巴河隧道管道安裝施工技術(shù)

許 萍，胡修俊，高松竹

1.成都軍區(qū)油料監(jiān)督處，四川成都 610041

2.四川省天然氣管道投資有限公司，四川成都 61000

3.中國(guó)人民解放軍32603部隊(duì)，四川成都 610051

1 工程概況

川東北-川西輸氣聯(lián)絡(luò)線工程巴河隧道位于四川省巴中市東南約10 km的光輝鄉(xiāng)天宮廟，進(jìn)口位于巴河?xùn)|岸，隧道入口東北方向約60 m處有面積約1 450 m2的堰塘，南面方向約75 m處有面積約1 800 m2的堰塘；出口西北方向約50 m處有面積約2 400 m2的堰塘，西南方向約70 m處有面積約2 300 m2的堰塘。巴河縱斷面示意見圖1，兩岸的井筒類型均為斜井，東岸斜井長(zhǎng)度392.90 m，傾角25°；西岸斜井長(zhǎng)290.47 m，傾角28°；平巷長(zhǎng)321.56 m，坡度±3‰，隧道最低點(diǎn)位于兩岸斜井井底。本設(shè)計(jì)斜井隧道總長(zhǎng)度1 004.93 m，凈寬3 m，凈高3 m，凈斷面面積8.02 m2。

圖1 巴河隧道縱斷面示意

2 施工流程及施工準(zhǔn)備

巴河隧道內(nèi)管道采用低架型敷設(shè)，管段支承點(diǎn)為滑動(dòng)支墩，支墩間距為15 m。管道安裝施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→平巷段運(yùn)布管及安裝→東西斜井段運(yùn)布管及安裝→補(bǔ)口補(bǔ)傷和管道就位固定→清管試壓和連頭貫通。

施工用電從隧道施工單位安裝在兩岸洞口的變壓器處的戶外箱接出，在隧道的兩處洞口各設(shè)一個(gè)配電柜，從配電柜接出照明、通風(fēng)、調(diào)度絞車等各種用電線路；在平巷段施工時(shí)，從隧道西岸導(dǎo)洞口配電柜處接入一根電力電纜至平巷段，并設(shè)4個(gè)配電箱，用于此段施工時(shí)的照明、通風(fēng)、焊接等用電設(shè)施。

施工過程采用軸流風(fēng)機(jī)通風(fēng)方式，隧道內(nèi)安裝8臺(tái)軸流風(fēng)機(jī)（6用2備）以確保施工正常進(jìn)行，同時(shí)配備防塵、防毒的過濾式呼吸面具40個(gè)。隧道內(nèi)每隔11m安裝100W防水防塵燈1盞，每隔20 m安裝應(yīng)急燈1盞。配備隧道專用對(duì)講機(jī)4部，并在隧道內(nèi)每隔100 m安裝內(nèi)部單線電話1部。

3 隧道內(nèi)運(yùn)布管

隧道斜井段運(yùn)布管采用調(diào)度絞車和鋼絲繩作牽引，用移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車進(jìn)行布管，平巷段管道從西岸斜井段運(yùn)至平巷段西端，在平巷段東段底部轉(zhuǎn)角處安裝卷揚(yáng)機(jī)作牽引進(jìn)行運(yùn)管。防腐管道在進(jìn)隧道前，用火花檢漏儀器檢測(cè)，檢漏合格后方可進(jìn)隧道；同時(shí)還需對(duì)管口進(jìn)行檢查，管內(nèi)的泥土、沙粒等雜物必須清掃干凈，落實(shí)“清管三步法”要求。

3.1 平巷段運(yùn)布管

平巷段采用逐根組焊的方式，在斜井段施工前需將平巷段管材運(yùn)輸?shù)轿唬_定焊口分布圖，計(jì)算管道及短接長(zhǎng)度，按編號(hào)依次布入。采用移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車運(yùn)布管，用于通過斜平面隧道的鋼管二次轉(zhuǎn)運(yùn)布管；用移動(dòng)龍門架小車吊管并水平調(diào)整管頭，使鋼管能通過斜平面隧道，而后鋼管在東段底部卷揚(yáng)機(jī)的牽引下布置于指定位置。

