輸氣管道受洪災(zāi)致?lián)p的搶修設(shè)計(jì)

慕 園,羅志鵬,陳莎莎,姚偉偉

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

2.陜西省天然氣股份有限公司,陜西西安 710016

3.中國(guó)石油天然氣管道工程有限公司,河北廊坊 065000

1 管道洪災(zāi)致?lián)p分析

2021年8月19 日起，藍(lán)田縣局部地區(qū)出現(xiàn)大暴雨，造成藍(lán)田縣境內(nèi)的312國(guó)道、省道部分塌方、沖毀，沿途部分電力、通信中斷。受持續(xù)強(qiáng)降雨影響，藍(lán)橋河出現(xiàn)了大型罕遇洪水。近河敷設(shè)的藍(lán)田段管道受洪水沖擊嚴(yán)重，較長(zhǎng)距離管道出現(xiàn)露管、懸空，見(jiàn)圖1。部分管道遭受流石沖擊出現(xiàn)防腐層破損、凹坑等嚴(yán)重變形，見(jiàn)圖2。

圖1 管道懸空、露管情況

圖2 管道防腐層破損、管體凹坑

分析洪災(zāi)致?lián)p原因，主要為以下兩點(diǎn)：第一，多年平均水位的水面寬度雖小于40 m，但兩山夾河谷的地形極易雍水。河床地層以砂礫石層和巖石層為主，且河床較淺。受地層影響，水流下切程度小，加劇了洪水對(duì)灘地、岸坡的橫向沖刷。按中小型工程設(shè)防的管道，其埋深略淺。第二，受地形制約，附近居民存在侵占河道的情形，河斷面變窄，導(dǎo)致流速加快，進(jìn)而加重對(duì)灘地、岸坡的沖蝕。部分管段在凹岸灘地敷設(shè)，灘地雖經(jīng)人為拓寬，但未改變凹岸為迎水受沖面的本質(zhì)[1-4]。

2 搶修設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 修復(fù)方式論證

若通過(guò)補(bǔ)強(qiáng)等方式進(jìn)行維修加固，需對(duì)管道的安全適用性進(jìn)行全面評(píng)價(jià)[5]，包括對(duì)管道外防腐層的檢漏、焊縫的風(fēng)險(xiǎn)排查、管道變形情況的量測(cè)、懸空及大移位管段的應(yīng)力分析等評(píng)價(jià)內(nèi)容[6]。評(píng)價(jià)周期較長(zhǎng)、檢測(cè)費(fèi)用相對(duì)昂貴[7]且不能徹底消除風(fēng)險(xiǎn)。

鑒于管道安全現(xiàn)狀和搶險(xiǎn)工期限制，宜用改線換管或原位換管方式進(jìn)行修復(fù)。若沿河谷改線，管道與房屋間距較近，協(xié)調(diào)難度大，且與災(zāi)后重建存在沖突。若改線至山脊敷設(shè)，需大量砍伐林地和爆破巖石，線路長(zhǎng)，工期長(zhǎng)，成本高，且易受地質(zhì)災(zāi)害影響。為解決管道企業(yè)希望既徹底又快速完成修復(fù)的訴求，應(yīng)采取原位換管修復(fù)。

2.2 換管原則

換管原則宜根據(jù)管道受損程度制定。對(duì)于無(wú)移位、無(wú)變形、露管長(zhǎng)度短且防腐層較完好的管段，可僅做回填壓覆以確保管頂埋深即可。對(duì)于存在移位、變形、露管長(zhǎng)度長(zhǎng)或防腐層破損較嚴(yán)重管段，則需開(kāi)挖換管并深埋。

2.3 開(kāi)挖敷設(shè)方案

結(jié)合洪水沖刷特征，按照管道穿越工程挖溝法穿越設(shè)計(jì)要點(diǎn)[8]，進(jìn)而制定管溝開(kāi)挖及敷設(shè)方案，見(jiàn)表1。

表1 開(kāi)挖敷設(shè)方案

開(kāi)挖敷設(shè)方案分三類，以巖層段開(kāi)巖槽混凝土滿澆埋管、砂土層地段深埋換管為主。開(kāi)挖敷設(shè)橫斷面見(jiàn)圖3～圖5。

圖3 巖石地層開(kāi)挖敷設(shè)橫斷面/m

圖4 河道內(nèi)砂石（砂土）段地層開(kāi)挖敷設(shè)橫斷面/m

圖5 河灘地砂石（砂土）段地層開(kāi)挖敷設(shè)橫斷面/m

2.4 換管段增加壁厚

新?lián)Q管道的直管、冷彎管壁厚選用6.3 mm，熱煨彎管壁厚采用7.1 mm，相比原管道5.6 mm壁厚有所增加，主要基于以下考慮：

（1）鑒于近年來(lái)北方極端氣候，洪水事件整體呈頻發(fā)、重發(fā)的趨勢(shì)[9]和本次管道嚴(yán)重受損的情況，宜適當(dāng)增加壁厚，以提高本質(zhì)安全。

（2）原管道沿線與道路并行距離近，與多處拱橋有交叉，考慮道路、橋梁修復(fù)可能對(duì)管道的擠壓影響，應(yīng)適當(dāng)增加壁厚以提高抗外壓穩(wěn)定性。

