瑞木鎳鈷紅土礦熱帶雨林長輸礦漿管道安裝技術

董荔葦

（中國十九冶集團有限公司， 四川 成都 611730）

瑞木鎳鈷紅土礦熱帶雨林長輸礦漿管道安裝技術

董荔葦

（中國十九冶集團有限公司， 四川 成都 611730）

就位于大洋洲巴布亞新幾內亞馬當省境內的瑞木鎳鈷紅土礦礦漿管道工程，詳細介紹在不同地段的管道安裝特點、管道安裝工藝、管道安裝及敷設技術，以及管道清管掃線及強度試驗。實踐表明，在當地氣候地質條件下敷設長輸管道，針對礦漿管道具體結構和特點，對不同的地質結構采用不同的安裝方法，應用效果顯著。

地質特征 管道焊接 管道安裝 清管掃線

瑞木鎳鈷紅土礦礦漿管道工程位于大洋洲巴布亞新幾內亞馬當省境內。由于管道輸送礦漿對物料的粒度、礦漿流速、礦漿濃度和管道敷設坡度等方面有嚴格的要求，并且漿體屬固/液兩相流流體，在管道內流動存在動量的轉換，礦漿管道又是連接礦山與冶煉廠的動脈、紐帶，所以對管道的安裝精度要求比較高。礦漿管道材質為API 5L X60管線鋼，全管線翻越崇山峻嶺及莽莽原始森林，穿（跨）越大小河流，歷經濕地沼澤、積水煤層、滑坡體、塌方體、地震斷裂帶、山谷、沖溝、山脊等特殊地段。當地每年降雨時長為6個月，年降雨量為4 500～6 500 mm，相對濕度在90%以上，年平均氣溫22.5℃，有近1/3的地形地貌屬泥石流、河網、沼澤地表，土壤承載力極差，整體屬過飽和土、腐植土、粉砂土，屬典型熱帶雨林氣候。在此氣候地質條件下敷設長輸管道，應針對礦漿管道具體結構和特點，對不同的地質結構采用不同的安裝方法。

1 管道安裝特點

管線測量放線采用分小區段定位返點測設，對拐點部位采用多折線轉點測設，保證了管軸線精確定位。在常水位沼澤地段，主要采用筑島組對焊接、漂管運輸、沉管敷設的方法；在滑坡體、塌方體、泥石流區段，主要采用抗滑樁支墩敷設方法，可使管道升高，離開原地面，當發生滑坡、塌方、泥石流時，土、石從管道下面通過，保證管道不受損壞，安全運行；在流沙層地段，主要采用泥漿護壁、注水增壓防滲和沉管敷設；在山脊、沖溝、山谷狹長地段，主要采用輕軌小車、管段敷設；在地震斷裂帶地段，主要采用地震斷裂帶與管道正交敷設，當地震發生時，斷裂帶發生錯位移動，使管道沿軸向受拉；在落差大的地段，易產生加速流，主要采用降低勢能和大S型緩彎回路敷設，自動消除加速流；在平直段，采用雙節管或三節管進行管段式安裝；在地下水位較低地段，直接采用溝下焊接。當管道明敷時，確保各錨固墩、支墩進入土壤持力層，保證管枕充分接觸管底且受力；當管道暗敷時，采用管溝開挖與管道安裝同步進行，保證管溝開挖順暢，并保持管溝底水力梯度以確保管道安裝精度。

2 管道安裝工藝

2.1 工藝流程

管道安裝工藝流程為：測量放線—施工作業帶的開辟—管溝開挖—管線組對焊接—管道清管掃線—管道強度試驗—管溝回填—植被恢復。

2.2 管道線路控制樁的交接

在交接樁過程中，要注意土壤物理力學性能比較差的濕地沼澤、地震斷裂帶、滑坡體、塌方體等特殊地段，在管線縱橫向方向突然改變方向的位置。用GPS測出坐標及高程，并作好記錄，會同設計、地質勘探、業主、監理等單位進行協商，提出合理優化修改意見。由于管線測量放線通視性差，森林覆蓋GPS肓區多，采集信號困難，因此采用分小區段定位返點測設，對拐點部位采用多折線轉點測設，對于折轉定位必須現場多次勘察確定。根據控制樁測定管線中心線，在控制樁之間設置縱向變坡樁、變壁厚樁、變防腐涂層樁、穿（跨）越標志樁、拐點樁、百米樁、曲線加密樁。根據樁的排列，按線路控制樁和曲線加密樁劃出線路中線和施工作業帶占地邊界線。