（1）運(yùn)管。平直段與隧道出口平面在一個(gè)平面上，開挖一個(gè)平面操作臺(tái)（15 m×4 m），平臺(tái)三面采用砂袋砌筑，防止塌方。在洞口用吊管機(jī)將管道逐一放置到移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車上，并牢固固定每根管道，采用兩個(gè)移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車運(yùn)輸，小車與小車之間采用鋼絲繩連接，如圖2所示。

圖2 移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車運(yùn)管示意

具體運(yùn)管步驟為：第一，兩岸各設(shè)一臺(tái)2.5 t調(diào)度絞車，用于牽引移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車，斜隧道處可用調(diào)度絞車控制下坡速度。第二，布管前應(yīng)對(duì)管口尺寸進(jìn)行檢查，如有不合格者，應(yīng)先行處理，合格后再吊上運(yùn)管小車。第三，平巷內(nèi)管道用東岸底部的卷揚(yáng)機(jī)牽引小車運(yùn)管就位。第四，拉鉤穩(wěn)管時(shí)用膠皮保護(hù)管材的坡口和管壁，捆綁管材處采用膠皮保護(hù)，防止防腐層破壞，運(yùn)管時(shí)需要在枕木上墊膠皮以保護(hù)防腐管材。第五，對(duì)于移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車導(dǎo)向輪對(duì)洞壁造成的損壞（導(dǎo)向輪采用特制橡膠輪胎，以減少對(duì)洞壁的損壞）以及運(yùn)管過程中對(duì)隧道局部造成的損壞，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求進(jìn)行修復(fù)。

（2）布管。其一，管道發(fā)送到位后用移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車將管道吊起，移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車由調(diào)度絞車回牽至發(fā)送端口。其二，利用小車回牽時(shí)間人工撤除到位管段的枕木，將枕木用抓釘連接在一起制成臨時(shí)支墩。第1根管道采用2個(gè)管墩，以后每根管道使用1個(gè)管墩，臨時(shí)管墩不能設(shè)置在設(shè)計(jì)管墩位置上。平巷段的焊接施工采用布管到位1根焊接1根的方式。

3.2 斜井段運(yùn)布管

（1）運(yùn)管。東岸斜井段因在距洞口31.83 m處有1縱向轉(zhuǎn)角，因而管道不能進(jìn)行2接1運(yùn)送，只能采用單根進(jìn)行運(yùn)送。因西斜井比東斜井長(zhǎng)度短，施工周期相應(yīng)比東斜井短，西斜井即便采用2接1方式運(yùn)送也不能夠提高整個(gè)工程的進(jìn)度，所以西斜井也采用單根管運(yùn)送的方式。東斜井段彎頭位置的轉(zhuǎn)角半徑為62.3 m，因而需加大轉(zhuǎn)角半徑并保證管道通過時(shí)不接觸到地面，此段施工時(shí)需將原隧道底板鑿深。

（2）布管。第一，移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車到達(dá)目的位置后，用移動(dòng)龍門架上的葫蘆吊起管道并卸下放在臨時(shí)枕木支墩上，操作時(shí)應(yīng)輕提輕放，嚴(yán)禁摔、撞、磕、碰，再用調(diào)度絞車把小車?yán)兀绱酥芏鴱?fù)始。第二，在坡道處進(jìn)行管道組對(duì)時(shí)，為了防止管段向下串動(dòng)，應(yīng)在管段上加管箍并向上坡方向牽引管箍，通過管箍與管的摩擦使管段保持穩(wěn)定；在管口與管口之間塞入間隙塊，以保證對(duì)口間隙，同時(shí)為避免管道串動(dòng)時(shí)撞傷坡口，采用導(dǎo)向葫蘆進(jìn)行焊口左右、上下組對(duì)間隙的調(diào)整。

3.3 布管牽引力計(jì)算

從西岸斜井運(yùn)管，坡度28°，運(yùn)管時(shí)牽引力計(jì)算如下：

式中：G1為單根管道自重，N；m為單根管道質(zhì)量，kg；g為重力加速度，取g=9.8 m/s2；ρ為鋼材密度，kg/m3，取ρ=7 850 kg/m3；V為單根管道體積，m3；D為管道外徑，m，本工程D=1.016 m；d為管道內(nèi)徑，m；L為單根管道長(zhǎng)度，m，取L=12 m；δ為管道壁厚，mm，本工程δ=21 mm。

