河道內架空大口徑燃氣管道施工技術*

李 強，王 洋

(1.唐山學院土木工程學院，河北 唐山 063000； 2.河北省建筑工程與尾礦綜合利用重點實驗室，河北 唐山 063000；3.唐山城市建筑工程集團有限公司，河北 唐山 063000)

0 引言

近些年，隨著國家對環境治理力度的不斷加大，國內各地石化、鋼鐵及煤焦化工業加速升級、搬遷改造，催生了大批天然氣、煤氣管道施工項目。唐山市地處環渤海地區，是重要的港口城市，其曹妃甸港和京唐港轄區內多為灘涂、低洼地，且水文地質條件較差，不利于油氣儲運管道項目施工。目前，國內管道穿跨越工程的施工方法大致分為2類：架空穿越法和水下敷設法[1-3]。架空穿跨越技術主要應用于跨越河流、公路和鐵路等區域的管線鋪設施工中，如前期施工階段出現選線不科學、施工方案不合理等問題，會對管道后期的正常使用和安全運行產生巨大隱患，因此，不斷提升和優化管道穿跨越技術就顯得意義重大[4-6]。

1 技術概述

穿越架空大口徑管道施工技術適用于沿海地區的低洼地或吹沙造地等地質條件較差區域的架空穿越河道大口徑管道的敷設工程，本技術主要包括管道支架基礎施工和管道安裝。基礎施工過程中，采用拋土擠壓、單點板樁解決常規設備水下打樁、深基坑(旁邊有鐵路、管線)開挖難題；鋼板樁支護深基坑開挖，采用基坑超挖、碎石濾水層、專用排水工具施工技術，解決在泥水作業面施工、河道降水難題。管道安裝部分采用BIM軟件輔助計算，實現管道、補償器、閥門的精確排管；使用特制千斤頂整圓器和專用對口器實現管道整圓和對口，從而解決大口徑架空管道高空吊裝作業難題。

本施工技術先后應用于河鋼集團唐山中厚板有限公司負壓除塵架空管道改擴建工程、河鋼集團唐山中厚板有限公司與唐山中潤煤化工有限公司的燃氣置換等工程中，技術方案在大量工程實踐中得到了進一步改進和優化，逐步形成了準標準化的架空大口徑管道施工工法。實踐證明，該技術在既保證施工安全、質量的同時，能夠縮短工期，降低施工成本，具有較好的經濟和社會效益，極具推廣應用價值。

2 施工方案及要點

2.1 施工方案

以河鋼集團唐山中厚板有限公司與唐山中潤煤化工有限公司的煤氣置換工程為例，主要包括管道支架基礎施工、管道及支架預制、BIM軟件建模排管、管道吊裝對口焊接等，施工技術方案如圖1所示。

圖1 施工方案

2.2 樁基礎施工技術要點

2.2.1河道回填

由于工程穿越的河道西側有鐵路，因此，在河道東側修建臨時施工道路，且由河道東岸進行回填。自卸汽車運土，裝載機從河道東岸向河道中漸進推土、拋土回填，將河道泥水擠壓至西側。回填平面范圍超過管道支架基礎開挖邊線500mm，回填至標高-0.700m處，平均深度2m，寬度6m，長度1 250m，回填土方總量約為15 000m3。管道支架基礎部位回填土承載力滿足打樁機施工要求，基礎中間部位回填土承載力滿足上人作業、架設測量儀器放線要求，一邊回填一邊利用挖掘機清理河道西側淤泥過高部分，保持河道排水通暢。

2.2.2混凝土灌注樁施工

此工程樁基礎采用鋼筋混凝土灌注樁，樁徑為600mm，混凝土強度為C30，主筋為HRB400，箍筋為HPB300，保護層厚度為55mm。有效樁長為15.5m(至標高-8.600m)，樁身鋼筋錨固進入基礎承臺中≥750mm。 單樁承載力特征值Ra=1 000kN，每個樁基承臺下4根樁，共204根。樁身施工前需進行試成孔，未出現縮頸、塌孔、回淤等現象方可正式施工。樁基礎分2個施工段，平行流水作業。成樁作業結束后需進行檢樁試驗，所有樁應符合設計及樁基檢測技術規范要求。

