丘陵地區(qū)長輸管道帶彎管下溝技術(shù)研究

鄭明高

（中國石化集團(tuán)江漢石油管理局油田建設(shè)工程公司，湖北潛江 433123）

丘陵地區(qū)長輸管道帶彎管下溝技術(shù)研究

鄭明高

（中國石化集團(tuán)江漢石油管理局油田建設(shè)工程公司，湖北潛江 433123）

巴西GASCAV天然氣管道工程，由于地形起伏，管道的彎管用量大，施工采用溝上組焊帶彎管下溝方式，因此根據(jù)地形確定管溝彎點(diǎn)、進(jìn)行管溝開挖和管道下溝難度大。文章對(duì)彎管下溝的幾種工況 （水平彎、縱向彎和迭加彎）進(jìn)行了理論分析，提出了通過調(diào)整彎點(diǎn)位置、適當(dāng)加大開挖量、控制施工工序等措施來解決工程難題，并成功地實(shí)施。

長輸管道；溝上組焊；彎管下溝；施工

1 工程概述

巴西GASCAV天然氣管道工程，是SINOPEC作為EPC總承包商承包的一個(gè)國際合作項(xiàng)目。管道全長303 km，管徑711 mm （28in），設(shè)計(jì)壓力10 MPa，管材為API 5L X70直縫管，壁厚分為11.9、14.3、15.9 mm）三種，管道全部沿巴西東海岸敷設(shè)。我單位承建的FRONT A標(biāo)段全長78 km，其中在0～60 km之間，管道經(jīng)過的區(qū)域?yàn)榈蜕角鹆旰秃恿鳚竦氐囟巍Ｇ鹆旮卟畈淮螅话阍?0～50 m之間，坡度大部分在20°以下，設(shè)備可以直接行走，局部地段坡度在30°以上。在連續(xù)的兩丘陵之間往往是河流濕地，長短不一，最長處分別位于27 km和57 km處，濕地連續(xù)長度都達(dá)到2 km。在施工中由于地形起伏頻繁，管道的彎管用量極大，在前60 km的地段平均彎管用量達(dá)到20個(gè)/km以上。

2 施工方案的確定

若按照國內(nèi)常規(guī)做法，一般是采用溝下焊方式施工，但除了該方法工效不高以外，業(yè)主嚴(yán)格的HSE管理將使我們?cè)诠軠蟽?nèi)人員的保護(hù)上花費(fèi)極大的精力和費(fèi)用，因此經(jīng)過慎重考慮，決定采用國際上通行的溝上組焊、帶彎管下溝的方式施工。

3 需要解決的問題

帶彎管下溝的主要難點(diǎn)有：

（1）由于管道是從一端逐步延伸到另一端，管道的邊坡點(diǎn)在下溝過程中會(huì)變動(dòng)，造成下溝后管道懸空或局部地段埋深不夠。

（2）組對(duì)過程中根據(jù)地形確定管道彎點(diǎn)并組焊管道有困難。

（3）由于地形起伏，管道施工設(shè)備負(fù)重后對(duì)設(shè)備的安全性產(chǎn)生影響。

4 理論分析

管道下溝的實(shí)質(zhì)就是管道的平移，將管道沿管溝方向平移到管溝內(nèi)，若在直管段，平移時(shí)點(diǎn)位的變化對(duì)管道沒有影響 （見圖1）；若管道上帶有彎管，則平移的過程中彎點(diǎn)也會(huì)平移，從而引起彎點(diǎn)的變化，這將對(duì)下溝質(zhì)量造成極大的影響。

按照彎曲方向，管道在下溝過程中，沿下溝方向彎管可以分為水平彎、縱向彎和迭加彎 （既有水平角又有縱向角變化）三種，同時(shí)水平彎又可分為內(nèi)彎和外彎兩種；縱向彎也可分為上彎和下彎兩種。下面就這幾種彎曲情況，對(duì)下溝過程中彎點(diǎn)變化情況逐一進(jìn)行分析。

