浅谈西气东输二线西段甘肃古浪县境内沙漠段管道伴行路的路基施工方法

2022-09-11

近年来, 随着我国社会经济的快速发展, 对能源的需求急剧增加, 尤其是清洁的天然气能源。目前, 我国绝大部分城市已使用天然气能源, 这和我国的天然气管道建设是分不开的。自1999年以来, 我国分别修建了涩北—西宁—兰州天然气管道、西气东输一线天然气管道、忠县—武汉天然气管道等。目前正在建设的西气东输二线天然气管道, 负责从哈萨克斯坦输送天然气至中国内陆各省, 途径新疆、甘肃、陕西、河南、湖北、江西、广东, 最后到达澳门。该管道管径大 (Φ1219) , 钢号高 (X80钢) , 是我国天然气管道建设史上管径最大、钢号最高、线路最长的天然气管道。该管道采用12米长钢管组对焊接, 单根管重在7吨到11吨之间, 这对影响管道施工的管道伴行路质量提出了更高的要求, 尤其是沙漠段管道伴行路施工。

我公司承建的西气东输二线天然气管道在甘肃省境内, 途径永昌市、武威市、古浪县、景泰县, 管道施工里程为283公里, 其中有60公里在古浪县八步沙沙漠里。该沙漠属于腾格里沙漠边缘, 沙漠沙粒粒径在0.01mm~0.35mm之间, 级配良好, 含盐量小于0.2%, 适合部分草本植物和灌木生长。该沙漠含土量少, 具有非亲水性质和非湿陷性得性质, 表层沙松散, 地基承载力低, 管道施工设备无法运输。为保证管道正常施工, 在60公里沙漠段管道施工范围内, 沿管道走向修筑管道伴行路。

1 沙漠段管道伴行路的特点

沙漠段管道伴行路承载着施工期间管道设备运输和试车投产后管道巡护的服务。管道施工期间承载荷载大, 最大单车荷载在80吨/车, 正常荷载在50吨/车, 车速低于20km/h。巡护期间承载荷载底, 基本为轻型越野乘用车。

沙漠土质松软, 地基承载力低, 需进行特殊处理, 方能满足管道伴行路重型运输车荷载。

沙漠段管道伴行路施工时间短, 只进行路基施工, 没有路面, 主要目的是满足管道施工和生产的需要, 只允许通行施工和巡护车辆。

沙漠管道伴行路主要沿管道修筑, 最大坡度为10度。因伴行路基本为单向行驶, 伴行路宽度为4米。

沙漠区域少雨, 且沙漠具有非亲水性, 沙漠段管道伴行路不考虑路肩排水。

2 沙漠段管道伴行路路基施工技术

2.1 沙漠管道伴行路路基加固原理

在通常情况下, 沙漠土的最大特点就是土质松散, 用这种土做成的路基, 容易在使用过程中变形失稳, 特别是用软质沙漠土做路基, 工程困难性更大, 压实困难且侧向变形严重。目前我国沙漠段路基施工有水泥加固沙土、石灰加固沙土、化学加固沙土、土工布加固沙土、沥青乳液加固沙土等。因该地段沙漠外围为洪积地层, 冲沟连续, 级配良好的卵石丰富, 且价格低廉。考虑到就地取材的原则, 降低伴行路的施工费用, 我公司承建的伴行路主要采用水泥加卵石和沙的混合物进行路基加固, 保证路基的稳定性。

水泥填充于沙土和卵石孔隙中, 在水分的作用下, 与沙子和卵石一起硬结, 起到了水泥胶结沙子和卵石的作用。当水份渗入适中时胶结作用上升, 同时强度也上升, 若水分添加量过大, 由于水份的稀释作用, 使正在胶结或已胶结好的凝结物重新离化, 或使固体结构的表层离化, 因此胶结减迟, 同时强度也下降。因此, 在二者之间有一种最佳用水量, 使固结物的强度达到最大。由于水泥质量、数量及沙子的活性与水的质量等各地都有差异, 甚至当地的水质也有不同, 因此, 在水泥含量—定的情况下, 最佳含水量根据实际情况用试验来确定。

通过对现场材料的实验分析, 八步沙管道伴行路路基填料通过现场取样进行多次配比试验, 取得的最佳配合比为:沙石比例为1∶1, 水泥含量为沙石总量的12%, 最佳含水量为14%, 其中水泥采用景泰水泥厂生产的寿鹿山牌425水泥。这样配比的水泥土经28天龄期试验, 抗压强度为8Ma, 抗折强度为0.7Ma, 能够满足管道伴行路的路基要求。

2.2 水泥卵石加固土施工工艺

八步沙沙漠表层全部为粉细沙, 孔隙比约为0.35~0.45, 如果直接在沙漠表层形成路基, 需要对路基放坡处理, 增大路基填筑宽度;同时增高的路基容易在路基两侧形成风涡流的减阻效应, 流沙容易积聚在伴行路上, 增大伴行路通行风险;再者, 因表层沙有植被分部, 且松散无侧向约束, 使路基加固土很难压实。为此, 本段60公里沙漠管道伴行路路基采用开挖路槽, 填筑加固土的方法施工。直接采用表层沙和卵石水泥混合, 减少沙漠破坏面积, 同时减少施工费用。经理论计算和现场1公里施工试验段检测, 八步沙管道伴行路最佳加固深度约为60cm, 能够满足管道伴行路重型车荷载的要求。