經(jīng)計(jì)算G1=60 570 N。2輛移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車自重為G2=10 780 N。

最小牽引力計(jì)算如下：

式中：G為管道和小車的總重力，N；F為下滑力，N；α為隧道坡度，本工程中α=28°；T為摩擦阻力，N；f為下滑摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)取最小值0.2；Fmin為最小牽引力，N。

經(jīng)計(jì)算得：F=33 497 N，F(xiàn)min=20 897 N。

同理可計(jì)算得出，東岸斜井段運(yùn)管時(shí)所需最小牽引力為17 228 N，平巷段拖管所需最小牽引力為14 276 N。

4 鋼絲繩和地錨

4.1 鋼絲繩選型

由于采用動(dòng)滑輪運(yùn)布管，由上述計(jì)算結(jié)果可知，向隧道平巷段西端運(yùn)送單管時(shí)的牽引力F西=Fmin/2=10 448.5 N，因此選用18NAT6× 19+NF1570型號(hào)的天然纖維芯鋼絲繩（最小破斷拉力為168 000 N）。取安全系數(shù)為5，不均勻系數(shù)為0.85，則鋼絲繩的容許拉力為28 560 N，鋼絲繩長(zhǎng)度按740 m計(jì)算，重力為7 570 N，則鋼絲繩容許拉力28 560 N＞10 448.5 N+7 570 N，滿足要求。同理，東斜井選用18NAT6×19+NF1570型號(hào)的天然纖維芯鋼絲繩也符合要求。

4.2 地錨穩(wěn)定性計(jì)算

西岸鋼絲繩的最大拉力為18 018.5 N，選2.5 t的調(diào)度絞車，鋼絲繩作用力方向按水平方向考慮，則地錨拉力F的水平分力H應(yīng)滿足18 018.5 N的要求。西岸地錨采用預(yù)埋地錨，錨碇選取長(zhǎng)度為7 m的φ273mm×7mm的鋼管。計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖3所示。

圖3 地錨穩(wěn)定性計(jì)算示意

地錨的穩(wěn)定性按下列公式計(jì)算：

式中：G為土的重力，N；T為摩擦力，N；K為安全系數(shù)，一般取2；V為地錨所受荷載的垂直分力，N；F為地錨荷載，N；α為F與水平方向的夾角，（°）；b為壓力區(qū)有限寬度，m；d為鋼管外徑，m；h為地錨埋置深度，m；l為鋼管長(zhǎng)度，m；γ為混凝土的密度，kg/m3；φ為土的內(nèi)摩擦角，本工程取40°；f為摩擦系數(shù)，本工程取0.5；H為F的水平分力，N。

本工程l=7m，h=2.5m，γ=2500kg/m3，經(jīng)計(jì)算得知：V=10 403 N，G=59 872 N，T=9 010 N，2×10 403 N＜59 872 N+9 010 N，因此地錨的穩(wěn)定性滿足要求[1]。東岸也設(shè)置同樣的地錨，同理計(jì)算也滿足要求。

5 隧道內(nèi)管道安裝方法

（1）平巷段隧道管道安裝。第一，進(jìn)行單根逐根組對(duì)，采用移動(dòng)龍門架、千斤頂配合對(duì)口器進(jìn)行組對(duì)施工；第二，焊接采用下向焊接工藝，根焊采用AWSE6010φ4.0 mm纖維素焊條，半自動(dòng)焊的填充蓋面采用AWS E71T8-Ni1Jφ2.0 mm自動(dòng)保護(hù)藥芯焊絲焊接；第三，焊縫外觀檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行無損探傷，本段探傷采用雙百探傷，對(duì)穿越管段環(huán)向焊縫進(jìn)行100%超聲波探傷和100%射線照相檢驗(yàn)，質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）隧道斜井段管道安裝方法。采用在隧道口調(diào)度絞車牽引、斜井段全程移動(dòng)龍門架導(dǎo)向、配套滑車進(jìn)行拖管就位的安裝方式。組對(duì)焊接完成后用枕木支撐，支撐高度略高于管底，設(shè)計(jì)高度取350 mm。隧道內(nèi)斜井段組焊連頭時(shí)，采用四木塔配合千斤頂進(jìn)行組對(duì)。四木塔頂面水平，支腿根據(jù)坡度調(diào)整長(zhǎng)度，將支腿處地面鑿平。管口組對(duì)前應(yīng)將管內(nèi)贓物和雜物清除干凈，落實(shí)“清管三步法”，管端50 mm范圍內(nèi)無污物，并要注意對(duì)內(nèi)涂層進(jìn)行保護(hù)，每天收工和午餐休息時(shí)要封臨時(shí)盲板。采用外對(duì)口器進(jìn)行對(duì)口，且要在管道根焊完成50%以上時(shí)，方可將其撤離。

