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摘 要：管线在穿越河流、池塘等特殊地带或者某些管线路由上存在非法挖沙取土、改扩建等危险活动，均有可能导致现有输油气管线发生漂浮，给管线生产带来很大的安全隐患。本文以某公司D660天然气管线漂浮抢险施工为例，分析了管线漂浮原因，总结了管线漂浮抢险平衡压袋稳管技术，希望能够给大家以借鉴。
关键词：平衡压袋；管线漂浮；抢险施工
中图分类号： TU7 文献标识码： A
0 前言
某公司天然气管线规格为D660×7.1mm，设计压力4.0MPa，为加强级三层PE防腐结构管。在野外某处，该天然气管线穿越公路后，自北向南共穿越鱼塘3座，穿越鱼塘总长度为918m，现场平面示意图见图1。其中2#、3#鱼塘中的管线出现漂浮，漏出水面长度约300米，严重威胁到管线运行安全，需要采取快速有效的措施将该管线重新埋入地下恢复安全生产，并且避免日后再次发生管线漂浮现象，漂管情况见图2。
图2管线漂浮情况
1管线漂浮原因分析
该天然气管线施工时此处为稻田地，后地方百姓就地开挖改为鱼塘，每个鱼塘均有2-3个喂料台（见图3），深度在2-3m（以池塘围埝为基准）,与管线距离很近，投放鱼饲料时，会吸引大量的鱼群聚集抢食，引起管线底部淤泥扰动，使部分管段完全悬空，随着悬空管线逐渐增长，管线所受的静水浮力不断增大，当密封的管体在水中产生的浮力大大地超过管道的荷重时，此时即产生浮管。
2 管线漂浮抢险施工方案
2.1确定管线损伤情况
从上图中可以看出，两个池塘水排净后，管线均自然回落到池塘底部，防腐层完好，管线无明显损伤变形（见图3），确定应为弹性变形，所以不需要更换该段漂浮管线，只需采取措施使管线重新埋入地下，避免日后再次发生漂浮现象。
2.2管沟开挖
管沟开挖的起止点在漂浮管线两端各延长30米处，保证起止点的管线未发生扰动或偏移，管沟深度与原有管线埋深保持一致。根据GB50369-2009《油气长输管道工程施工及验收规范》关于管沟开挖的要求，确定本工程管沟最陡边坡坡度 i=1:1，沟底宽度为4米。
2.3确定稳管措施
管道能否沉入水底(沟底)，取决于管道本身是否具有负浮力。当钢质管道壁厚与其直径之比小于3.3%时，需要另外加重，方能获得负浮力使管线沉入水底或沟底[3]，该天然气管线壁厚与直径之比为1.08%，所以，虽然该管线在排水和管沟开挖后已沉入沟底，但要避免日后再次发生管线漂浮，必须采取有效的稳管措施。
2.3.1 抗浮力计算
因管道在水中自身就有的浮力，通常对沟埋铺设的管道只考虑平衡静水浮力，而不考虑水流动对管道的水平推力。为确保沟埋铺设穿越水域管段的稳定性，设计时必须进行抗漂浮的核算：
W≥K×FS(1)
式中：W— 单位长度管段的总重力（包括钢管自重、防腐层、加重层及管内介质重量），N/m；
FS— 单位长度管段的静水浮力（包括管段外壁的防腐层、加重层最大外形尺寸引起的静水浮力），N/m；
K— 抗漂浮安全系数（对于大型穿越工程，K≥1.3，对于中型穿越工程，K≥1.2，对于小型穿越工程，K≥1.1）。 [1]
根据管线漂浮原因的分析及抗浮力计算可知，要从根本上保证管线安全运行，管线回落至沟底后，还应外加足够的载荷，并且载荷要没有污染性，施工安全快速，确保管线在今后运行中不再出现漂浮现象。
2.3.2 选择稳管方法
常用稳管方法有水泥压块加重、混泥土连续包覆、钢筋铁丝石笼加重、现浇混凝土加重和新型的管道漂浮平衡压袋等。
经过查阅相关资料和相关实际应用可以知道，管道漂浮平衡压袋是一种新型的管道稳管控制材料，是专门为输送石油、天然气等长输管道在穿越江河、湖泊、海滩、湿地、沼泽等过程中控制浮力而发明的一种新型稳管配重产品。它在克服了混泥土压重块、混泥土连续包覆、混泥土现浇等传统配重产品的缺陷的同时，还兼顾了水泥压重块制做简单的优点。
与其他稳管方法相比较，平衡压袋施工技术具有以下优势：
（1）经济。原材料低廉，填充物为沙砾，是非常廉价的管道浮力配重产品。
（2）制作周期短。平衡压袋可实现机械灌装后即可送达现场安装。