2.3 管道支架基礎施工技術

2.3.1深基坑支護及開挖

1)鋼板樁支護及土方開挖 管道支架基礎底標高為-8.600m，回填土表層標高為-0.700m，單個基坑開挖平面尺寸為6.4m×6.4m，開挖深度為7.9m(回填土層厚約2.0m，淤泥質土厚約5.9m)，屬于深基坑開挖。同時，由于施工場地存在地下水位高、滲水量大等不利地質因素，因此，采用多支撐拉森Ⅳ(SP-U400×170×15.5)型鋼板樁和I40a鋼圍檁的基坑支護方案。根據河北省危險性較大建設工程安全專項施工方案編制及專家論證審查辦法要求，編制了專項鋼板樁支護施工方案，并進行專家論證。場地平整、放線定位后打入拉森鋼板樁，基坑分層開挖及設置圍檁橫向支撐按表1標高進行。

表1 基坑分層開挖及圍檁橫向支撐設置標高 m

2)基坑排水 考慮到深基坑開挖施工過程中可能有地下水涌出，因此，需采取相應排水措施，在基坑底部開挖臨時排水溝，各拐角點設置集水井，利用泥漿泵抽出基坑內積水，以確保基坑施工安全。在基坑角部設置1只直徑0.6m、高0.8m特制雙層鍍鋅鐵皮水桶，水桶內外壁打φ8mm孔洞，內外壁間填置棕櫚樹皮濾水材料，桶內設置水泵抽水。由基坑底回填碎石至-8.700m，回填碎石層下部為0.6m厚粗粒徑碎石，濾水快；上部為0.2m厚細粒徑碎石，便于基礎墊層施工。鋼板樁縫隙滲水及基坑底上反水通過碎石濾水層內埋設的水泵抽出，作業面保持干燥平整[7]。

2.3.2混凝土基礎施工

管道鋼結構支架采用杯口基礎，基礎混凝土強度等級為C30，主筋HRB400，箍筋HPB335，受力鋼筋混凝土保護層厚55mm。管道鋼結構支架共51個，其中固定支架14個，滑動支架37個。支架基礎共51個，即1個支架由1個基礎承托，其中固定支架基礎為4支柱基礎，滑動支架基礎為2支柱基礎。基礎頂面杯口深度為850mm，杯口底部預埋50mm厚鋼板，管道鋼結構支架插入杯口，立于鋼板上，防止杯底混凝土局部受力過大而破壞。

2.4 管道安裝敷設技術

2.4.1管道鋼結構支架預制

管道鋼結構支架梁柱為H型鋼，柱間支撐為角鋼和槽鋼。按施工圖放樣，鋼材下料前必須先校正，校正后的偏差值不應超過規范規定的允許偏差值，以保證下料質量。H型鋼采用半自動焊，其上、下翼緣不得在跨中1/3范圍內接頭，上、下翼緣板和腹板的拼接應采用加引弧板(其厚度和剖口與主材相同)的對接焊縫并保證焊透，三者對接焊縫不應設置在同一截面，應互相錯開200mm以上，與加勁肋亦應錯開200mm以上，上、下翼緣板和腹板焊接次序如圖2所示。焊接全部完成后，應將毛刺等殘留物及螺栓孔四周打磨平整。焊縫冷卻24h后，對所有焊縫進行外觀檢查并記錄，對所有H型鋼對接焊縫進行超聲波探傷檢測。構件經質量檢驗合格后進行除銹并涂刷油漆，涂料及漆膜厚度應符合設計要求或施工規范規定，最后在構件指定位置標注編號。

