狹窄河谷段天然氣管道開挖施工方法應用研究

李義祥

（大慶油田工程建設公司國內工程事業部西南分公司，黑龍江大慶 163000）

1 狹窄河谷段管道施工特點

在狹窄河谷段進行天然氣管道的管溝開挖、運管布管施工施工需要針對性的工法，利用導流管及導流渠將河谷段截流，在狹窄河床上開挖管溝，采用連續混凝土覆蓋方式穩管的施工方法已經證明是當前天然氣管道施工領域最有效的方式。該工法原理是采用削峰降坡半挖半填的方式修建進場施工便道，在施工段臨時搭建導流渠，在施工段兩端設置臨時圍堰將河谷施工段截流，將河渠水抽干后，在河床上開挖管溝并進行管道布管、組焊，采用混凝土連續澆筑方式進行穩管。相較其他施工方法，該工法不僅對河谷地貌破壞的程度較小，而且解決了狹窄河谷段無施工作業面的問題，具有施工周期短、安全性高的特點，尤其適合河床為石方的地質情況。

2 施工流程及操作要點

2.1 施工流程

在狹窄河谷段的天然氣管道施工中進行管溝開挖、運管布管施工的主要流程是施工便道修建→臨時料場修建→導流渠修建→圍堰引流→施工段河谷排水→河床清理及管溝開挖→管材倒運及布管→管道組焊、檢測、防腐→區段管道單體試壓→管道橡膠板外防護→漫水壩砌筑、模板安裝→管溝混凝土連續澆筑→模板拆除、片石回填→塊石土回填、場區平整→圍堰拆除、導流渠拆除→施工便道恢復。

2.2 主要施工機具和材料

主要施工機具和材料見表1。

表1 主要施工機具和材料

2.3 操作要點

2.3.1 施工便道及臨時料場修建

施工便道修建方式主要包括新建、改建、整修三種。施工前必須先進行現場地貌踏勘，并與當地村民達成共識，優先選擇“整修”方式修建便道，如必須進行新建便道，則提前與村民協調好后續便道的恢復、留存意見以及地貌恢復手續，方可進行后續施工。

山坡地段新建便道采用挖掘機削峰降坡、半挖半填的方式挖填施工，便道走向按“Z”字盤繞方式進行，在適當位置加修回旋平臺，為穩定凹地回填路段路基，在需填方段用袋裝土袋堆碼形成擋土墻，在靠近山體側開鑿臨時排水溝。

施工便道路修建相關數據可根據實際情況選擇，為保障設備通行尤其運管車輛通行順暢、安全，通行路面寬度最少控制在3m以上，路面坡度控制在20°以下，轉彎半徑控制在8m以上。

臨時料場修建需結合現場地貌，在施工便道與施工作業帶間相對平緩處進行平整，搭建堆管場及臨時料場。臨時料場的修建標準以滿足施工區段物料存放需求、滿足材料轉運車輛進出場便捷、滿足物料存放安全為標準，具體參數現場確定。

2.3.2 導流渠修建

狹窄河谷段導流渠修建需滿足以下原則：①保證河谷段水流正常排放量及施工期間的應急排放量，不影響上下游生產生活；②修建位置及修建方式合理選擇，減少對地貌的改變及減少水土流失；③本著合理、經濟、有效的原則，控制施工工作量及施工工期。

導流的方法主要包括安裝導流管、挖設導流溝、砌筑導流渠三種，當排水量較小時，優先考慮導流管安裝，當施工區段土質便于開挖時，優先選擇導流溝挖設，當施工區段石方較多不便開挖時，優先選擇導流渠砌筑。

需注意的是挖設導流溝時需在溝內鋪設多層塑料布或防滲布，防止水土流失及導流溝垮塌。

2.3.3 圍堰引流及施工河谷段排水

當導流渠修建完成后，施工段上下游利用挖溝機取土，堆筑圍堰并開挖引流。根據施工區段的長短、排水量多少，提前預備發電機及排水泵數量及位置，待河谷段被圍堰截斷后，利用排水泵將施工段存水抽放至導流渠內外排。

需注意的是狹窄河谷段一般為周邊地貌的最低點，通常會有暗流從山體巖石縫隙滲入河谷，但地表面卻看不到，所以需結合實際情況計算河谷返水頻率、周期，合理安排重復抽排水時間。