4.1 水平彎

4.1.1 彎點(diǎn)位移量

由于管道下溝時(shí)管道以S形曲線平移到管溝內(nèi)，在管道下溝后彎點(diǎn)往下溝方向之前伸展，如圖2所示，伸展量為：

式中L——彎點(diǎn)位移量；

α——彎管的角度；

H——溝上管道與下溝后管道的距離，H2=M2+N2；

M——管道與管溝中心線的距離；

N——管溝的深度。

4.1.2 內(nèi)彎彎管角度變化

由于下溝時(shí)管道呈S形曲線，即管道一部分在管溝內(nèi)，另一部分在管溝外，因此在A點(diǎn)始終存在一個(gè)往管溝方向的力，這可以簡化為以B點(diǎn)為固定端的簡支梁模型，從該模型可以看出，這個(gè)力量使得彎管本身角度減小，因此在下溝過程中，在管溝的內(nèi)弧上應(yīng)超挖一些，使管溝內(nèi)弧減小，以利于管道下溝，如圖3所示。

4.1.3 外彎彎管角度變化

與內(nèi)彎模型的分析相似，在下溝過程中，彎管角度減小，因此在管溝的外弧上應(yīng)超挖一些，使管溝外弧加大， 以利于管道下溝，見圖4。

4.2 縱向彎

4.2.1 彎點(diǎn)位移量

由于下溝時(shí)管道的S形曲線一直保持不變，見圖5，彎點(diǎn)的位移情況與S線的弧長及管道平移的距離H有關(guān)，可以將此S形狀的一端看成固定端，另一端作平移，則彎點(diǎn)位移量L為：

式中T——下溝時(shí)S弧的長度。

4.2.2 彎管角度變化

管道下溝后由于管道自重的影響，使得彎管角度減小，在管溝開挖過程中要注意在彎點(diǎn)處超挖，并在彎點(diǎn)管溝上坡段局部超挖，形成圓滑過渡。

5 施工要點(diǎn)

為了保證管道的下溝質(zhì)量，確保管道與管溝的貼合性良好，要對(duì)下溝前的工序質(zhì)量重點(diǎn)予以保證，主要有測(cè)量放線、布管、管溝開挖工序，其他工序與常規(guī)施工方式相同，在此不作贅述。

5.1 測(cè)量工序

由于要事先考慮管道的轉(zhuǎn)點(diǎn)及變坡點(diǎn)，因此測(cè)量工序是極為重要的工序。在測(cè)量工序中要完成管道變坡點(diǎn)、彎點(diǎn)、布管表的制作，并在后續(xù)工作中嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行。

測(cè)量前要進(jìn)行作業(yè)帶清掃，根據(jù)業(yè)主提供的樁位定出作業(yè)帶邊線，然后用推土機(jī)或平地機(jī)將作業(yè)帶清掃干凈，盡量去除作業(yè)帶內(nèi)的土包和凹坑，然后進(jìn)行管道測(cè)量。此工作要有專門的測(cè)量小組完成，一般有1個(gè)工頭，2個(gè)標(biāo)尺手，2個(gè)測(cè)算員，1個(gè)測(cè)量員。他們的主要職責(zé)是對(duì)每個(gè)管段進(jìn)行測(cè)量和編號(hào)，并且打樁標(biāo)明它們?cè)诠苈分械奈恢茫送膺€要計(jì)算彎管。

工作重點(diǎn)如下：

（1）管段編號(hào)和測(cè)量：首先對(duì)全部管段進(jìn)行編號(hào)，編號(hào)的原則可以按照kmxx/xx方式進(jìn)行， “/”前的數(shù)字表示具體的千米數(shù)，后面的數(shù)字表示該管段在該千米內(nèi)的焊口順序號(hào)。

（2）打樁標(biāo)明其在線路上的位置，在打樁時(shí)應(yīng)注意使管段錯(cuò)位半根管長，以利于機(jī)組焊接施工。

（3）彎管計(jì)算與測(cè)量：在彎管測(cè)量時(shí)需要注意把標(biāo)尺置于變坡點(diǎn)的前方。

角度計(jì)算 （見圖6）：如果坡度是正的，且坡度前面切線角度減小，這樣就形成了上彎；如果坡度為正，而前面切線是更大的正坡度，則形成下彎。反之亦然。因此計(jì)算角度時(shí)，代數(shù)符號(hào)不同的相加，代數(shù)符號(hào)相同的相減，即按 “同號(hào)相減，異號(hào)相加”的原則，形成該處的實(shí)際彎管角度，如果該處同時(shí)還存在著一個(gè)水平轉(zhuǎn)角，則形成了一個(gè)迭加彎，迭加彎的計(jì)算可以采用經(jīng)驗(yàn)公式：最大角度+最小角度/3。

圖6 彎管計(jì)算示意

（4）彎管測(cè)量完成以后，應(yīng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果完成布管表及彎管表，并注明彎管起彎點(diǎn)的具體位置。

