浅谈长输管道河流穿越大开挖施工技术

来源 :城市建设理论研究 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaolch008
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  摘要:大型河流穿越一直是长输管道工程的重点、难点,如何提高河流穿越施工效率成为保证施工工期的首要任务,以克拉苏气田输气管道工程(大北-克拉2段)为例,针对河流穿越施工工序进行详细介绍,并对施工过程中的重点、难点进行突出讲解,并提出解决、应对措施,旨在为新疆地区类似管道工程积累宝贵经验。
  关键词:长输管道河流穿越大开挖施工技术
  中图分类号:TU74文献标识码: A
  从环境影响评价考虑,河流穿越应优先考虑水平定向钻穿越、盾构穿越、钻豹穿越顶管隧道等方式。考虑到综合地质、气候以及工程造价等情况,克拉苏气田输气管道工程(大北-克拉2段)大型河流穿越采用大开挖进行穿越。
  1 工程概况
  塔里木油田公司克拉苏气田输气管道工程(大北-克拉2段),全线位于新疆阿克苏地区拜城县境内,起点为大北处理厂、终点为克拉2清管站,线路长度88.6km,主线路管材型号D813×11mm。本工程是为西气东输轮南首站提供可靠的起源,对促进经济发展、提高人民生活水平、加强民族团结及促进社会稳定等方面均具有重要意义。
  本长输管道工程沿线穿越喀普斯浪河(穿越长度635m)、台勒维丘克河(穿越长度701m)、卡拉苏河(穿越长度593m)等3条大型河流。
  2 施工机组配置
  为满足工程需要、保证施工进度,需组织三个施工机组:土建机组,负责河流的导流围堰、管沟开挖、稳管、回填、地貌恢复以及水工保护的施工;焊接机组:负责管道主体焊接过程中的布管、组对、焊接;防腐机组:负责穿越管段的防腐补口。
  3 施工工序
  第一段施工工序:施工准备→技术交底→测量→分段围堰导流→测量方位→管沟开挖→管道布管、组焊、无损检测→补口补伤→下沟、压载→管沟回填→音频检漏→管线试压→围堰拆除→地貌恢复
  另一段施工工序:测量→另一段围堰导流→测量方位→管沟开挖→管道布管、组焊、无损检测→补口补伤→下沟、压载→管沟回填→音频检漏→管线试压→围堰拆除、导流渠回填→地貌恢复。
  4 施工方法
  4.1 导流围堰
  施工导流的基本方法分为全段围堰导流法和分段围堰导流法。三条河流穿越长度较长、且流水量较大,为保证施工安全,采用分段围堰导流法,导流施工技术计算如下:
  A≥KQ/VC 式中:
  A—导流渠的横截面积(㎡);
  K—许用系数,一般为1.2~1.5;
  Q—穿越段内的最大水流量(m³/s)。
  导流渠布置要点:(1)利用有利地形,避免渠线通过不良地段,注意滑坡坍塌体,保证边坡稳定;(2)明渠应顺直,应尽量避免S形弯道,转弯半径应大于5倍渠宽,转折角不宜大于60°,出口交角宜小于30°;(3)导流渠应采取衬砌措施,提高抗冲刷能力。
  围堰断面尺寸及填筑材料的选用,需根据围堰高度、当地建筑材料、施工工期和确保安全的要求来进行,既要使其稳定、防渗透和抗冲刷,又要使其结构简单、价格低廉、修筑和拆除方便。常用的围堰方式用草袋围堰、土石围堰、混土围堰、草土围堰等,根据新疆境内河流地质结构特点,该工程采取土石围堰方式,就地取材,由于卵石粒径大,水流湍急,在围堰表面增设防渗布,并用石笼对围堰进行加固,增加围堰的防渗透、抗冲刷能力。
  围堰选用原则:安全可靠,能满足稳定、抗渗、抗冲要求;结构简单,施工方便,易于拆除,尽量利用当地材料。
  围堰的布置应满足基坑开挖及管道安装、土建施工作业及排水运水的要求。对分段围堰一次围堰可束窄河道的70%~80%。上下游围堰间距应满足管沟土方堆放及管道安装作业带的要求,一般为50~150m。堰体应进行渗流和渗透稳定、抗滑稳定验算,需参考相关水力计算手册。
  4.2 测量放线
  管沟开挖前应根据设计的交桩桩位,参照中线成果表,为保证施工测量、定位精准,用RTK进行测量,放线时应放出管沟开挖及临时占地边界线。放线前应按设计线路平面图和纵断面图进行复查。