2.3.4 河床清理、管溝開挖

待河床排水基本完成后，挖溝機進場對施工段河床進行清理，并根據石質抗壓強度檢測數據，合理選擇管溝開挖施工方式。

管溝開挖根據施工作業面大小、施工難度、施工工期要求等條件合理調配施工設備，通常可采用“破碎機+挖溝機”“挖溝機+轉換破碎頭”“人工+水磨鉆機”等方式，亦可結合實際情況進行優化組合，例如：“挖溝機+轉換破碎頭+水磨鉆機”，利用水磨鉆機進行分割開槽留縫，利用挖溝機帶破碎頭進行石方破除分離，利用挖溝機帶斗進行石方清理，達到最優效果。

管溝開挖時，開挖深度需保證河床下基巖內管頂埋深600mm以上，開挖寬度需保證管道外壁兩側至少500mm空間，管溝開挖坡度根據實際地質情況選擇。

管溝開挖的土石方可根據實際情況在河床旁施工便道上平整堆放，堆放高度不能超過1.5m，堆放位置需距離溝邊1m以上，部分多余石方可根據石質情況，選擇外運，用于水工保護施工用料。

在管溝開挖過程中，由于巖石縫隙滲水，需合理安排抽水頻率。

2.3.5 管材倒運及布管

管材可利用運管車通過修建的施工便道，運送至臨時料場存放，待管溝開挖及土石方平整轉運工作完成后，利用挖溝機背管，進行施工區段的管材運布管工作，針對狹窄河谷段的地下水多，溝內作業面狹小，施工工期短的特點，采用溝上布管的施工方式進行施工。

2.3.6 管道組焊、檢測、防腐

管道采用溝上組焊、無損檢測，整體下溝，溝下補口、電火花檢漏的方式進行施工，管道焊口100%進行RT檢測，檢測合格后利用多臺挖溝機吊裝整體下溝，管道下溝前在溝下提前堆筑好土袋，管道下溝就位后，所有焊口進行100% UT檢測，檢測合格后，進行焊口補口，河床段管道補口完成后，整體進行電火花檢漏，檢漏合格后，在管道外壁通包δ10橡膠板進行管道防腐層保護。

2.3.7 管道單體試壓

狹窄河谷段需進行單體試壓，試壓標準按 GB 50369—2014規范要求執行，需注意的是試壓用水可就地從導流渠內取水，試壓排水可就地排放至導流渠內，但取水前及排水前需在監理見證下對水質進行取樣化驗，合格后方可進行后續施工，同時清管測徑必須符合相關要求。

2.3.8 漫水壩砌筑

為防止河床因施工后土質松動造成水土流失，在管道試壓完成后，在河谷段每間隔30m設置1處漫水壩，漫水壩采用漿砌石方式施工，對施工區域河床進行清理，將漫水壩基礎砌筑在河床底部基巖上，漫水壩墻體嵌入河床兩端堤岸至少500mm，根據河谷實際排水量，適當選擇漫水壩外露河床以上的高度，通常控制在500～800mm，漫水壩砌筑時石塊間需坐漿飽滿，外勾皮帶縫。

2.3.9 連續混凝土澆筑穩管

采用石砌方式或支木模方式進行模板安裝，模板內部尺寸宜為高度超出管頂610mm，寬度1 500mm。混凝土采用商砼，可根據實際情況對便道進行修繕或鋪設鋼板，確保商混車通行。混凝土澆筑前必須進行工序交接并簽字確認，尤其管道定位測量復測、管道電火花檢漏、通信硅芯管套管安裝檢驗工作是重點。

2.3.10 片石回填

待混凝土養護2～3d后，拆除模板，對河床底部管溝開挖區域與混凝土澆筑區域的空隙處采用片石進行回填，并在片石的空隙處注入水泥砂漿填充，以保證河床的穩定及管道的安全。

2.3.11 河床恢復

利用塊石、碎石、河流石及土分層回填，對河床進行恢復，恢復完成的河道需與當地村民共同確認，達成一致后方可進行后續施工。

2.3.12 圍堰拆除、導流渠拆除

河床恢復工作完成后，在施工段上下游，利用挖溝機進行圍堰拆除、引流工作，待河谷水流恢復正常后，再進行導流渠的拆除，拆除的建筑垃圾運至指定地點存放。

2.3.13 施工便道恢復

按施工前與村民協調好的施工便道恢復、留存意見進行后續地貌恢復，需注意的是通常山坡段的施工便道在施工完成后無法進行原貌恢復，都進行保留，作為村民后續生產生活的通道，施工前的路由選擇必須與村民溝通，達成一致后方可施工。