圖2 焊接順序

2.4.2管道加工、預拼裝

本工程涉及的高爐煤氣管道(φ2 820)和焦爐煤氣管道(φ1 220)采用成品螺旋焊接管，螺旋焊接管單根長12m，高爐煤氣管道和焦爐煤氣管道的單節加工長度均約為26m(1個管道支架間距)。采用BIM軟件建立全程管線模型，實現各節管道、補償器和閥門等的精確排管，準確計算每節預制管道(含補償器)加工長度[8-9]。

加工過程中，采用電動坡口器切割焊接坡口，而后使用工具式管道對口器卡緊管道外口(見圖3)，使用特制千斤頂對管道內部進行整圓對口(見圖4)。焊接時，先進行對稱點焊固定，再采用氬弧焊內外各焊接1遍，最后利用手工電弧焊焊接，里口1遍，外口2遍，共5遍。焊口探傷合格后，進行打磨除銹、噴漆防腐、編號[10]。每節管道加工完成后，均要與相鄰管節進行預拼裝對口，預拼裝同樣采用工具對口器和特制千斤頂進行整圓對口，從而避免吊裝過程中在高空切割長管或接長短管，減小吊裝及對口焊接的施工難度，提高施工效率。

圖3 工具式管道對口器

圖4 特制千斤頂整圓器

2.4.3管道吊裝

高爐煤氣管道、焦爐煤氣管道和φ108高壓蒸汽管道安裝位置如圖5所示。管線總長1 313.6m，共設51個支架，滑動支架間距25m，固定支架與兩側相鄰滑動支架間距均為26m，如圖6所示。由于管道沿線地理環境較為復雜，共有3處特殊支架間距，分別為22.2，32，56.6m。根據各類管道安裝位置關系，確定吊裝設備如表2所示，2個班組流水作業，有效提高了吊裝效率。

圖5 管道及支架剖面

表2 吊裝設備

圖6 管道吊裝方案

鋼筋混凝土基礎及鋼結構支架施工安裝完畢并滿足管道吊裝強度后，開始吊裝管道。按標記序號使用加長載重車將管道運至河道邊，根據預排吊裝順序依次吊裝，吊裝方案如圖6所示。首先使用2臺20t起重機，先吊起1節焦爐煤氣管道小①，從起始固定管道支架左端中部承托梁處插入，再回調至管道兩端放置于支架上，調整到位；吊起第2節焦爐煤氣管道小②，先插入右端支架，回調到位對接，左端起重機停車，固定管位，焊接。按以上方式依次吊裝小③和小④。待焦爐煤氣管道小①和小②焊接完成后，將高爐煤氣管道大①和大②運至河道邊進行對口焊接，完成后使用2臺100t起重機起吊，放置于管道支架上部，調整到位。待焦爐煤氣管道小③和小④焊接完成后，按照同樣方式在地面將高爐煤氣管道大③和大④對口焊接，而后吊裝就位，最后將大①、大②段與大③、大④段對口焊接。按以上方案吊裝，可保障高爐煤氣管道和焦爐煤氣管道吊裝工作交替平行流水作業，互不干擾，大大提高了施工效率。管道吊裝完成后，還要進行焊口探傷、管道打壓、防腐、噴漆找補等工作。

3 結語

1)本工程管道沿線多為灘涂或低洼地等地質條件較差區域，且管道穿越架空于河道之上，采用回填河道、混凝土灌注樁、拋土擠壓、拉森鋼板樁等施工技術，避免了水下打樁，較好地解決了軟土層深基坑(臨近鐵路、管線)支護和開挖難題。

2)施工區域地下水位線較高，且地處河道內，因此，基坑排水至關重要。本工程在基坑超挖基礎上，在基底先鋪設0.6m厚粗粒徑碎石層，便于快速濾水；再鋪設0.2m厚細粒徑碎石層，便于基礎墊層施工。采用臨時排水溝、集水井和專用排水設備等實現快速排水，解決泥水作業面施工問題。

3)采用BIM軟件輔助計算，實現管道、補償器、閥門精確排管，采用工具對口器和特制千斤頂進行整圓對口，保證了管道精準對接，解決了大口徑管道高空吊裝作業難題。