大管径长输管道在沙漠段敷设施工方法研究

引言

伊宁—霍尔果斯输气管道工程起自伊宁首站, 终止于霍尔果斯末站 (在西二线霍尔果斯首站基础上扩建) , 沿线经过伊宁市、霍城县。线路全长约64km, 管径D1219mm, 设计压力12MPa, 管道材质为X80。沿线主要地貌类型为山前冲积平原、丘陵和沙漠。

本工程中沙漠段和风积沙地段位于霍城县境内, 处在线路中不同位置, 分别为:QB21号桩-QB29号桩, 沙漠, 长度为8.455km;QB30号桩~QB33号桩, 沙漠, 长度1.849km;QB34号桩-QB36号桩, 风积沙地, 长度为1.896km;QB51号桩+250mQB61号桩, 风积沙地, 长度为11.585km, 所在地区等级均为一级地区。

一、施工准备

施工前先熟悉设计图纸, 勘查现场, 掌握所要经过沙漠的地形、地貌、和地质情况。地质情况:

1.QB21桩~QB29桩:长度8.455km。沙漠, 管道沿图开沙漠边缘敷设, 地形波状起伏, 分布固定或半固定沙丘, 沙丘比高一般为5~20m, 覆盖少量沙生植物, 覆盖率10~20%。地层岩性以粉细砂为主, 黄色, 松散~稍密, 稍湿, 散粒, 主要矿物成分为石英和长石, 含少量云母片, 勘察深度4.0m未揭穿, 土石工程分级为Ⅱ级。沿线勘察深度内未见地下水, 据调查, 地下水埋深大于15m。

2.QB30桩~QB33桩:长度1.849km。沙漠, 管道沿图开沙漠边缘敷设, 地形波状起伏, 分布少量固定沙丘, 沙丘比高一般为5~20m, 覆盖少量沙生植物, 覆盖率20~30%, 局部地段为林地或农田。地层岩性以粉细砂为主, 黄色, 松散~稍密, 稍湿, 散粒, 主要矿物成分为石英和长石, 含少量云母片, 勘察深度4.0m未揭穿, 土石工程分级为Ⅱ级。沿线勘察深度内未见地下水, 据调查, 地下水埋深大于15m。

3.QB34桩~QB36桩:长度1.896km。风积沙地, 管道沿图开沙漠北部边缘敷设, 地形稍有起伏, 地势开阔, 覆盖少量沙生植物, 覆盖率30~40%, 局部地段为草地。地层岩性以粉细砂为主, 黄色, 松散~稍密, 稍湿, 散粒, 主要矿物成分为石英和长石, 含少量云母片, 局部地段为黄土状粉土, 勘察深度3.5m未揭穿, 土石工程分级为Ⅱ级。沿线勘察深度内未见地下水, 据调查, 地下水埋深大于10m。

4.QB51桩+250m~QB61桩:长度11.585km。风积沙地, 管道沿图开沙漠北部边缘敷设, 地形呈较缓垄状起伏, 起伏较缓, 大部地段覆盖少量沙生植物, 覆盖率20~30%, 其中QB55桩~QB58桩被开垦为农田。地层岩性以粉细砂为主, 黄色, 松散~稍密, 稍湿, 散粒, 主要矿物成分为石英和长石, 含少量云母片, 勘察深度3.5m未揭穿, 土石工程分级为Ⅱ级。沿线勘察深度内未见地下水, 据调查, 地下水埋深大于5m。

施工前每300米挖一个探坑, 探坑挖深4.5米, 并与设计提供的地质情况进行比较。勘察地质时确定是否会出现卵砾石, 如出现卵砾石情况, 应比设计深度超挖200mm, 把卵砾石部分单独堆放, 并用挖掘机倒运细土到卵砾石地段, 人工清理管底之后, 进行管底200mm细土回填, 以保证管道在沉管过程中管道与细土紧贴。

施工前与当地环保有关部门联系, 并得到当地环保管理部门的批准, 对施工机具进行检修和保养, 使其状态良好。对操作工人进行技术交底, 使其掌握施工技术要求、质量要求及安全要求。

开工前制作拖管爬犁, 考虑到沙漠地表承载力差, 施工机具、工程材料和管道的运输采用拖拉机牵引爬犁的运输方式, 爬犁制成船型 (如下图) 。运管时, 爬犁与管线接触部位铺垫20mm厚胶皮, 并用捆扎带将管线捆扎牢固, 保证在运输过程中不出现滑、滚等现象。

