大管徑長輸管道在沙漠段敷設施工方法研究

殷智明

引言

伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程起自伊寧首站，終止于霍爾果斯末站（在西二線霍爾果斯首站基礎上擴建），沿線經過伊寧市、霍城縣。線路全長約64km，管徑D1219mm，設計壓力12MPa，管道材質為X80。沿線主要地貌類型為山前沖積平原、丘陵和沙漠。

本工程中沙漠段和風積沙地段位于霍城縣境內，處在線路中不同位置，分別為：QB21號樁-QB29號樁，沙漠，長度為8.455km；QB30號樁～QB33號樁，沙漠，長度1.849km；QB34號樁-QB36號樁，風積沙地，長度為1.896km；QB51號樁+250m-QB61號樁，風積沙地，長度為11.585km，所在地區等級均為一級地區。

一、施工準備

施工前先熟悉設計圖紙，勘查現場，掌握所要經過沙漠的地形、地貌、和地質情況。地質情況：

1.QB21樁～QB29樁：長度8.455km。沙漠，管道沿圖開沙漠邊緣敷設，地形波狀起伏，分布固定或半固定沙丘，沙丘比高一般為5～20m，覆蓋少量沙生植物，覆蓋率10～20%。地層巖性以粉細砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長石，含少量云母片，勘察深度4.0m未揭穿，土石工程分級為Ⅱ級。沿線勘察深度內未見地下水，據調查，地下水埋深大于15m。

2.QB30樁～QB33樁：長度1.849km。沙漠，管道沿圖開沙漠邊緣敷設，地形波狀起伏，分布少量固定沙丘，沙丘比高一般為5～20m，覆蓋少量沙生植物，覆蓋率20～30%，局部地段為林地或農田。地層巖性以粉細砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長石，含少量云母片，勘察深度4.0m未揭穿，土石工程分級為Ⅱ級。沿線勘察深度內未見地下水，據調查，地下水埋深大于15m。

3.QB34樁～QB36樁：長度1.896km。風積沙地，管道沿圖開沙漠北部邊緣敷設，地形稍有起伏，地勢開闊，覆蓋少量沙生植物，覆蓋率30～40%，局部地段為草地。地層巖性以粉細砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長石，含少量云母片，局部地段為黃土狀粉土，勘察深度3.5m未揭穿，土石工程分級為Ⅱ級。沿線勘察深度內未見地下水，據調查，地下水埋深大于10m。

4.QB51樁＋250m～QB61樁：長度11.585km。風積沙地，管道沿圖開沙漠北部邊緣敷設，地形呈較緩壟狀起伏，起伏較緩，大部地段覆蓋少量沙生植物，覆蓋率20～30%，其中QB55樁～QB58樁被開墾為農田。地層巖性以粉細砂為主，黃色，松散～稍密，稍濕，散粒，主要礦物成分為石英和長石，含少量云母片，勘察深度3.5m未揭穿，土石工程分級為Ⅱ級。沿線勘察深度內未見地下水，據調查，地下水埋深大于5m。

施工前每300米挖一個探坑，探坑挖深4.5米，并與設計提供的地質情況進行比較。勘察地質時確定是否會出現卵礫石，如出現卵礫石情況，應比設計深度超挖200mm,把卵礫石部分單獨堆放，并用挖掘機倒運細土到卵礫石地段，人工清理管底之后，進行管底200mm細土回填，以保證管道在沉管過程中管道與細土緊貼。

施工前與當地環保有關部門聯系，并得到當地環保管理部門的批準，對施工機具進行檢修和保養，使其狀態良好。對操作工人進行技術交底，使其掌握施工技術要求、質量要求及安全要求。

開工前制作拖管爬犁，考慮到沙漠地表承載力差，施工機具、工程材料和管道的運輸采用拖拉機牽引爬犁的運輸方式，爬犁制成船型（如下圖）。運管時，爬犁與管線接觸部位鋪墊20mm厚膠皮，并用捆扎帶將管線捆扎牢固，保證在運輸過程中不出現滑、滾等現象。