（3）隧道管道無損檢測(cè)。斜井隧道無損檢測(cè)采用移動(dòng)爬行器，對(duì)每天的焊口在次日進(jìn)行無損檢測(cè)，當(dāng)場(chǎng)洗片，合格后進(jìn)行補(bǔ)口作業(yè)。

（4）補(bǔ)口作業(yè)施工。在隧道進(jìn)出口處先進(jìn)行管道補(bǔ)傷、電火花檢測(cè)，合格后管道才能進(jìn)隧道布管。在隧道內(nèi)組對(duì)焊接和無損檢測(cè)合格后進(jìn)行噴砂除銹、補(bǔ)口作業(yè)，并再次進(jìn)行補(bǔ)傷和電火花檢測(cè)。

（5）滑動(dòng)墩管卡安裝。其一，管道補(bǔ)口、補(bǔ)傷工序完成后，進(jìn)行管卡安裝。其二，安裝前檢查管卡位置，當(dāng)焊道位置與管座位置重合時(shí)，需錯(cuò)開滑動(dòng)支座；由于支墩在管道安裝后進(jìn)行澆注，因此應(yīng)預(yù)埋地腳螺栓；澆注養(yǎng)護(hù)后按設(shè)計(jì)圖紙要求進(jìn)行管卡安裝。其三，平巷隧道安裝滑動(dòng)管卡80只，同時(shí)墊好10 mm厚橡膠板80塊；東岸、西岸隧道斜井段分別安裝滑動(dòng)管卡75只、54只，同時(shí)墊好10 mm厚橡膠板129塊；安裝前檢查管卡位置，當(dāng)焊道位置與管座位置重合時(shí)，錯(cuò)開滑動(dòng)支座（距離不小于1 m），組對(duì)時(shí)控制焊道位置。

（6）管道清管、測(cè)徑、試壓。本工程對(duì)平巷和兩斜井管道采用整體清管、測(cè)徑、試壓方法，具體過程依照GB 50423—2007《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》要求進(jìn)行。

（7）地貌恢復(fù)。施工完成后，將隧道內(nèi)施工所用的電纜、電話、電話線、上水管道以及施工過程中產(chǎn)生的垃圾采用移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車運(yùn)送出隧道，地面施工所用設(shè)備拆除后恢復(fù)地貌。平巷段管道就位在滑動(dòng)支座上，并拆除滾動(dòng)支座。根據(jù)相關(guān)要求，在隧道進(jìn)出口設(shè)立警示牌[2-7]。

6 結(jié)束語

長(zhǎng)輸管道隧道穿越的安裝施工可劃分為許多環(huán)節(jié)，如材料供應(yīng)、隊(duì)伍組織、資源配置、外協(xié)征地等。其中材料供應(yīng)為重中之重，隧道內(nèi)運(yùn)、布管的進(jìn)度直接對(duì)焊接機(jī)組的施工進(jìn)度產(chǎn)生影響，而且隧道內(nèi)作業(yè)空間受限，加之在大斜度隧道內(nèi)運(yùn)、布管，其風(fēng)險(xiǎn)更高，挑戰(zhàn)更大。因此隧道內(nèi)運(yùn)、布管所用的拉運(yùn)工具、布管工具、布管方式應(yīng)滿足上述要求。本工程中隧道斜井段、平巷段的運(yùn)、布管通過采用調(diào)度絞車、卷揚(yáng)機(jī)和鋼絲繩等作牽引，用移動(dòng)龍門架運(yùn)管小車進(jìn)行運(yùn)管，設(shè)置臨時(shí)管墩進(jìn)行布管，較好地滿足了焊接施工機(jī)組的施工進(jìn)度要求，實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的工程目標(biāo)。