2.3 施工作業帶的開辟

根據地形地貌、季節、氣候環境、植物生長規律、施工準備的不同開辟施工作業帶。施工作業帶的修建開辟為管道安裝作業提供運輸條件和安裝條件。

2.4 準備工作

根據測量放線工作狀況，移動所有樁位到規定的棄土邊界線以內距邊界線0.3 m處。在坡地、濕地沼澤、山區等地段開辟施工作業帶，應充分與現有公路、便道相結合，方便管材、機具到達施工作業帶。應在第5—第11月枯水季節，開辟季節性濕地沼澤地段，并且在枯水季節來臨之前，提前兩個月就進行導排、疏浚，排除地面積水并構筑泄洪渠，劃小作業區段，使施工作業帶充分暴露、裸露、涼曬。利用現有的道路與平坦谷地當作運輸通道，無通道可利用時，根據地形情況修建連接公路與施工作業帶的施工通道，每5 km修一條施工通道，其寬度不宜大于5 m，最大限坡不超過10%。

2.5 管道組對及焊接方法

由于漿體在管道內流動時，會產生沉淀并附著在管內壁，所以在運行過程中必須定期清管。這就要求管道的對口必須是直對口，嚴禁斜對口，以保證清管器能順利通過。對于死口和彎頭的組對，使用外對口器，在使用外對口器的過程中，保證每一個壓緊塊受力相等，在管圓周四個方向同時用力矩搬手施力，并觀察絲桿的伸縮量是否均勻相等，不得使用兩點對稱壓緊，防止管口變形。對于直管的組對，使用內對口器，因為內對口器直接被放在管道內，通過壓縮空氣作為動力，能在管道內自動爬行，操作簡單、靈活，頂力大，對口精度高，能滿足對口組裝要求的焊后錯邊量≤1.6 mm。

長輸礦漿管道都處于野外，其氣候、水文地質條件多變，因此在焊接管道時應結合管線鋼焊接的方法。對于焊接方法，選擇纖維素型焊條下向根焊和自保護藥芯焊絲半自動下向熱焊、填充、蓋面，因為纖維素型下向焊條具有極強的造氣功能和堅挺的電弧強力吹，適合山區、沙漠、水網等復雜條件下的全位置單面焊雙面成型，熔敷效率高，焊縫金屬力學性能可得到保證，同樣自保護藥芯焊絲的焊接特點為熔敷效率高、全位置成型好、環境適應能力強，特別是抗風能力強，是目前管線鋼焊接施工的一種重要焊接工藝方法。自保護藥芯焊絲半自動焊與手工電弧焊相結合，操作靈活，環境適應性強，一次投資小，對于大口徑、大壁厚管線鋼鋼管是一種很好的焊接工藝［1］。

3 管道安裝及敷設技術

管線走向分布：從主泵站開始（零公里）沿山脊敷設，一直下坡，此區域屬高山區，地勢陡峻，高程從700 m降為335 m，管線長5 km；然后進入瑞木河谷區沖擊平原，此區域地勢平坦，分布著河汊、沼澤、濕地、流沙層等，管線長18 km；再進入馬萊公路中山區，此區域地勢起伏，爬坡上坎，分布著水系、塌方體、滑坡體等，管線長43.8 km；最后進入濱海平原區，高程25 m，管線長66.8 km。

3.1 鋼管的運輸及布管

礦漿管道采用加強級防腐及外保護層，防止損壞鋼管的防腐層和保護層。準確區分各種管子類型、壁厚、防腐層類型及等級，布管應準確有序。布管時，在管子兩端設置穩固的支撐。支撐可用軟土堆、帶有橡膠軟墊的枕木、裝有軟土或植物碎粒的麻袋（草袋、編織袋），支撐的高度應為300～500 mm，嚴禁使用硬土塊、石塊、碎石堆作為支撐。支撐應被設置在距管子端口0.5～1.5 m的位置上。布管時還應首尾銜接，使相鄰管口呈鋸齒形分開。布管的間距應與管長基本一致，每敷15～20根管核對一次間距，發現過疏或過密時應及時調整。布管位置見下頁圖1。布管在施工作業帶的組對焊接一側進行，且管子距管溝邊緣的最小距離應不小于0.5 m。在坡地布管時，應加大支撐墩寬度，以增加管子的穩定性。當坡度超過5°時，在下坡的部位設置支擋物；當坡度大于15°時，停止布管作業，待組對焊接時從堆管平臺上“隨取隨用”。

3.2 管道敷設

3.2.1 一般地段

一般地段是指平原、小丘陵地勢比較平坦的區段。在一般地段敷設管道時，除管線在縱橫向改變方向時使用冷（熱）彎彎管外，應充分利用彈性敷設和緩彎回路。

3.2.2 季節性濕地沼澤地段

主要采用旱季排水敷設。此地段土壤為過飽和土，含水量高，采用旱船進行管道運輸、布管，劃小作業段組織突擊施工。根據地段粉砂土的特征，采用多孔PVC管集水引流法進行管溝降水。在地下水位較高時，采用距離管線軸線2 m、埋設直徑為200 mm的多孔PVC管，標高在礦漿管線管溝基礎以下500mm處，在多孔PVC外包兩層細鋼絲網防堵塞［2］。在地下水位不高時，可采用圖2所示的方法排水。當管溝底部地耐力低于0.1 MPa時，采用水泥（42.5R）干拌河沙進行置換軟土，其配比為50 kg。