二、測量放線

沙漠中風沙較大，且沙丘易移動，定位樁使用紅色信號旗，沙丘起伏大的地段增加定位樁的密度。為防止定位樁被掩埋，還應使用GPS定位儀進行衛星定位以便今后找樁。

首先測出線路中線，再測出作業帶邊線。為了防止風沙淹沒線位標志，可用竹桿小紅旗做標志，布管線每隔100米插一個。邊線可適當加大距離。

繪制測量成果圖，記錄原始地貌，為恢復地貌提供依據，并測出需要推移沙丘土方量。

三、作業帶清理

嚴格按測量放線的邊界線進行作業帶清理，施工作業帶寬度22m。清理作業帶時應按照隨坡就勢的原則進行施工。沙丘段的掃線按設計要求進行，作業帶清理掃線施工應滿足布管、組焊施工的要求。對于現場的低洼地段需要與設計現場確定是否為沖溝，保護管道方案按照設計要求執行。這里要指出的是，設計文件中施工作業帶的寬度為30m，而現場條件有限，根據環保部門要求，結合業主的意見，最后確定為22m。

施工時用一臺挖掘機與兩臺推土機進行推掃，并保持已成形的作業帶。施工后期根據設計要求對作業帶外邊緣高于作業帶的斜坡按照設計要求進行固沙措施。

四、運管、布管

運、布管是沙丘施工中的難點。結合本工程的特點，運布管原則利用伴行道路拉運管材，輔助采用推土機牽引運管爬犁運至施工現場的方法。在作業帶內采用70噸吊管機進行單根調運布管作業。

有伴行道路的沙丘段，伴行道路每500m有一處3m*3m的錯車點，根據運管要求應每隔1km在伴行路和施工作業帶之間增設一處20m*20m的匯車點，以利于大型運管車調頭錯車；沒有伴行道路的沙丘段，區段長度大于500m的應采取施工便道加固措施，施工便道加固不使用土工布，施工完成后便道墊層不予保留，作業帶表層恢復原狀。區段長度小于500m的，在沙丘段入口處修筑臨時堆管場，使用吊管機配合運管爬犁將管材拉運進場。

運、布管應從流動沙丘地段兩端分別進行，以盡量縮短在沙漠內的運距。首先利用大型運管車將管道運至沙漠邊緣的臨時堆管場，然后使用推土機牽引自制船形爬犁在沙漠里運管，每次拉運2根，布管采用吊管機從爬犁上逐根布在作業帶上。如下圖所示：

布管時應檢查管兩端封堵是否完好無損，對于損壞的封堵及時更換，防止沙塵進入管內。

在沙漠的斜坡上布管時為防止管子下滑，可在坡上或坡下選擇坡度小于3%的平坦地段設置臨時堆管平臺，管子堆放高度不得超過2層，管子與地面的最低距離不小于500mm。施工時邊焊接邊布管，即“隨用隨取”。

五、管道組對焊接

管口組對前，管內外表面坡口兩側25mm范圍內采用角向磨光機清理至顯現金屬光澤。采用人力清除管內雜物、灰塵，當管內有沙土和雜物時，應換好干凈的軟底鞋（解放鞋、球鞋）進入管內，用拖布等工具將管內清掃干凈。優先采用內對口器組對，相同公稱壁厚對接鋼管的錯邊量不應大于鋼管壁厚的1/8，且應小于3mm，錯邊應沿管口圓周均勻分布。接頭坡口角度、鈍邊、根部間隙應符合焊接工藝規程中要求。使用內對口器時，只有根焊道全部完成后方可撤離。

環境溫度在5℃以上時，預熱寬度宜為坡口兩側各50mm。環境溫度低于5℃時，宜采用感應加熱或電加熱的方法進行管口預熱，預熱寬度宜為坡口兩側各75mm。

焊接環境溫度低于5℃時，焊接作業宜在防風棚內進行，應使用保溫措施保證層間溫度。如在組裝和焊接過程中焊口溫度冷卻至焊接工藝規程要求的最低溫度以下，應重新加熱至要求溫度。焊后宜采用干燥的保溫被進行緩冷措施。

管道焊接及檢驗應符合規范、標準規定，管道無損檢測應符合Q/SYGJX-0112的規定，射線檢測及超聲波檢測的合格等級為線路工程Ⅱ級。

六、管溝開挖

管道所經地形為沙漠和風積沙地，如果邊坡按照規范1：1.5放坡，深度平均按照3米計算，管溝上口寬度為10.9米，管道外壁距離管溝邊的安全距離為1.5米，那么90噸吊管機吊管下溝將無法實現，由于粉沙土承載力極低，給管溝開挖及下溝造成了困難。按照傳統的施工方法，先由挖掘機將管溝開挖成型，然后再集中5臺90t吊管機進行統一下溝；由于粉沙土壤開挖時很難成型，即使管溝能夠成型，土壤的承載力根本無法承受5臺90t吊管機及管道的重量，再加上吊管機的振動，勢必造成管溝大面積塌方，同時也危及吊管機、管道和操作人員的安全，無法滿足設計埋深要求。