管道伴行路路基施工, 从路槽开挖开始, 要严格控制施工质量, 尤其是路基施工材料质量, 严格按实验配比施工, 确保水泥卵石土加固的应用质量, 并同时保证碾压质量和养护质量。第一, 路槽开挖。用人工清除沙漠表层植被和灌木, 并用推土机推出路槽, 用平地机把路槽平整。路槽开挖要分段开挖, 每段以不超过2公里为宜。因沙漠土具有松散和非塑性, 碾压过后的沙土具有逐步回弹松散的性质。第二, 压实场地。根据当地沙土的最佳含水量与最大干密度, 用履带式压路机压密 (最好用l8t以上振动压路机) 到设计压实度为止。压实过程中, 配置洒水车, 时刻保证沙土的最佳含水量, 保证碾压质量。碾压完毕后, 为防止沙土地基同空气接触, 快速散失水份, 沙土回弹, 地基承载力降低, 采取碾压完毕后铺设聚丙烯塑料布保水的方法, 减少地基回填量。第三, 拌料。按设计的配合比将水泥、卵石、水和沙子混合均匀, 且一定要确保拌和质量。现场采用4台1m3拌合机械拌合, 采用电子称计量并上料。第四, 摊铺压实。将拌和好的湿料均匀摊铺在平整压实好的地基上, 按压实系数1.3~1.35配置, 第一次摊铺厚度为15cm, 采取边摊铺边碾压的施工方法, 保证在碾压完的沙漠土地基上快速摊铺一层加固土, 隔离沙土地基同空气的接触, 减少沙土地基的回弹量, 保证地基承载力。第一层铺设完毕后, 余下路基加固土摊铺碾压分两次进行, 每次松铺厚度以30cm左右为适宜。用18t震动式压路机压实, 碾压次数经现场试验, 开始10~12次以震动方式碾压, 第一次碾压完毕后, 第二次要压轮碾压, 压轮重合率约为35%。震动碾压完毕后, 再进行4~5次的非震动碾压。现场实测资料表明:当压实到最大干密度为2.1t/m3时, 压实度达到了0.98以止。当压实度达到规定要求后, 再用轻型 (10t) 胶轮压路机碾压表面, 使其表面平整及消除重型压路机碾压表面时所出现的微小印痕。第五, 养护。水泥卵石加固土和其他水泥材料一样, 要洒水养生, 尤其l~7天强度增长快, 要充分洒水养护, 使凝结材料充分硬化, 以确保其质量标难。因八步沙沙漠区域干旱少雨, 昼夜温差大, 水份蒸发很快, 碾压完毕后的路基加固土暴露在空气中, 很快会丧失水份, 造成加固土凝结慢, 最终达不到设计规定强度, 降低路基承载力。根据以上现场条件, 我公司采用的养护方法是路基上覆盖毛毡布, 对毛毡布充分洒水润湿后, 上面再覆盖聚乙烯塑料布, 防止水分散失。因毛毡布具有很好的吸水性, 充分洒水润湿后能够时刻保持给路基养护提供水份。这种养护方式在沙漠段施工能够很好地减少养护用水量, 7天的养护期, 一般只需要两次洒水润湿, 并能够很好地保证水泥加固土的强度增长, 根据现场实测试验资料, 含有12%的水泥加固卵石土, 在一股水质的养生下, 3d∶7d∶28d的强度比为0.3∶0.7∶1.0。

3 水泥卵石土加固路基的评价

本段沙漠伴行路路基经压实后, 经28天龄期, 采用轮板法对路基强度进行评价, 效果相当理想, 该段路基的抗压模量达到了设计模量的1.7倍, 完全满足管道伴行路行车运输的要求。

4 环境保护

目前我国管道事业正以前所未有的高速度发展, 对管道所经过区域内的环境和生态的影响也日益加剧。因天然气管道为高危行业, 线路路由一般选择人口密度、或房屋建筑稀少的区域, 即草原、沙漠、沼泽等地, 而这些区域正是植被生长最脆弱的地方, 尤其是沙漠区域。八步沙管道伴行路施工过程中, 先人工进行植被移植, 路槽多余沙土选择沙漠凹点进行回填, 并进行植被栽植, 防止流沙形成, 防止破坏沙漠平衡的生态环境。严格按照八步沙沙漠管理处的要求进行施工, 将管道施工建设和环境保护结合起来, 建设生态管道、环保管道。

摘要：本文从长输天然气管道伴行路的特点出发, 阐述了长输管道伴行路沙漠段的施工方法, 对以后的沙漠段管道伴行路提出了经济和环境保护方面的要求。

关键词：管道伴行路施工,沙漠,技术,环境保护