  测量放线施工流程:补桩→定加密桩→扫线→测量→放线→协调与变更→移桩。
  使用RTK放出管線中心线、作业带占地边界线,以及导流渠的边界线。将设计交付的控制桩引出作业带并加以保护。确定管道中心线的位置,并用标志桩放出管线穿越位置、留头位置、导流渠开挖位置、作业带边界等,将坐标控制点引到两岸开挖场区附近,以便于施工过程中随时使用测量仪器进行监控。
  测量放线时,应根据穿越施工图设计的穿越控制桩及线路定位桩坐标点,引出相对坐标点和标高,测量、放出管沟中心线、沟宽边线所在位置。
  测量放线时需对特殊点进行确定,如稳管段两侧端点、弯管处及护岸护坡位置点,进行放线并作出标记。同时,应根据施工方案确定的围堰堰体、组焊场地的位置、几何尺寸和施工场地平面布置,一并放线标记。
  4.3 管沟开挖
  根据地质报告及现场勘察,河床内水流不大,仅低洼处有流水通过,河床内地下水埋深5.0m左右,适合采用大开挖穿越方式,开挖时须在管沟内设置储水坑,并配有相应排水设备。河流穿越段管沟开挖断面图如下(见图1)。
  
  图1管沟开挖断面图
  管道穿越河流地层均为卵石,管沟平均深度超过7m,采用分级开挖方式。由于管沟开挖较深,对地层扰动较大,边坡易塌方,为保证施工安全,根据《油气输送管道穿越工程施工及验收规范》,并结合该河西二线开挖工程施工经验,开挖宜采用长臂挖掘机施工,边坡比取1:1.25,台宽6m和4m;考虑管道沟下组焊,管沟底宽取2.1m。
  管沟开挖采用以机械开挖为主、人工为辅的管沟开挖方式。
  管沟开挖过程中,应按节点检查管沟开挖尺寸,确保管沟成型质量。
  管沟验收质量要求: 主河床内管沟在超挖填垫达到设计标高基础上,实际中心线各点高程负偏差应小于0.2m,不允许出现正偏差; 实际管沟中心线偏移不应超过设计的0.2m;管沟实际宽度最小应保证设计管中心线两侧各1.0m。
  施工单位应实测管沟平面图和纵、横断面图,并排除沟内孤石等障碍,管沟成型质量经验收符合要求后才允许下沟组装或就位。
  管沟开挖的过程中,要不间断的抽水,使管沟内的渗水基本排出沟外,满足开挖管沟的需要。
  管沟开挖完成后,立即用全站仪对管沟的标高进行测量,确保管沟满足设计要求。
  管沟开挖完成并报验合格后,在沟底按管长均匀布满袋状细土,为后续管道组焊、补口补伤等创造便利条件。
  由于深度较深,在管沟开挖过程中需在管沟内设置逃生通道。
  4.4 管道下沟、组对及焊接
  管线的组对、焊接视现场开挖情况而定:当开挖后,管沟底部无水流时,考虑进行沟下组对、焊接;当管沟底部有水流时,可在6m宽的作业面进行管线的组对、焊接(见图2),由于本工程在施工过程中,使用排水设备及时将管沟内积水排除管沟以外,因此采用沟下组对、焊接的方式进行施工。沟下组对可减少大型起重设备的使用次数,节约工程预算。
  沟下布管时应根据已打好的管墩合理摆放管材,确保每根管材中间位置放置于管墩上,保证有充足的对口空间,为沟下组焊创造便利条件。
  
  图2河流穿越段沟下焊接作业图3河流穿越段的配重块、土工布袋安装
  由于大开挖沟下焊接不可控因素较多,如何控制管线焊接质量成为重中之重,充分的焊前准备及精准的现场组对是保证焊接一次通过的前提,需做好以下几点:
  (1)焊接前对管口认真打磨,确保坡口及管端内外壁50mm内的铁锈、油污、泥土等清理干净;
  (2)管道组对时,要对管口椭圆度进行测量,保证错边量满足规范及设计要求,若两管口因椭圆度造成偏差,均匀分布到整个焊道上,但不得大于设计及规范要求数值;
  (3)焊接之前严格按照焊接工艺卡对焊道进行预热,焊接过程中注意温度的控制,监测层间温度,当温度降低时及时进行后热处理,保证焊接质量;
  (4)严格按照焊接工艺进行焊接工作;
  (5)当风速较大或空气中灰尘较多时,焊接过程中采取防风措施,避免因外界环境变化造成焊接质量问题。
  4.5 补口补伤
  由于管线埋设与河流以下,地下水造成管道锈的可能性大大增加,因此保证补口补伤质量是穿越施工的另一施工重点,若补口补伤质量差,无法保证后续音频检漏合格,或管道运行后因管材锈蚀造成事故都会对公司有不好的影响,因此,保证补口补伤的质量尤为重要。热收缩带防腐补口施工要点:
  (1)在喷砂除锈时钢管的预热;为了避免产生新的锈迹在喷砂后加热钢管时,在喷砂前应将钢管预热至40℃~50℃,油气注意管材6点钟位置,为预热盲点。在补口的位置打磨、清洁处理,保证钢管表面光滑度达到Sa2.5级。
  (2)进行表面处理后的管体外表面的锚纹深度应达到50~70μm。
  (3)环向焊缝两侧防腐层与补口材料搭接范围内的3PE层表面作打毛处理;
  (4)保证热收缩带本体搭接、热收缩带与管体3PE防腐层的搭接长度及搭接质量。
  回火:将整个热收缩带加热5到8分钟左右,在热收缩带完全收缩以后,再持续加热使热熔胶成为熔融的状态并 能从两端浸出,趁加热后的热收缩带比较柔软的时候辊压把里面的气泡挤出来。一定要让加热时的火焰覆盖在热收缩带的边缘位置,以保证不会发生卷边、翘边现象。在辊压过程注意对热收缩套的保护,避免辊压变形。
  4.6 稳管措施
  管道穿越河流稳管措施采用混凝土压重块进行稳管(见图3)。混凝土压重块与管线之间需加橡胶板,防止压重块对管材外壁防腐层造成破坏。保证橡胶板宽度大于压重块的宽度,橡胶板安装位置要准确、搭接位置宜位于管道正下方,橡胶板用铁丝缠绕,防止在安装过程中脱落,保证橡胶板与配重块紧密贴合,防止因橡胶板移位造成管材外壁防腐层破坏的现象。
  4.7 音频检漏
  管线下沟表层覆土1m后,立即进行地面音频检漏工作(见图4),检测合格后才可以进行后续的大回填工作。因为待河道恢复后,检漏工作难度将大大增加,即使能检出漏点,但由于土方量大,修复工作将极为困难。
  
  图4河流穿越段初回填后音频检漏图5河流穿越段石笼铺装
  4.8 管沟回填
  管道回填前需將管沟内杂物清理干净,施工过程中产生的金属废弃物会对后续检漏工作造成影响,无法判断管道是否存在漏点。
  管道焊接就位后,再用袋装细土回填至管顶以上0.3m,细沙最大粒径不得超过3mm,然后采用原状土回填并分层碾压、夯实,压实相对密度不小于0.85,且管沟回填后应不改变河床纵坡。同时为提高管沟抗冲刷性能,在管沟顶部设有石笼护底,应尽量采用大粒径卵砾石回填压实。
  管沟回填前将阴极保护测试线焊好并引出,回填后再安装测试桩。
  细土回填并夯实至管顶30mm以上。同沟敷设有光缆,光缆顶部与输气管道顶部高度一致,敷设完光缆后,进行二次细土回填,二次细土回填完成并检查合格后,将本工程专用管道警示带敷设在管道正上方,光缆警示带敷设在光缆的正上放后,才可回填原状土,原状土的粒径应≤250mm。回填至原河床底部标高以下700mm时,安装护底石笼。
  4.9 地貌恢复
  为保证管道安全,管道施工完毕应采取相应的护坡、护岸措施(见图5)。本工程三条河流穿越均对河岸岸坡进行开挖,管沟回填结束后需对岸坡进行恢复,岸坡回填需分层压实,压实度必须满足堤防工程技术要求及当地河务部门的规定。回填完成护需对两侧河岸进行浆砌石护坡加固,河床用石笼护底防止大量水土流失造成浮管。
  对施工现场进行平整,将地貌恢复到原貌。河岸、河床除恢复原来的地貌以外,按设计或河务管理的要求进行水工保护,以保护河床及管线。对于施工时损坏的沟渠,在管沟回填后,要将沟渠过水断面恢复原状。
  5结束语
  目前,天然气产业正处于蓬勃发展的阶段,新疆地区作为西气东输的始站,长距离天然气管道工程建设会越来越多,而作为长输管道工程的重点、难点,穿越大型河流是施工过程中必须面对的难题,一套详细的大型河流大开挖穿越工序必然会给施工带来便利,针对施工中需要注意的重点、难点进行讲解,并制定相对应的解决方案,为后续类似工程提供借鉴。
  参考文献:
  【1】GB50369-2006.油气长输管道工程施工及验收规范
  【2】GB50424-2007.油气输送管道穿越工程施工规范
  【3】Q/SYGJX 132-2012.油气管道工程跨越工程施工技术规范
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