淺談半溝開挖方法在沙特地區的應用

徐 馳 閆泓瑾 趙世揚

1.東北石油管道有限公司 遼寧 沈陽 110031;2.沈陽惠東管道控制有限公司 遼寧 沈陽 110031;3.中國石油天然氣管道工程有限公司沈陽分公司 遼寧 沈陽 110031

一、前言

目前，中國企業在沙特阿美市場中占的比例越來越大，中標、在建的工程越來越多，其中大部分為長輸管道工程，而線路部分施工在長輸管道工程施工中起決定作用，重要性不言而喻。

沙特地區為熱帶沙漠氣候，沙漠分布廣，降雨少，偶有距離海較近的鹽沼地區。地質情況以上土下石結構為主，土層厚度較小，底部石方厚度大，硬度大，人工或機械開挖困難。

哈拉德天然氣管道項目施工工期緊，同時沙特地區施工環境惡劣，施工效率低。本文通過對沙特地區各種管溝開挖的典型設計進行描述，重點介紹半溝開挖方法在哈拉德天然氣管道項目中的成功應用，為今后沙特地區管道線路施工提供經驗與借鑒。

二、項目概況

哈拉德天然氣管道項目是沙特的國家重點項目之一，位于沙特東部省哈拉德地區。項目內容包含:主線路施工約302km，其中36寸管線長度約216km，各種管徑油田集輸管線約86km，沿線站場連頭、閥室及其他配套專業施工安裝；同時有7個氣體集匯站RH、1個氣液分離站LSS、1個氣體匯管站GGM、1個哈維亞末站HGP等。

圖1 哈拉德天然氣管道項目示意圖

三、沙特地區一般段典型管溝開挖方法

1、土方地質段管溝典型開挖方法

圖2 土方段管溝開挖典型圖

本開挖典型方法適用于土質地段，包括黏土、泥土、灰土、沙土、碎石等非石方段。溝底最小寬度為管外徑+400mm，溝底超挖至少200mm，管頂覆土(至灰土蓋帽頂部)不小于900mm，灰土蓋帽的厚度不小于150mm。管溝放坡要求如下:

A類土:如黏土、泥土等黏性土，放坡比例為1:0.75(高寬比)；

B類土:低黏著力土，如沙、石、泥土的混合物，放坡比例為1:1(高寬比)；

C類土:低黏著力，如礫石、碎石等不穩定的巖石或帶水開挖段，放坡比例為1:1.5(高寬比)。

2、石方地質段管溝典型開挖方法

圖3 石方段管溝開挖典型圖

本開挖典型方法適用于石方地段。溝底最小寬度為管外徑+600mm，溝底超挖至少200mm，管頂覆土(至灰土蓋帽頂部)不小于900mm，管頂低于自然地面不小于50mm。管溝可垂直開挖。

3、鹽沼地區管溝典型開挖方法。沙特境內存在大面積的鹽沼地區，距離海岸線近，水位高，管溝施工設備通行困難，且地下水和地表水對管道的腐蝕強。

圖4 鹽沼管溝開挖典型圖

本開挖典型方法適用于沙特乃至中東地區特有的鹽沼地區?？紤]到地表水的腐蝕以及施工的便利性，管道采取地上土堤敷設。首先需要在管道中線位置鋪設混合土墊層，厚度最小為管外徑+250mm，壓實后開始管溝的開挖，管溝開挖斷面及方法同土方段管溝開挖，溝底深度與自然地面一致，需要注意的是，管底需高于此地區的歷史最高洪水位150mm，保證管道不受地表水的腐蝕。因此在輔設混合土墊層時，需清楚歷史最高洪水位，然后計算出墊層最小厚度，然后再進行墊層的敷設。

四、半溝開挖方法的應用

1、半溝開挖方法的介紹。沙特阿美的體系文件SAES―L―450中明確表示，在考慮到經濟因素情況下，對于硬巖地區且石方上層土厚度小于一半管外徑+150mm的情況下，半溝開挖可作為石方段備選管溝開挖方案。

雖然在沙特阿美的體系文件規定，半溝開挖方法可作為備選方法用在石方段，但實際工程中，沙特阿美項目一般不允許采用此方法，工程設計方也不會主動推薦此做法，一般只有在業主考慮經濟方面的因素的前提下才允許采用。

2、實際工程應用。哈拉德天然氣管道項目在施工過程中發現，區域內地質為上土下石分布，土方厚度小，清掃作業帶后大部分為裸露石方，且石方堅硬，硬度遠大70MPa。在采用高等級規格的鑿巖機開挖管溝后發現，想要達到設計圖紙中規定的管溝深度也異常困難，施工效率低、施工進度緩慢，難以達到工程進度要求。

該工程地質條件為石方地段，如果按照設計文件執行，應采用一般段石方地質段典型管溝開挖方法進行施工。

經過對工程實際地質情況的現場調查，發現石方硬度大于70MPa，屬于硬質巖，按堅硬石方考慮；同時石方上層的土方厚度小，一般在300mm左右，小于一半管外徑+150mm，滿足沙特阿美體系文件SAES―L―450中的半溝開挖條款。

根據沙特阿美體系文件描述，半溝開挖示意圖可表示為如下:

圖5 半溝開挖示意圖

半溝開挖方法是在石方段管溝典型開挖方法上發展而來，溝底最小寬度為管外徑+600mm，溝底超挖至少200mm，管頂覆土(至灰土蓋帽頂部)不小于900mm，管中心標高低于自然地面不小于150mm。管溝垂直開挖。

3、半溝開挖的優缺點分析。優點:減少石方開挖工程量，以沙特哈拉德天然氣管道項目36寸管道為例，半溝開挖方法每延米石方量約為0.75m3，石方段典型開挖方法每延米石方量為1.8m3，節省了60%的石方開挖工程量；同時由于石方開挖工程量的減少，也增提高了施工效率，節省工程時間。

缺點:由于管溝挖深變淺，但管頂覆土仍為最小900mm，實際管堤用外運土工程量增加。

五、結論

半溝開挖方法已經沙特阿美業主批準，成功應用在哈拉德天然氣管道項目，此方法的應用，雖然增加了外運回填土的工程量，但大大減少了石方開挖的工程量，提高了整體施工效率，節省了工程時間，為項目順利投產奠定了基礎。

同時也為中國企業在沙特阿美市場長輸管道工程積累了相當的管溝開挖經驗，為今后沙特地區管道線路施工提借鑒。建議土方段與鹽沼地區施工按照本文中的典型開挖方法進行施工。對于石方段，硬度不大的巖石段，可按本文中石方段典型開挖方法施工；硬度大于70MPa、土層厚度小且D9型鑿巖機開挖作業困難的石方段，在沙特阿美批準的情況下，采用半溝開挖方法進行施工。