鋼樁后放置擋土板進(jìn)行坑壁支護(hù)后，繼續(xù)夯壓槽鋼樁，分層下挖后，再次進(jìn)行擋土板支護(hù)。南側(cè)開挖坡面夯壓平整并設(shè)置逃生臺(tái)階。對開挖裸露的上跨管道，用8 mm橡膠板纏繞保護(hù)。

（2）作業(yè)坑每下挖1.6 m，槽鋼樁內(nèi)側(cè)焊接鋼圍檁，每層圍檁焊接連接。北側(cè)下層圍檁底部距管頂不小于0.5 m，其槽口向上作為擋土板支撐槽。

2 河道水工設(shè)施下點(diǎn)位

2.1 缺陷點(diǎn)位情況

某管道外徑660 mm，壁厚10.3 mm，鋼級L450，管道材質(zhì)為螺旋縫埋弧焊鋼管。修復(fù)點(diǎn)位缺陷類型為環(huán)焊縫缺陷。

管道走向及周邊情況見圖3。缺陷點(diǎn)位位于管道與河道交叉處的混凝土過水面下方。過水面兩側(cè)建有漿砌石擋墻。因沖溝邊坡底腳處的彎頭埋深較大，難以根據(jù)彎頭定位缺陷點(diǎn)位。根據(jù)內(nèi)檢測報(bào)告，通過試挖目標(biāo)焊縫點(diǎn)位附近的參考點(diǎn)位，推斷開挖位置。開挖前需破除部分擋墻和過水面。

圖3 管道走向示意

2.2 導(dǎo)流和開挖形式

針對缺陷點(diǎn)處于河道且上覆混凝土過水面的復(fù)雜情況，宜先在過水面上游位置做圈圩導(dǎo)流設(shè)施，然后拆除過水面，再放坡開挖。

圍堰導(dǎo)流布置示意見圖4。選擇枯水期施工，在過水面上游圍堰并接排水管，將上游來水導(dǎo)引至過水面下游。

圖4 圍堰導(dǎo)流布置示意

作業(yè)坑開挖示意見圖5。管底凈空高度取0.8 m，作業(yè)坑開挖深度約為4.6 m。過水面外開挖坡比均≤1∶0.67，過水面處開挖坡比均≤1∶1，每級下挖深度不宜大于2 m，分級開挖臺(tái)階寬度不應(yīng)小于1 m，管道底部采用擋土板支護(hù)建造操作坑。

圖5 作業(yè)坑開挖示意/m

2.3 開挖技術(shù)要點(diǎn)

（1）土方開挖應(yīng)對稱同步進(jìn)行，避免因土體失穩(wěn)對管道形成側(cè)向擠壓。作業(yè)坑設(shè)置兩個(gè)相互垂直的階梯形逃生通道，可采用填充砂土的土工袋碼放堆砌臺(tái)階，底部操作坑內(nèi)再放置兩個(gè)逃生梯。

（2）作業(yè)坑頂周邊設(shè)置彩鋼板圍擋等硬隔離和警示標(biāo)識，以防止無關(guān)人員進(jìn)入?，F(xiàn)場應(yīng)備足彩條布和抽水泵。缺陷修復(fù)期間如遇降雨，底部操作坑上方應(yīng)搭建防雨棚。

3 道路陡坡內(nèi)點(diǎn)位

3.1 缺陷點(diǎn)位情況

某管道外徑323.9 mm，壁厚6.4 mm，鋼級L360，管道材質(zhì)為直縫電阻焊鋼管。修復(fù)點(diǎn)位缺陷類型為斜接焊縫缺陷，埋深約3.2 m。

管道走向及周邊情況見圖6，缺陷點(diǎn)位臨近道路邊坡。邊坡陡直、穩(wěn)定性較差，坡腳建有漿砌石擋墻?？h級道路路面寬度7 m，雙向車道，車流量較大。公路部門不同意大面積開挖后再恢復(fù)路面的開挖方案。

圖6 管道走向示意

3.2 豎井及巷道布置

針對缺陷點(diǎn)位處于道路旁不穩(wěn)定高陡邊坡內(nèi)且不具備大開挖破路的場地條件，可采用豎井護(hù)壁下挖，接巷道找修復(fù)點(diǎn)的開挖方式，見圖7。按道路保通要求，開挖前應(yīng)先在道路外側(cè)拓寬修建臨時(shí)車道。

