管道施工細(xì)土回填技術(shù)的發(fā)展探討

尹峰哲

（大慶油田工程建設(shè)有限公司油建二公司，黑龍江 大慶 163453）

0 引言

為滿足油氣資源開發(fā)需求，油氣輸送管道工程建設(shè)越來越多。管道施工是一個(gè)專業(yè)化、系統(tǒng)化和集團(tuán)化的過程，要求較高的施工工序連續(xù)性。在管道鋪設(shè)過程中，細(xì)土回填是一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，直接影響到管道的使用壽命、運(yùn)行安全以及建設(shè)質(zhì)量。長輸管道多處于戈壁地帶或山區(qū)，沒有足夠的細(xì)土回填，施工存在較大的困難。本文主要是從回填細(xì)土的來源、設(shè)備以及相關(guān)危害處理展開探討。

1 管道回填細(xì)土的要求和來源

在管道施工過程中，管溝回填需保證下溝后，石方段管溝細(xì)土回填達(dá)到管頂上方300mm位置，細(xì)土粒徑不能＞10mm；再將原土石方回填，此工序中土石方的直徑應(yīng)＜250mm。在戈壁區(qū)域施工時(shí)，細(xì)土粒徑不能＞20mm，回填到管頂上方100mm。在黃土塬區(qū)域施工時(shí)，管溝回填設(shè)計(jì)時(shí)要保證夯實(shí)，做好墊層。在陡坡地段，可選用袋裝土分段回填的方式，如圖1所示。

圖1 管道細(xì)土回填示意圖

從來源看，管道施工中的回填細(xì)土主要有管溝挖掘土、現(xiàn)場篩分處理得到的細(xì)土、現(xiàn)場特殊處理或外購的細(xì)土。在細(xì)砂或細(xì)土地段施工時(shí)，施工中挖出的細(xì)砂或細(xì)土就能滿足回填需求，可直接用此類細(xì)土回填。在鋪管以及焊接等工序中，暴曬和碾壓會(huì)造成挖掘土結(jié)塊，則需要破碎篩分滿足回填細(xì)土要求后再施工。施工時(shí)挖掘土中雜質(zhì)和石塊較多，可采取破碎處理或篩分的方式來得到回填細(xì)土。在巖石段等區(qū)域施工時(shí)，受地質(zhì)條件的影響，現(xiàn)場無法獲得足夠的挖掘土，此時(shí)要在周邊尋找并購買細(xì)土土源，或是通過機(jī)械設(shè)備來粉碎巖石獲得符合要求的細(xì)顆粒，再進(jìn)行回填操作[1]。

2 細(xì)土回填設(shè)備的發(fā)展

在細(xì)土回填的第一個(gè)階段，主要是采取簡單機(jī)械設(shè)備和人工篩土的方式。早期通常為小規(guī)模管道建設(shè)，回填細(xì)土的獲取主要是通過人工篩土。隨著挖掘機(jī)的廣泛應(yīng)用，施工過程中會(huì)結(jié)合大型溜篩來篩分細(xì)土，但無法控制土質(zhì)質(zhì)量，生產(chǎn)效率低下，需要較高的人工成本，且不能在高含水率土質(zhì)中應(yīng)用。

第二階段主要是采用固定式機(jī)械集中篩分破碎設(shè)備。這一階段管道建設(shè)規(guī)模較大，回填細(xì)土主要是通過破碎機(jī)或振動(dòng)篩來得到。通過振動(dòng)篩和滾筒篩等篩分機(jī)來集中篩分破碎處理回填土，從管道施工的特征來看，需要沿著管道來實(shí)施細(xì)土回填，采取集中獲取細(xì)土的方式會(huì)使得施工成本極大提升[2]。

第三階段主要是采取自行行走機(jī)械篩分設(shè)備。這種設(shè)備主要有篩分裝置和管道回填設(shè)備，篩分設(shè)備由外力驅(qū)動(dòng)，回填設(shè)備帶有行走和動(dòng)力裝置。回填設(shè)備可按回填要求來現(xiàn)場篩分挖掘土，并進(jìn)行原位回填。此類設(shè)備通常配有可控制的行走履帶，具有獨(dú)立的篩分系統(tǒng)、行走系統(tǒng)和動(dòng)力系統(tǒng)，具有高效生產(chǎn)能力，技術(shù)先進(jìn)，能有效保證回填質(zhì)量。但整體的投資和運(yùn)行成本較高，需要嚴(yán)格的現(xiàn)場施工條件，在陡坡和山地等區(qū)域無法正常工作，土質(zhì)含水率較高時(shí)會(huì)影響到生產(chǎn)效率。篩分設(shè)備有輪式結(jié)構(gòu)，底盤前端安裝牽引架，在施工過程中，由推土機(jī)或挖掘機(jī)拖動(dòng)篩分設(shè)備，再輔助以其他設(shè)備進(jìn)行喂料，能有效提升施工效率，成本較低，能有效縮短工期。但同樣要求較高的現(xiàn)場施工條件，高含水率土質(zhì)會(huì)有很大影響。此類設(shè)備外形較大，巖石粉碎能力不足，能有篩分功能，不能再山區(qū)施工。