（3）管道長(zhǎng)距離近河敷設(shè)，管道周邊土壤環(huán)境較潮濕，土壤中含有的硫化物或大量微生物會(huì)對(duì)管道防腐層產(chǎn)生破壞，加快管道的腐蝕速率[10]。

（4）搶險(xiǎn)工期緊，河道段作業(yè)條件差，極易因施工疏忽造成管壁減薄。

2.5 連頭技術(shù)要求

連頭作為關(guān)鍵工序，類似工程除執(zhí)行GB 50369—2014《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》外，還建議參考以下兩點(diǎn)技術(shù)要求。

（1）應(yīng)選擇平坦地段的直管段作為連頭位置，自連頭位置起向原管道和新管道各外延至少兩根管子長(zhǎng)度，修建連頭作業(yè)溝。連頭點(diǎn)兩側(cè)管道的自由端長(zhǎng)度應(yīng)大于50D（D為管道直徑）。

（2）管道組對(duì)時(shí)，兩端鋼管進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹魏驼{(diào)整，避免懸空長(zhǎng)度大于6 m[11]。管道組對(duì)軸線偏差不應(yīng)超過(guò)3°。

3 搶險(xiǎn)修復(fù)實(shí)施

（1）險(xiǎn)情發(fā)生后，陜西省天然氣股份有限公司立即組建管道搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)指揮部，結(jié)合防汛預(yù)案進(jìn)行集中討論，對(duì)露管、懸空段管道先行采取壓覆穩(wěn)固的臨時(shí)保護(hù)措施，然后采取專家會(huì)診方式，科學(xué)分析洪災(zāi)至損原因，充分論證修復(fù)方式，確立換管修復(fù)的總體原則。

（2）為確保向商洛不間斷供氣，搶修期間原管道不停輸，通過(guò)近距離并行原管道敷設(shè)新?lián)Q管道的方式，僅在動(dòng)火連頭期短暫停輸，以實(shí)現(xiàn)管道連通。新?lián)Q管道組對(duì)、焊接及無(wú)損檢測(cè)合格后，下溝回填。經(jīng)清管、測(cè)徑與試壓后，進(jìn)行干燥。按統(tǒng)一口令和施工技術(shù)要求，各標(biāo)段機(jī)組對(duì)不連續(xù)多處換管段實(shí)施同步連頭、整體貫通。

（3）在遇有巖石與砂礫石交接處，通過(guò)打縱向斜槽平滑過(guò)渡或輔以彎管過(guò)渡敷設(shè)，提高管道對(duì)管溝巖土層的適應(yīng)性。對(duì)于巖石地層間隔存在有短距離砂礫石地層的區(qū)段，按照巖石地層進(jìn)行開(kāi)挖敷設(shè)，能夠滿足管道敷設(shè)安全要求，也便于現(xiàn)場(chǎng)施工組織設(shè)計(jì)?？拷侥_的順河敷設(shè)管道，通過(guò)改移至山腳，采取內(nèi)鑿巖石槽口+外筑混凝土擋墻的方式，徹底消除了管道受水流沖刷的影響。

（4）為及時(shí)解決搶險(xiǎn)現(xiàn)場(chǎng)突發(fā)情況，現(xiàn)場(chǎng)采取簽署四方確認(rèn)單形式快速明確存在問(wèn)題和解決方案，顯著提高了搶險(xiǎn)實(shí)施效率。

4 結(jié)束語(yǔ)

（1）管道選線工作至關(guān)重要。合理選線是保證管道安全運(yùn)行的基礎(chǔ)，也是降低管道事故概率的重要措施[12]。選線不僅要結(jié)合地區(qū)現(xiàn)狀，還需充分結(jié)合沿線居民生活狀況、區(qū)域發(fā)展建設(shè)情況。

（2）對(duì)于河道段換管搶修，洪水裹挾的砂石堆積層使河床抬升，為避免管道埋深不足，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試挖驗(yàn)證，采用現(xiàn)狀河流同一橫斷面河床最低點(diǎn)作為開(kāi)挖基準(zhǔn)，按下挖既定深度內(nèi)是否見(jiàn)巖層來(lái)確定不同管道敷設(shè)方式的方法，具有適用性強(qiáng)、操作簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn)。

（3）焊接是技術(shù)活動(dòng)也是一項(xiàng)重要工序，焊接質(zhì)量直接決定工程成敗。河道空氣濕度大、峽谷風(fēng)速集中、山區(qū)晝夜溫差變化大等因素都不利于焊接，除配備更加有效的焊接保障措施外，更應(yīng)對(duì)焊接標(biāo)準(zhǔn)提出嚴(yán)格的要求。通過(guò)適當(dāng)提高焊接要求，倒逼工程公司嚴(yán)格執(zhí)行焊接規(guī)程，從源頭控制質(zhì)量。例如，設(shè)計(jì)方參考管道抗震規(guī)范[13]，提出了根部焊縫缺陷、裂紋焊縫、連頭焊縫缺陷不允許返修，采用割口處理、重新焊接的硬性要求。