雙側沉管在長輸管線沙漠地段施工中的應用與力學分析

司騰飛

摘 要：圖克原水管線工程全線位于內蒙古自治區鄂爾多斯市烏審旗境內，管道全線位于毛烏素沙漠，沿途沙漠地帶較多，堆積有大量的沙丘，沙土地承載力低，給管溝開挖和下管造成很大的困難。經過試驗論證，項目部決定使用雙側沉管法對管線進行施工。采用雙側沉管法施工成功解決了在沙漠地段管溝開挖成型差和不易大型機械作業的難題，而且施工方法簡單、易操作、施工快、成本低、風險小、作業流水性好等特點。

關鍵詞：雙側沉管；長輸管道；沙漠；成本低

1 長輸管道雙側沉降的施工方法的確定

根據管道下溝方法的可分為大開挖法施工、單側沉管法施工及雙側沉管施工三種。圖克原水管線途徑毛烏素沙漠腹部，地下水位較高、管溝土質較差、塌方較厲害、成型困難，途徑牧區征地比較緊張（只有20米征地）臨時征地費用較高。如果采用大開挖吊管施工超占征地面積嚴重、土方工程量大、影響牧民出行易造成附件牧民阻工現象，成本巨大，且現場地質條件不適宜大型吊管機作業；如果采用挖掘機單側沉管法施工，下溝速度較快，不需要吊管機吊管下溝、一般不會超過20米征地線，大大減少了意外開支，但是需要挖掘機連續不斷作業；如果采用雙側沉管施工，只需兩臺挖掘機協調作業，超占征地較少，且不需要機械連續不斷作業，該施工方法簡單、進度快、節約成本，所以決定采用雙側沉管法施工。

2 雙側沉管下溝可行性分析

1）采用雙側沉管下溝，將會節約大量的設備和人工使用量，尤其對于冬季施工，為保證工地的順利進展起到決定性的作用。

2）管道全線大約47公里，牧區道路較多。管溝開挖后要求立即進行回填，否則將對當地牧民的出行及牧民放牧造成影響。若采取沉管下溝，此問題的影響將減至最小。

3）進入冬季施工，管溝開挖后如不及時回填，將會造成挖出土方上凍；同時地下水位高的地段將會溝底結冰，對后續施工造成極大困難

3 雙側沉管力學可行性計算

3.1 建立沉管施工的受力模型

管道下溝的示意圖見附圖一，其受力狀態可以簡化為受均布荷載的超靜定梁模型（附圖二）。

即開挖最大深度4.23m，開挖深度不超過4.23m鋼管就處于安全狀態，建議開挖深度不超過3.5m。

4 雙側沉管應用

4.1 雙側沉管施工工序

施工準備——管溝中線確定——管道位置調正——開挖管溝——管道埋深驗收——回填、地貌恢復

管道下溝前管道的焊接、無損檢測已完成，并檢查合格；防腐補口、補傷已完成，經檢查合格；現場監理及業主對將沉管下溝段檢查確認同意。

4.2 雙側沉管開挖演示

演示前要召集相關施工人員進行現場學習。操作時，需要技術人員現場指導作業。

雙側沉管管道應位于管溝中心線，挖掘機履帶板距管壁距離為1m，即貼近管道支墩外側，確保挖掘機作業時不至于碰傷管壁，倒土位置可根據施工作業帶地形和寬度確定，開挖起頭要超過管端不少于2m為宜。

開挖尺寸深度偏差至少要滿足+50mm，-100mm為宜，管頂埋深要符合設計要求。土質松軟地段，為了保證管頂覆土埋深，避免過程中因塌方墊層產生的溝底偏淺，因此，在沉管開挖時，要適當加深，并為塌方墊層留有余量。

4.3 試驗段驗收

管溝開挖試驗段長為200m，檢查管道置于溝底的深度、鋼管平直度、管道中心線偏離誤差。工程技術人員對本工藝的可操作性進行評估，確認操作工藝可行后，方可進行作業面大面積施工。

4.4 沉管開挖

正式沉管開挖之前，技術人員對作業人員提出技術要求及安全注意事項。

進入正式沉管作業施工時，設備、人員要配備齊全，開挖操作手技術熟練。為了防止開挖過程中防腐層的損壞，除了對操作手有嚴格的技術要求之外，還要派質檢人員在沉管前后分別進行電火花檢漏。

沉管下溝前，應該提前通報監理工程師到現場進行全程旁站監督。管道下溝前， 在管道上標注設計開挖深度，以保證管線在開挖過程中的埋設深度。沉管下溝時，派安全員監督整個沉管過程，確保在沉管過程中非施工人員不進入作業區，以防發生意外。

管道沉管下溝作業時，應由專人統一指揮，由各個工種共同配合完成沉管作業。

在管道兩側對稱布置兩臺挖掘機。為防止損壞管道防腐層，可在斗鏟附近的管段上鋪墊膠皮，并在膠皮下部設置勾環，拖動膠皮能夠及時對挖掘機開挖附近的防腐層進行防護，然后從管道的一端開始倒退挖溝。挖溝時兩側挖掘機前后同時作業，呈八字形開挖。通過開挖管溝，管頭可以依靠管道自身重量自然、逐步沉降至管溝底部，將管端擺到管溝中心線位置，之后隨著管溝的開挖管溝的延長，管道全部沉入管溝，完成沉管施工。

開挖時，挖掘機的斗鏟在距離管道300mm處應緩慢入土開挖，操作動作不得過大，要做到慢落慢起，確保斗鏟不接觸管道。沉管作業時，一旦發現有管道外防腐層被碰傷，立刻進行補傷并再次電火花檢測。

4.5 沉管作業注意事項

挖掘機應嚴格注意防腐層的保護，斗鏟離管道應有一定安全距離，同時旋轉角度不宜過大，防止旋轉時碰傷防腐層。

挖方時應采取先上層再下層的順序，開挖處管溝斷面應呈緩坡狀，防止管溝附近積土層突然塌落造成事故。

在地下水位較高的地段，管道下溝后如不及時穩管，因地下水的涌出可能出現漂管現象，所以在鋼管落至溝底后，要及時穩管，每隔兩根管的距離大回填一段管道，做到隨挖隨填，防止漂管，同時回填工作宜緊跟其后進行。或者用素土編織袋進行穩管，間隔一定距離碼一垛，做到隨挖隨碼，防止漂管。

5 結論

通過雙側沉管法在圖克原水管線工程在毛烏素沙漠在中的具體應用情況來看，在沙漠地帶采用雙側沉管法進行施工可行的，而且施工方法簡單、易操作、施工快、成本低、風險小、作業流水性好等特點。

參考文獻：

[1] 宮洪雷.長輸管道沉管下溝的力學分析及施工工法.中國石油和化工標準與質量.

[2] 張力.單側沉管在沙漠地段長輸管道施工中的應用.天然氣與石油.