圖1 布管位置圖

圖2 管溝的排水系統

3.2.3 常水位沼澤地段

主要采用筑島組對、漂管運輸、沉管敷設的方法。在雨季時進入此地段進行管道敷設施工作業，使施工作業帶水位進一步提高到1.0 m以上。尋找凸出水面的干地（沒有凸出水面的干地時，可在非施工作業帶的干地上）進行筑島并進行加固修整作為管道組對焊接作業場地，搭設防雨棚，加工修建滑道兼組對焊接作業工作臺。將管端封閉，讓管道充分漂浮在水面，在管線有塌陷的地方在管道上加掛浮筒，使管線有足夠的自由度，在管線前方用多級捲揚牽引，每30～50 m牽引一次，直至跨過此地段，同時借助小木船人工沿管線對稱打木樁，間隔12 m、木樁距管壁2～3 cm，防止管線橫向漂移。開溝時避開雨季以挖掘機駕駛室不進水為宜，水位較高時可用船載輕型挖掘機開溝，開溝完成后，拆除木樁，用人工輔以機械使管線橫向漂移至管溝中心線上，再次加設木樁防止管線橫向漂移，打開管口封端，向管道內注入清水或在管頂加載鞍型配重使管線沉至管溝底并回填［3］。

3.2.4 滑坡體、塌方體、泥石流區段

主要采用抗滑樁支墩敷設方法。抗滑樁進入基巖2.0 m，樁間距為16.0 m。管道敷設在樁頂圓弧形管托上。當發生地質災害時讓土、石從管道下面通過，并保護管道［4］。

3.2.5 流沙層地段

主要采用泥漿護壁開溝（管溝）、注水增壓防滲和沉管敷設。該地段地勢平坦，地耐力高，表層800 mm以下均為流沙層，管溝開挖深度為1.7 m。開溝時，大量流沙涌入溝槽內，溝槽壁塌方嚴重，溝槽開口能達到幾米甚至更多，使得管溝不成型，離管溝邊沿幾米遠的地方出現地陷。處理辦法：將溝槽另一端封閉并加固，向溝槽內注水，控制開溝速度，使水位始終保持在與地表相平，充分利用水和泥漿的重力產生的滲透壓能有效地阻止流沙涌入溝槽內，同時水和泥漿又能起到很好的護壁作用，使管溝成型。開溝完成后嚴禁將溝槽內水排除，仍保持開溝時的水位，水位下降時要不斷向溝槽內補水，將管線橫向移至管溝中，使之漂浮在水面上，再向管道內注水或在管頂加載鞍型配重將管線壓至管溝底進行回填［5］。

3.2.6 山脊、沖溝、山谷狹長地段

主要采用輕軌小車、管段敷設。此地段施工作業帶寬度在6 m以內，管道組對焊接與開溝作業無法交錯進行。處理方法是：以有彎管的位置為分界點，先完成開溝作業，再在管溝內鋪設輕軌并安裝卷揚機，在輕軌上行走帶圓弧形管座的小車。在開闊地帶將管子組對焊接成所需長度的管段，利用卷揚機、小車將管段拽入管溝內，用三角架及手拉倒鏈提起管道，拆除小車及輕軌并回填管溝。這樣既解決了單根管子的運輸、布管，又敷設了管道［6］。

3.2.7 地震斷裂帶地段

主要采用地震斷裂帶與管道正交敷設。管線在穿越地震斷裂帶區域，若遭遇到高于該地區基本烈度的地震將會造成管線斷裂、屈曲失穩及拉斷等損壞。在明敷時，應將所有錨固墩、支墩等附屬設施垂直于水平面不得傾斜且進入土壤持力層，避免地震來臨時產生過大的地震加速度而進一步傾斜、倒塌。管道暗敷時，應增加管溝寬度并減少管道埋深，回填些非黏性材料以提高管道的自由度，并保證回填物料在較長時間內不因雨水浸泡而過于密實。管道敷設的關鍵點是：管道的抗拉能力遠遠大于抗壓能力，應盡可能使管道在斷層移動時處于受拉狀態。盡量使管道與斷裂帶正交成90°；避免在地震斷裂帶區域使用冷彎彎管和熱煨彎管及彈性敷設［7］。