（3）容易安装。 灌装完成后，按照一定间距将平衡压袋压在管线上后即可回填。
（4）软接触。管道浮力控制平衡压袋是一种软体浮力控制系统，即便是管道有微小的震动，也可以达到稳管及保护防腐层的作用。
（5）环保。平衡压袋的袋体是不可生物降解的聚丙烯纤维，填充物是当地的砾石或沙子，所以平衡压袋非常环保。
（6）沟深适当。不需要加深管沟，可以适用于大多数沟底。
（7）良好的阴极保护性能。管道浮力控制平衡压袋与填充物一样具有渗透性，给阴极保护和地下水留下通道 。
（8）移动便捷。浮力控制平衡压袋是不能降解的，如果需要的话，可以随时将它移走。
考虑到施工工期紧，任务重，所处位置对环境保护要求高等特点，特选用管道漂浮平衡压袋作为配重产品。
2.3.3 工程量确定
表1平衡压袋工程量表 [2]
序号 管径
（mm） 壁厚（mm） 每個平衡压袋重量（Kg） 每组平衡压袋数（个） 每组平衡压袋重量（Kg） 平衡压袋规格长×宽×高（m） 中心压距（m）
1 406.4 5 142 6 850 1.6 ×1 ×0.55 5
2 508 6.2 200 6 1200 1.6×1.1×0.55 4
3 660 9.5 200 6 1200 1.8×1.3×0.75 3
4 1016 14.6 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 2.7
5 1016 17.5 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 3.2
6 1016 21 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 4.1
7 1016 26.2 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 7.2
8 1219 15.3 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 1.8
9 1219 18.4 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 2.1
10 1219 22.0 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 2.5
11 1219 27.5 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 3.5
根据平衡压袋工程量表可以知道，该抢险管线与表1中第3项数据接近，为了加大安全系数，我们选用1600Kg/组的平衡压袋，中心压距缩小至2.5m。
经实际测量，该管线共开挖管沟长度约为485m，共使用平衡压袋209组（喂料台处连续摆放）。
2.3.4 平衡压袋施工
（1）平衡压袋施工前，需要将管线上的淤泥清理干净。
（2）若场地允许，尽量采用装载机和厂家配套的料斗现场灌装，这样可以大大提高施工效率。
（3）平衡压袋运输和安装过程中要避免刮伤，吊装时使用厂家配套的吊具。
（4）平衡压袋按照选定的中心压距，从一侧开始摆放到管线上；在鱼塘每个喂料台处连续摆放4组平衡压袋。
3总结
只经过一周的紧张施工，就完成了485米漂浮管线的不停输抢险施工，在最大限度保证安全环保的同时，解决了该段管线再次发生漂浮的可能性，施工效果得到了业主单位的好评，截止到发稿前的两年时间，管线一直安全运行，通过本实例证明，平衡压袋稳管技术对静止水域漂管的预防和治理非常有效。
参考文献：
[1] 宋鹏,杨立明,祁香文.平衡压袋在大口径管道稳管中的应用[J].油气储运，2010,29（02）:148-149,157.
[2] 曾佳军,孙海鹏,师红杰等.管道浮力平衡压袋稳管技术研究[J].石油工程建设，2012,38（02）:31-33.
[3] 王毓民.混凝土加重稳管在管道穿越水域中的应用[J].天然气与石油,1999,17（01）:1-6.
[4]GB50369-2006 《油气长输管道工程施工及验收规范》[S].