二、测量放线

沙漠中风沙较大, 且沙丘易移动, 定位桩使用红色信号旗, 沙丘起伏大的地段增加定位桩的密度。为防止定位桩被掩埋, 还应使用GPS定位仪进行卫星定位以便今后找桩。

首先测出线路中线, 再测出作业带边线。为了防止风沙淹没线位标志, 可用竹杆小红旗做标志, 布管线每隔100米插一个。边线可适当加大距离。

绘制测量成果图, 记录原始地貌, 为恢复地貌提供依据, 并测出需要推移沙丘土方量。

三、作业带清理

严格按测量放线的边界线进行作业带清理, 施工作业带宽度22m。清理作业带时应按照随坡就势的原则进行施工。沙丘段的扫线按设计要求进行, 作业带清理扫线施工应满足布管、组焊施工的要求。对于现场的低洼地段需要与设计现场确定是否为冲沟, 保护管道方案按照设计要求执行。这里要指出的是, 设计文件中施工作业带的宽度为30m, 而现场条件有限, 根据环保部门要求, 结合业主的意见, 最后确定为22m。

施工时用一台挖掘机与两台推土机进行推扫, 并保持已成形的作业带。施工后期根据设计要求对作业带外边缘高于作业带的斜坡按照设计要求进行固沙措施。

四、运管、布管

运、布管是沙丘施工中的难点。结合本工程的特点, 运布管原则利用伴行道路拉运管材, 辅助采用推土机牵引运管爬犁运至施工现场的方法。在作业带内采用70吨吊管机进行单根调运布管作业。

有伴行道路的沙丘段, 伴行道路每500m有一处3m*3m的错车点, 根据运管要求应每隔1km在伴行路和施工作业带之间增设一处20m*20m的汇车点, 以利于大型运管车调头错车;没有伴行道路的沙丘段, 区段长度大于500m的应采取施工便道加固措施, 施工便道加固不使用土工布, 施工完成后便道垫层不予保留, 作业带表层恢复原状。区段长度小于500m的, 在沙丘段入口处修筑临时堆管场, 使用吊管机配合运管爬犁将管材拉运进场。

运、布管应从流动沙丘地段两端分别进行, 以尽量缩短在沙漠内的运距。首先利用大型运管车将管道运至沙漠边缘的临时堆管场, 然后使用推土机牵引自制船形爬犁在沙漠里运管, 每次拉运2根, 布管采用吊管机从爬犁上逐根布在作业带上。如下图所示:

布管时应检查管两端封堵是否完好无损, 对于损坏的封堵及时更换, 防止沙尘进入管内。

在沙漠的斜坡上布管时为防止管子下滑, 可在坡上或坡下选择坡度小于3%的平坦地段设置临时堆管平台, 管子堆放高度不得超过2层, 管子与地面的最低距离不小于500mm。施工时边焊接边布管, 即“随用随取”。

五、管道组对焊接

管口组对前, 管内外表面坡口两侧25mm范围内采用角向磨光机清理至显现金属光泽。采用人力清除管内杂物、灰尘, 当管内有沙土和杂物时, 应换好干净的软底鞋 (解放鞋、球鞋) 进入管内, 用拖布等工具将管内清扫干净。优先采用内对口器组对, 相同公称壁厚对接钢管的错边量不应大于钢管壁厚的1/8, 且应小于3mm, 错边应沿管口圆周均匀分布。接头坡口角度、钝边、根部间隙应符合焊接工艺规程中要求。使用内对口器时, 只有根焊道全部完成后方可撤离。

环境温度在5℃以上时, 预热宽度宜为坡口两侧各50mm。环境温度低于5℃时, 宜采用感应加热或电加热的方法进行管口预热, 预热宽度宜为坡口两侧各75mm。

焊接环境温度低于5℃时, 焊接作业宜在防风棚内进行, 应使用保温措施保证层间温度。如在组装和焊接过程中焊口温度冷却至焊接工艺规程要求的最低温度以下, 应重新加热至要求温度。焊后宜采用干燥的保温被进行缓冷措施。

管道焊接及检验应符合规范、标准规定, 管道无损检测应符合Q/SY GJX-0112的规定, 射线检测及超声波检测的合格等级为线路工程Ⅱ级。

六、管沟开挖

管道所经地形为沙漠和风积沙地, 如果边坡按照规范1:1.5放坡, 深度平均按照3米计算, 管沟上口宽度为10.9米, 管道外壁距离管沟边的安全距离为1.5米, 那么90吨吊管机吊管下沟将无法实现, 由于粉沙土承载力极低, 给管沟开挖及下沟造成了困难。按照传统的施工方法, 先由挖掘机将管沟开挖成型, 然后再集中5台90t吊管机进行统一下沟;由于粉沙土壤开挖时很难成型, 即使管沟能够成型, 土壤的承载力根本无法承受5台90t吊管机及管道的重量, 再加上吊管机的振动, 势必造成管沟大面积塌方, 同时也危及吊管机、管道和操作人员的安全, 无法满足设计埋深要求。