5.2 布管工序

布管方案對(duì)彎管的數(shù)量和管溝開挖有很大的影響。管道布管要嚴(yán)格按照布管表進(jìn)行，如果該處的彎點(diǎn)確實(shí)不能通過改變彎管上的起彎點(diǎn)和適當(dāng)加大開挖量來調(diào)整的話，應(yīng)在該處預(yù)留短節(jié)來調(diào)整彎點(diǎn)的位置。

5.3 管溝開挖

管溝開挖工序?qū)ο聹腺|(zhì)量也有很大的影響。在管溝開挖之前應(yīng)先按照前述原理，在每一彎管處標(biāo)明開挖的位置，并打樁標(biāo)明在有水平彎的地方，將管溝適當(dāng)加寬0.3～0.5 m（主要是加寬朝向管道一側(cè)的管溝），并預(yù)先確定管道下溝后彎點(diǎn)的位置。

在垂向彎管處，也要預(yù)先確定彎點(diǎn)的前移量，并在彎點(diǎn)處加深管溝0.3～0.5 m，在彎臂處形成圓滑過渡，不能有凸臺(tái)，以免由于支點(diǎn)擱住管道使彎管不能就位。

6 地形起伏對(duì)安全性的影響

丘陵山區(qū)地形起伏大，高程變化頻繁；地表有縱向坡度或橫向坡度，或兩種坡度皆有。丘陵山區(qū)地帶一般按照坡度將施工難度劃分為四個(gè)等級(jí)：

一級(jí)：縱向坡度為8°～15°；或者開挖后橫向坡度為8°～15°的臺(tái)地。

二級(jí)：縱向坡度為15°～22°；或者開挖后橫向坡度為8°～15°的臺(tái)地。

三級(jí)：縱向坡度為22°～30°；或者開挖后橫向坡度為15°～30°的臺(tái)地。

四級(jí)：縱向坡度為30°以上的地區(qū)。

對(duì)于第一、二等級(jí)的坡地，設(shè)備可以放置，施工安全性較高。對(duì)于第三等級(jí)的坡地，作業(yè)設(shè)備難以穩(wěn)固，負(fù)重狀況下易失穩(wěn)而傾覆，安全性較差，因此需要采取特殊的措施，對(duì)施工設(shè)備予以保護(hù)。通常采取的措施是：在坡頂設(shè)一臺(tái)錨固設(shè)備，如大馬力的推土機(jī)，將各臺(tái)在坡上作業(yè)的吊管機(jī)用鋼絲繩互相串聯(lián)起來，并與坡頂錨固設(shè)備相連。這些設(shè)備共進(jìn)退，并使之相互牽制。至于在第四等級(jí)的坡地上施工，還需要采取溝下焊的方式進(jìn)行。

7 理論分析的工程應(yīng)用 （見圖7）

圖7所示為巴西GASCAV天然氣管道工程里程6 km處，整個(gè)管溝開挖注意了水平和縱向點(diǎn)位的變化，我們可以通過管道弧點(diǎn)位置和管溝弧點(diǎn)位置的對(duì)比以及管道角度和管溝弧線角度的對(duì)比看到理論在工程上的成功應(yīng)用。

Study on Lowering Long-distance Pipeline with Bent Pipes into Trench

ZHENG Ming-gao（Oilfield Construction Engineering Co.of Jianghan Petroleum Administration,SINOPEC,Qianjiang 433123， China）

In Brazil GASCAV Natural Gas Pipeline Project,a number of bent pipes are needed because of big terrain undulation.The construction method is as follows∶assembly welding of pipeline with bent pipe is carried out on ground，then the pipeline is lowered into trench,which brings difficulties in determining bent point of the trench,trenching and lowering pipeline into trench.The theoretical analyses on operation ways of lowering pipelines with horizontal bend,longitudinal bend or superposed bend are performed.Some measures such as adjusting bent point position,rationally increasing excavation volume and controlling construction procedure are provided and the problems are solved successfully.

long-distance pipeline;assembly welding outside trench;lowering pipeline with bent pipes into trench;construction

TE973

B

1001－2206（2010）02－0100－03

鄭明高 （1971-），男，湖北漢川人，高級(jí)工程師，1994年畢業(yè)于西安石油學(xué)院焊接專業(yè)，現(xiàn)從事油田地面建設(shè)技術(shù)管理工作。

2009-10-26