作者简介：李国民（1982—），男，辽宁北票人，工程师，2005年毕业于长江大学材料成型及控制工程专业，本科，现从事油田地面工程建设工作。
关键词：平衡压袋；管线漂浮；抢险施工
中图分类号： TU7 文献标识码： A
0 前言
某公司天然气管线规格为D660×7.1mm，设计压力4.0MPa，为加强级三层PE防腐结构管。在野外某处，该天然气管线穿越公路后，自北向南共穿越鱼塘3座，穿越鱼塘总长度为918m，现场平面示意图见图1。其中2#、3#鱼塘中的管线出现漂浮，漏出水面长度约300米，严重威胁到管线运行安全，需要采取快速有效的措施将该管线重新埋入地下恢复安全生产，并且避免日后再次发生管线漂浮现象，漂管情况见图2。
图2管线漂浮情况
1管线漂浮原因分析
该天然气管线施工时此处为稻田地，后地方百姓就地开挖改为鱼塘，每个鱼塘均有2-3个喂料台（见图3），深度在2-3m（以池塘围埝为基准）,与管线距离很近，投放鱼饲料时，会吸引大量的鱼群聚集抢食，引起管线底部淤泥扰动，使部分管段完全悬空，随着悬空管线逐渐增长，管线所受的静水浮力不断增大，当密封的管体在水中产生的浮力大大地超过管道的荷重时，此时即产生浮管。
2 管线漂浮抢险施工方案
2.1确定管线损伤情况
从上图中可以看出，两个池塘水排净后，管线均自然回落到池塘底部，防腐层完好，管线无明显损伤变形（见图3），确定应为弹性变形，所以不需要更换该段漂浮管线，只需采取措施使管线重新埋入地下，避免日后再次发生漂浮现象。
2.2管沟开挖
管沟开挖的起止点在漂浮管线两端各延长30米处，保证起止点的管线未发生扰动或偏移，管沟深度与原有管线埋深保持一致。根据GB50369-2009《油气长输管道工程施工及验收规范》关于管沟开挖的要求，确定本工程管沟最陡边坡坡度 i=1:1，沟底宽度为4米。
2.3确定稳管措施
管道能否沉入水底(沟底)，取决于管道本身是否具有负浮力。当钢质管道壁厚与其直径之比小于3.3%时，需要另外加重，方能获得负浮力使管线沉入水底或沟底[3]，该天然气管线壁厚与直径之比为1.08%，所以，虽然该管线在排水和管沟开挖后已沉入沟底，但要避免日后再次发生管线漂浮，必须采取有效的稳管措施。
2.3.1 抗浮力计算
因管道在水中自身就有的浮力，通常对沟埋铺设的管道只考虑平衡静水浮力，而不考虑水流动对管道的水平推力。为确保沟埋铺设穿越水域管段的稳定性，设计时必须进行抗漂浮的核算：
W≥K×FS(1)
式中：W— 单位长度管段的总重力（包括钢管自重、防腐层、加重层及管内介质重量），N/m；
FS— 单位长度管段的静水浮力（包括管段外壁的防腐层、加重层最大外形尺寸引起的静水浮力），N/m；
K— 抗漂浮安全系数（对于大型穿越工程，K≥1.3，对于中型穿越工程，K≥1.2，对于小型穿越工程，K≥1.1）。 [1]
根据管线漂浮原因的分析及抗浮力计算可知，要从根本上保证管线安全运行，管线回落至沟底后，还应外加足够的载荷，并且载荷要没有污染性，施工安全快速，确保管线在今后运行中不再出现漂浮现象。
2.3.2 选择稳管方法
常用稳管方法有水泥压块加重、混泥土连续包覆、钢筋铁丝石笼加重、现浇混凝土加重和新型的管道漂浮平衡压袋等。
经过查阅相关资料和相关实际应用可以知道，管道漂浮平衡压袋是一种新型的管道稳管控制材料，是专门为输送石油、天然气等长输管道在穿越江河、湖泊、海滩、湿地、沼泽等过程中控制浮力而发明的一种新型稳管配重产品。它在克服了混泥土压重块、混泥土连续包覆、混泥土现浇等传统配重产品的缺陷的同时，还兼顾了水泥压重块制做简单的优点。
与其他稳管方法相比较，平衡压袋施工技术具有以下优势：
（1）经济。原材料低廉，填充物为沙砾，是非常廉价的管道浮力配重产品。
（2）制作周期短。平衡压袋可实现机械灌装后即可送达现场安装。
（3）容易安装。 灌装完成后，按照一定间距将平衡压袋压在管线上后即可回填。
（4）软接触。管道浮力控制平衡压袋是一种软体浮力控制系统，即便是管道有微小的震动，也可以达到稳管及保护防腐层的作用。