针对这种情况, 通过在以往的工程施工经验和不断摸索提出采用双侧沉管方法进行管沟开挖和下沟作业。

具体做法是在管道两侧各布置1台挖掘机, 要求2台挖掘机在同一位置、同一方向、同时作业, 开挖速度保持一致, 利用钢管的自重及弹性缓慢的自然沉入沟底, 从而使管道下沟, 见下图。

开挖放坡按照沙土类1:1.5进行, 开挖断面如下:

用红木桩和白灰标出管道中心线, 按中心线组对管道 (沙漠地段) , 风沙地地段把焊接完成的管道用2台70吨和1台40吨把补完口的管道侧移到管道中心线位置, 并保证管道接触地面为沙土。

由于沙漠段平均挖深为3.3m, 挖掘机不能一次挖到设计深度, 所以在管沟开挖前分为两个开挖小组, 每个开挖小组配备2台挖掘机, 并且配备测量工2名、RTK全站仪一台跟踪管道的管顶高程;另外配备1台环式电火花检漏仪及时检漏配合沉管。

管沟开挖时, 要先将长3.9m、宽3.0m、厚5mm的胶皮覆盖于要下沟的管道上, 以保证挖掘机的斗齿不会损伤防腐层或管材, 并由2人牵动胶皮, 随着挖掘机的移动而移动。每两台挖掘机要摆放在管道两侧同一横向位置, 分层同时开挖, 行走及开挖速度要一致。管沟开挖后, 测量小组及时测量管沟深度, 保证管道设计埋深。防腐补伤人员用环式电火花检漏仪进行检漏, 发现漏点及时补伤, 以保证管道下沟后无漏点。

用人工将管沟底部多余的土清除平整, 避免管道出现悬空现象, 保证管道平稳顺直沉入沟底。

七、补口、补伤

将所有补口设备 (压风机、喷砂罐等) 放置在船形爬犁上, 履带拖拉机牵引。补口采用经业主同意使用的聚乙烯热收缩带, 补口、补伤、检漏应严格执行规范要求。

八、管沟回填

管道就位后, 经过隐蔽检查合格后, 进行管沟一次回填。管沟一次回填后, 及时与光缆及警示带施工单位联系, 光缆及警示带按照设计要求敷设。敷设完毕后及时进行管沟大回填。对于出现卵砾石地段的管沟, 必须先用挖掘机倒运细土回填到管顶300mm, 敷设完毕后, 进行原土回填。管沟回填后管顶最小覆土厚度不得小于1.5m。

九、HSE措施

开工前与当地环境部门联系并征得同意, 施工过程中作业带应做出明显标识。

所有的施工作业都必须在指定的作业带、临时性工作场地、辅助施工场地之内进行, 不得破坏作业带以外的植物、地貌。沙漠施工应充分保障职工的饮水、饮食等基本需求, 做好防暑降温的基础工作。施工时应采取适当措施防止风沙, 避免恶劣天气对施工人员、设备的伤害。

保护野生动物, 对项目所有人员进行培训, 使其了解有关野生动物保护的知识和意义, 不破坏动物窝穴, 不骚扰、喂养和猎杀 (捕) 野生动物。所有施工人员只允许在作业带范围内活动。

严格按设计要求做好防风固沙水工保护施工。

结论

在沙漠、风积沙地线路工程施工中, 大管径管道施工有几处难点:

1.钢管自重较大, 在沙漠中运输有一定困难。

2.管道挖深较深, 在限定施工作业带内, 开挖和下沟都有一定的困难。

3.沉管法下沟, 容易损伤管道的防腐层。

本文合理、合规的解决了以上施工中出现的问题, 为以后线路工程总承包做储备。

摘要：结合伊宁—霍尔果斯输气管道项目, 对大管径D1219管道在沙漠段施工过程中, 遇到的一些难点进行讨论, 包括征地范围设计文件中和施工方案中的对比, 如何在沙漠中运管、布管, 如何合理的选择管道的下沟方式等。

关键词：管道,大管径,沙漠,沉管

参考文献

[1] 伊宁—霍尔果斯输气管道工程线路施工图.

[2] 伊宁—霍尔果斯输气管道工程线路施工技术要求.

[3] 伊宁—霍尔果斯输气管道工程线路施工通用图.

[4] 《油气长输管道工程施工及验收规范》 (GB 50369-2006) .