針對這種情況，通過在以往的工程施工經驗和不斷摸索提出采用雙側沉管方法進行管溝開挖和下溝作業。

具體做法是在管道兩側各布置1臺挖掘機，要求2臺挖掘機在同一位置、同一方向、同時作業，開挖速度保持一致，利用鋼管的自重及彈性緩慢的自然沉入溝底，從而使管道下溝，見下圖。

開挖放坡按照沙土類1：1.5進行，開挖斷面如下：

用紅木樁和白灰標出管道中心線，按中心線組對管道（沙漠地段），風沙地地段把焊接完成的管道用2臺70噸和1臺40噸把補完口的管道側移到管道中心線位置，并保證管道接觸地面為沙土。

由于沙漠段平均挖深為3.3m，挖掘機不能一次挖到設計深度，所以在管溝開挖前分為兩個開挖小組，每個開挖小組配備2臺挖掘機，并且配備測量工2名、RTK全站儀一臺跟蹤管道的管頂高程；另外配備1臺環式電火花檢漏儀及時檢漏配合沉管。

管溝開挖時，要先將長3.9m、寬3.0m、厚5mm的膠皮覆蓋于要下溝的管道上，以保證挖掘機的斗齒不會損傷防腐層或管材，并由2人牽動膠皮，隨著挖掘機的移動而移動。每兩臺挖掘機要擺放在管道兩側同一橫向位置，分層同時開挖，行走及開挖速度要一致。管溝開挖后，測量小組及時測量管溝深度，保證管道設計埋深。防腐補傷人員用環式電火花檢漏儀進行檢漏，發現漏點及時補傷，以保證管道下溝后無漏點。

用人工將管溝底部多余的土清除平整，避免管道出現懸空現象，保證管道平穩順直沉入溝底。

七、補口、補傷

將所有補口設備（壓風機、噴砂罐等）放置在船形爬犁上，履帶拖拉機牽引。補口采用經業主同意使用的聚乙烯熱收縮帶，補口、補傷、檢漏應嚴格執行規范要求。

八、管溝回填

管道就位后，經過隱蔽檢查合格后，進行管溝一次回填。管溝一次回填后，及時與光纜及警示帶施工單位聯系，光纜及警示帶按照設計要求敷設。敷設完畢后及時進行管溝大回填。對于出現卵礫石地段的管溝，必須先用挖掘機倒運細土回填到管頂300mm,敷設完畢后，進行原土回填。管溝回填后管頂最小覆土厚度不得小于1.5m。

九、HSE措施

開工前與當地環境部門聯系并征得同意，施工過程中作業帶應做出明顯標識。

所有的施工作業都必須在指定的作業帶、臨時性工作場地、輔助施工場地之內進行，不得破壞作業帶以外的植物、地貌。沙漠施工應充分保障職工的飲水、飲食等基本需求，做好防暑降溫的基礎工作。施工時應采取適當措施防止風沙，避免惡劣天氣對施工人員、設備的傷害。

保護野生動物，對項目所有人員進行培訓，使其了解有關野生動物保護的知識和意義，不破壞動物窩穴，不騷擾、喂養和獵殺（捕）野生動物。所有施工人員只允許在作業帶范圍內活動。

嚴格按設計要求做好防風固沙水工保護施工。

結論

在沙漠、風積沙地線路工程施工中，大管徑管道施工有幾處難點：

1.鋼管自重較大，在沙漠中運輸有一定困難。

2.管道挖深較深，在限定施工作業帶內，開挖和下溝都有一定的困難。

3.沉管法下溝，容易損傷管道的防腐層。

本文合理、合規的解決了以上施工中出現的問題，為以后線路工程總承包做儲備。

[1]伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程線路施工圖.

[2]伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程線路施工技術要求.

[3]伊寧—霍爾果斯輸氣管道工程線路施工通用圖.

[4]《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》（GB50369－2006）.