3.2.8 易產生加速流地段

主要采用降低勢能和大S型緩彎回路敷設。加速流是由于管線上下游高程差較大或在批量輸送時漿批與水批的密度差等原因，使漿體正常流速和壓力發生突然改變，相應漿體位能坡降超過正常滿管流漿體輸入的水力梯度而產生的水擊現象，即漿體管道加速流［8］。這種加速流的產生實際上是由多余的能量引起的。加速流的危害極大：能使管道發生劇烈振動，管線產生縱、橫向移動，管線附屬設施和基礎松動或位移；伴隨泥漿錘的產生，破壞性進一步擴大，彎管被拉成直管，直管被壓縮成彎管；易產生管道扭曲、褶皺、屈曲、扁平、凹陷、斷裂、破裂等。管線敷設技術要點：分界點處上游管道敷設應盡量降坡，下游管道敷設應盡量抬高高程并采用大S型緩彎回路，降低高程差能有效減小勢能，大S型緩彎回路能對漿體提供足夠的阻力，降低流速，形成滿管流，消除加速流；管溝開挖應順暢，曲線段應圓滑，并嚴格控制管溝底水力梯度；應采用彎道半徑在30倍彎管直徑以上的彎管，管道組對焊接時嚴禁硬對口，盡量降低管道敷設應力，不準隨便移動安裝好的管道，嚴禁使用彈性敷設；保證管溝回填物料在雨水沖刷浸泡時不溶解流失；管道明敷時必須使錨固墩、支墩基礎進入土壤持力層且垂直于水平面，還必須使管托、管枕與管道底部充分接觸且受力。

4 管道清管掃線及強度試驗

在管道清管掃線前，確認管道補口、補傷、探傷工序完成并合格且下溝。清管掃線就是要對管道敷設安裝過程中遺留在管道內的污物及管道內壁的浮銹清除干凈，同時也是對管道敷設安裝過程中管口組對的檢驗，也為管道投運后定期清管作準備。將清管器放入管道內，利用水壓推動清管器行走，完成清管掃線。

管道強度試驗，用水作為試驗介質。強度試驗壓力值是12.5 MPa，穩壓時間為24 h。從高程最大的管段開始試驗，將同一試壓段上的最大地形相對高差控制在100～150 m內，實驗用水在此段試驗合格后可以不予排除，用作下一試驗段的“水庫”。在試驗過程中要嚴格控制管道不受控制的移動［9］。

5 結語

針對熱帶雨林不同地質結構地段的礦漿管道，采用不同的敷設方法，植被破壞小，易復墾，降低了管道安裝難度，節約了成本。全管線敷設完成后經試通漿、試生產、投產，證明管道運行安全、平穩、經濟、環保。

［1］ 黃成楷，杜正華，董荔緯，等.巴新瑞木鎳鈷礦漿X60管道焊接工藝［J］.焊接技術，2010（10）：62-65.

［2］ 董荔葦.礦漿管道在季節性濕地沼澤地段的降水敷設方法：201110090901.0［P］.2012-07-04.

［3］ 董荔葦.礦漿管道在沼澤地段的敷設方法：201110090743.9［P］. 2013-01-02.

［4］ 董荔葦.礦漿管道在滑坡體、塌方體、泥石流區的敷設方法及結構：201110091305.4［P］.2012-12-05.

［5］ 董荔葦.礦漿管道在流沙層地段的敷設方法：201110093817.4［P］.2012-12-05.

［6］ 董荔葦.礦漿管道在狹長地段的敷設方法：201110090962.7［P］. 2012-08-15.

［7］ 董荔葦.礦漿管道在地震斷裂帶地段的敷設方法和敷設結構：201110090980.5［P］.2013-03-06.

［8］ 董荔葦.瑞木鎳鈷紅土礦礦漿管道加速流消除技術［J］.金屬礦山，2012（6）：106-108；112.

［9］ 李馬鎖，柴清潔，王志會.長距離輸送礦漿管道的壓力試驗［J］.現代礦業，2015（11）：231-233.

（編輯：胡玉香）

Tropical Rainforest Long Distance Slurry Pipeline Installation Technology in PNG Ramu Nico Red Soil Ore Project

DONG Liwei
（China 19th Metallurgical Corporation，Chengdu Sichuan 611730）

Based on slurry pipeline in PNG Ramu Nico red soil ore project located in Madang Province，PNG，this paper introduces the installation characteristics，installation technology of pipeline and laying technology as well as cleaning tube and sweep line and intensity experiment.The practice shows that laying long distance transportation pipeline under this climate and geology condition，the specific structures and characteristics of slurry pipeline installation should be considered，and different methods are used according to different geological structures，and the application effect is remarkable.

geologic feature，pipe welding，pipe installation，tube cleaning and line sweeping

TF19

A

1672-1152（2016）05-0087-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.31

2016-08-02

董荔葦（1967—），男，教授級高級工程師，國家一級注冊建造師，從事工程管理工作。