第四階段，通用工程機(jī)械輔具階段，主要是管道細(xì)土回填篩分破碎鏟斗。從外形上看類似于普通鏟斗，這種附屬裝置主要通過主機(jī)液壓動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，可安裝在液壓挖掘機(jī)上形成高效的篩分破碎設(shè)備，滿足現(xiàn)場篩分破碎處理要求，并能實(shí)現(xiàn)細(xì)土回填操作。該設(shè)備適用于各種施工環(huán)境和各種規(guī)模管道，在高含水率土質(zhì)中也能有效應(yīng)用，一次性投資較低。篩分破碎鏟斗施工時(shí)，挖掘機(jī)沿管道邊行走，通過篩分鏟斗鏟起原狀土，鏟斗啟動(dòng)后將細(xì)土篩分到管溝，運(yùn)走纏流的渣土，或是將其回填在上部。

3 細(xì)土回填塌陷管道外露的防治

在不穩(wěn)定土質(zhì)區(qū)域施工時(shí)，可能會(huì)因回填后管道區(qū)域在雨水沖刷、滲透以及其他氣候條件變化而導(dǎo)致坍塌或是覆蓋土流失，最終導(dǎo)致管道外露。這樣的災(zāi)害會(huì)對管道的運(yùn)行安全和使用壽命造成嚴(yán)重影響，需要及時(shí)解決。西方國家在此類問題的解決方面主要采取以下措施：主機(jī)選用履帶式液壓挖掘機(jī)，配以相關(guān)輔助作業(yè)工具，完成挖掘、撒灰、拌合、管側(cè)壓實(shí)以及修復(fù)塌陷區(qū)等系列操作。在管溝塌陷和水文保護(hù)區(qū)域，這種方法效果明顯，穩(wěn)定塌陷現(xiàn)場的土質(zhì)，使其穩(wěn)定性大大提升，具有足夠的抗沖刷能力，保障該區(qū)域的水土保持需求。具體的操作方法是將液壓快速接頭安裝在通用挖掘機(jī)上，現(xiàn)場施工過程中能實(shí)現(xiàn)快速切換。在操作要求指導(dǎo)下，駕駛員進(jìn)行相關(guān)處理工作。（1）通過裝有普通挖掘鏟斗的挖掘機(jī)來開挖管溝并攤平挖掘土，做好灰土拌合的準(zhǔn)備；（2）將撒灰料斗裝上，按照灰土拌合比例將灰料添加到攤平的挖掘土上；（3）采用管道細(xì)土回填篩破碎斗，拌合灰土，完成后將其篩分到管溝內(nèi)；（4）當(dāng)管溝兩側(cè)回填的細(xì)土形成一定厚度，進(jìn)行夯實(shí)操作，主要通過管側(cè)壓實(shí)振動(dòng)夯實(shí)機(jī)實(shí)現(xiàn)；（5）在管道頂部回填土上通過振動(dòng)夯實(shí)機(jī)夯實(shí)，保證回填規(guī)則，整體質(zhì)量符合相關(guān)要求[3]。

管道施工機(jī)械發(fā)展越來越全面，管道細(xì)土回填設(shè)備也在持續(xù)完善。管道細(xì)土回填過程中，根據(jù)施工現(xiàn)場的實(shí)際情況來選擇不同的破碎設(shè)備或細(xì)土篩分設(shè)備。實(shí)際應(yīng)用過程中，可將專門設(shè)計(jì)的管道管側(cè)壓實(shí)振動(dòng)夯實(shí)機(jī)、撒灰料斗、細(xì)土篩分破碎鏟斗等液壓快速接頭安裝在通用工程機(jī)械上，在不同的施工環(huán)境和不同規(guī)模管道施工中都能進(jìn)行有效細(xì)土回填，能做好塌陷管道外露等災(zāi)害的處理及預(yù)防。可以看出，在管道塌陷防治和細(xì)土回填中，這類設(shè)備將會(huì)發(fā)揮越來越重要的作用，應(yīng)加大研究和開發(fā)力度，使其更好的服務(wù)管道施工，提升管道施工的效率和質(zhì)量。