圖7 開挖總布置/m

豎井采用C30鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。豎井截面為圓形，內(nèi)徑4 m，壁厚0.4 m，外徑4.8 m。豎井總高度5 m，路面以上高度1 m，下挖進(jìn)深4 m。豎井入口做環(huán)形鎖口，超出外井壁0.5 m。為防止人員跌落，鎖口平臺(tái)處設(shè)置1.2 m高鋼護(hù)欄（用D48.3 mm×3.6 mm的Q235鋼管）。井壁底部沿管道方向設(shè)臨時(shí)封門作為巷道入口，封門應(yīng)保證井壁完整性、在豎井下沉過程中承受土壓不破壞且便于拆除。豎井內(nèi)壁設(shè)置2處護(hù)籠直梯，高度均為6 m，與井壁應(yīng)牢固連結(jié)。豎井結(jié)構(gòu)及鋼筋布置見圖8。

圖8 豎井結(jié)構(gòu)及配筋

巷道門洞寬2.7 m，高2.66 m，拱半徑1.6 m，拱高0.8 m，拱下立壁高1.86 m。為便于尋找缺陷點(diǎn)，巷道長度取6 m。施工時(shí)，應(yīng)先沿管道向坡側(cè)（北側(cè)）布置5 m長巷道找缺陷點(diǎn)，若未找到缺陷點(diǎn)位，向南側(cè)布置1m長巷道。巷道主支擋應(yīng)采用預(yù)制式25U型鋼拱架[6]，現(xiàn)場拼裝。鋼架間距0.4 m，相鄰之間采用鋼筋焊接，環(huán)向間距取0.2 m。鋼架外側(cè)放厚度為2 mm的鋼板防止土體塌落。巷道鋼架結(jié)構(gòu)見圖9。

圖9 巷道鋼架結(jié)構(gòu)

3.3 施工技術(shù)要點(diǎn)

（1）豎井應(yīng)采用逆作法，分節(jié)下挖、分節(jié)澆筑[7]。上節(jié)井壁鋼筋下料時(shí)應(yīng)考慮下節(jié)井壁鋼筋搭接，搭接長度不小于35d（d為鋼筋直徑）。

（2）豎井下沉過程中做好封門定位，豎井底距管道頂1～1.5 m位置處進(jìn)行拆除。封門破除后，井壁不占壓管道和光纜。井壁基礎(chǔ)應(yīng)置于堅(jiān)硬土層之上，底部做混凝土圈形墊層，井壁8 h累計(jì)下沉量不應(yīng)大于10 mm[8-9]。

（3）豎井頂部設(shè)置龍門吊，用于土方、機(jī)具垂直運(yùn)輸。龍門吊連接吊籃作為人員進(jìn)出豎井的主要交通方式，爬梯為備用通道。

（4）巷道挖進(jìn)過程應(yīng)結(jié)合黃土地區(qū)施工經(jīng)驗(yàn)，在掌子面用袋裝土等措施進(jìn)行反壓護(hù)壁[10]。完工后，巷道內(nèi)素土回填夯壓，夯實(shí)系數(shù)不低于0.9。

4 結(jié)束語

牢固可靠的支護(hù)開挖措施能夠有效避免因風(fēng)險(xiǎn)識別、處置不當(dāng)引發(fā)的坍塌、掩埋事件，能為修復(fù)工作創(chuàng)造良好的條件，使坑內(nèi)作業(yè)人員安心作業(yè)。本文針對三類典型的復(fù)雜環(huán)境點(diǎn)位，詳細(xì)分析了對應(yīng)的開挖作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)因素，給出了相對安全便捷的支護(hù)開挖形式，工程實(shí)踐效果較好。因復(fù)雜環(huán)境點(diǎn)位的場地條件有別，影響作業(yè)坑穩(wěn)定的因素區(qū)別較大，作業(yè)坑失穩(wěn)的形式也有差異。建議對于其他類型的復(fù)雜環(huán)境點(diǎn)位，也應(yīng)綜合考慮場區(qū)環(huán)境因素進(jìn)行專項(xiàng)設(shè)計(jì)，并在開挖支護(hù)過程中注意以下事項(xiàng)。

（1）作業(yè)坑開挖完成后應(yīng)按照GB 50497《建筑基坑工程檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》要求，做好持續(xù)綜合監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行支護(hù)設(shè)計(jì)的動(dòng)態(tài)調(diào)整，提前處置風(fēng)險(xiǎn)。

（2）作業(yè)坑開挖過程中應(yīng)加強(qiáng)油氣泄漏監(jiān)測，若發(fā)現(xiàn)有泄漏應(yīng)立即停止作業(yè)。特別是豎井和巷道，應(yīng)加密油氣泄漏監(jiān)測頻次。

（3）作業(yè)坑開挖過程中應(yīng)注重對其他管道的保護(hù)，并按照保護(hù)管道的要求保護(hù)光纜。