（5）环保。平衡压袋的袋体是不可生物降解的聚丙烯纤维，填充物是当地的砾石或沙子，所以平衡压袋非常环保。
（6）沟深适当。不需要加深管沟，可以适用于大多数沟底。
（7）良好的阴极保护性能。管道浮力控制平衡压袋与填充物一样具有渗透性，给阴极保护和地下水留下通道 。
（8）移动便捷。浮力控制平衡压袋是不能降解的，如果需要的话，可以随时将它移走。
考虑到施工工期紧，任务重，所处位置对环境保护要求高等特点，特选用管道漂浮平衡压袋作为配重产品。
2.3.3 工程量确定
表1平衡压袋工程量表 [2]
序号 管径
（mm） 壁厚（mm） 每個平衡压袋重量（Kg） 每组平衡压袋数（个） 每组平衡压袋重量（Kg） 平衡压袋规格长×宽×高（m） 中心压距（m）
1 406.4 5 142 6 850 1.6 ×1 ×0.55 5
2 508 6.2 200 6 1200 1.6×1.1×0.55 4
3 660 9.5 200 6 1200 1.8×1.3×0.75 3
4 1016 14.6 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 2.7
5 1016 17.5 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 3.2
6 1016 21 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 4.1
7 1016 26.2 325 8 2600 2.7 ×1.8 ×1.2 7.2
8 1219 15.3 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 1.8
9 1219 18.4 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 2.1
10 1219 22.0 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 2.5
11 1219 27.5 700 4 2800 1.7 ×2.4 ×1.6 3.5
根据平衡压袋工程量表可以知道，该抢险管线与表1中第3项数据接近，为了加大安全系数，我们选用1600Kg/组的平衡压袋，中心压距缩小至2.5m。
经实际测量，该管线共开挖管沟长度约为485m，共使用平衡压袋209组（喂料台处连续摆放）。
2.3.4 平衡压袋施工
（1）平衡压袋施工前，需要将管线上的淤泥清理干净。
（2）若场地允许，尽量采用装载机和厂家配套的料斗现场灌装，这样可以大大提高施工效率。
（3）平衡压袋运输和安装过程中要避免刮伤，吊装时使用厂家配套的吊具。
（4）平衡压袋按照选定的中心压距，从一侧开始摆放到管线上；在鱼塘每个喂料台处连续摆放4组平衡压袋。
3总结
只经过一周的紧张施工，就完成了485米漂浮管线的不停输抢险施工，在最大限度保证安全环保的同时，解决了该段管线再次发生漂浮的可能性，施工效果得到了业主单位的好评，截止到发稿前的两年时间，管线一直安全运行，通过本实例证明，平衡压袋稳管技术对静止水域漂管的预防和治理非常有效。
参考文献：
[1] 宋鹏,杨立明,祁香文.平衡压袋在大口径管道稳管中的应用[J].油气储运，2010,29（02）:148-149,157.
[2] 曾佳军,孙海鹏,师红杰等.管道浮力平衡压袋稳管技术研究[J].石油工程建设，2012,38（02）:31-33.
[3] 王毓民.混凝土加重稳管在管道穿越水域中的应用[J].天然气与石油,1999,17（01）:1-6.
[4]GB50369-2006 《油气长输管道工程施工及验收规范》[S].
作者简介：李国民（1982—），男，辽宁北票人，工程师，2005年毕业于长江大学材料成型及控制工程专业，本科，现从事油田地面工程建设工作。