3 全過程節點施工控制

3.1 質量控制措施

（1）實施質量績效考核，按照質量考核獎罰細則，獎勵質量創新和對提高質量有突出貢獻的人員，施工班組實施優質優價工資政策，通過對工程實體質量一次合格率的考核，以質檢人員在施工任務單上加乘質量系數的方式，對施工班組進行獎罰。具體獎罰措施根據企業工程質量績效考核管理辦法實施。

（2）加強分包工程質量控制。查驗分包隊伍主要管理人員資質，對分包隊伍進行質量管理交底，明確應執行的制度和程序文件，把分包工程納入公司質量體系控制之下，監督主要管理人員到位和履職情況，對分包工程進行有效監控。

（3）嚴格進貨檢驗制度，按進貨檢驗計劃安排實施檢驗，把住材料進場驗收關，杜絕不合格原材料、設備和構配件的使用。

（4）強化過程檢驗，實行三工序管理，“三檢制”控制，班組自檢數據要標注在工程實體上，專職質檢員在檢查工程質量的同時，要核驗班組自檢的準確性和有效性，把好工程過程質量交驗關。

（5）關鍵工序、特殊工序的作業指導書由技術員填寫好發給工序作業人員，技術、質檢人員負責對其實施全過程監督檢查。

3.2 安全控制措施

（1）在山坡側設置鋼管防護，并懸掛醒目安全警示標識。

（2）在陡坡下，山腳下依靠可靠地勢，修筑落石坑，擋石墻，防止山上滾石、落石掉落發生傷害及財產損失事件。

（3）備用多臺發電機組及排水泵，預防突發山洪造成泄流現象。

（4）沿施工便道設置引、排水溝，防止積水造成便道塌陷，形成泥石流。

（5）對進場施工人員進行安全教育、培訓及安全技術交底，并組織有針對性的應急演練。

3.3 環保控制措施

（1）對排放水進行取樣化驗，防止外排水污染環境。

（2）所有機械設備定期進行維護保養，并設置漏油收集桶，防止油污污染環境。

（3）用電動三輪車拉水，派專人定時對施工便道進行灑水，防止揚塵污染環境。

（4）在施工區段放置垃圾桶，定期回收，防止垃圾污染環境。

4 應用實例及效果

2018年大慶油田工程建設公司承擔施工了楚雄-攀枝花天然氣管道工程的AE140-AE142樁恩就山河谷段施工，恩就山河谷段屬于典型的狹窄河谷段，如采用常規的“圍堰+引流+大開挖”施工方法則必然會對環境造成較大的破壞且影響施工工期，導致施工成本居高不下。而通過利用導流管及導流渠將河谷段截流，在狹窄河床上開挖管溝，采用連續混凝土覆蓋方式穩管的施工方法，施工效率得到了大幅提升，與通過常規方法模擬演算對比，該工法至少可以縮短15d的施工周期，不僅可以有效降低施工帶來的各種安全與環境風險，滿足業主對工程的嚴苛要求，而且可以有效降低施工成本，提高工程項目效益。

以恩就山河谷段天然氣管道施工為例，本工法同傳統的施工方法的成本對比如表2所示。

表2 本工法同傳統施工方法成本對比

5 結束語

利用導流管及導流渠將河谷段截流，在狹窄河床上開挖管溝，采用連續混凝土覆蓋方式穩管的施工方法在狹窄河谷段天然氣管道的管溝開挖、運管布管施工具有獨特的優勢。

1）與常規“圍堰+引流+大開挖”施工方法相比，本工法施工作業面占用小、施工周期短、安全性高，對河谷地貌破壞的程度較小。

2）與常規“圍堰+引流+大開挖”施工方法相比，在石方段破碎開挖及施工作業面平整開挖上能有效0縮短工期，軟件模擬及實際應用應用表明本工法施工工期至少能縮短15d。

3）與常規“圍堰+引流+大開挖”施工方法相比，增加了連續混凝土穩管的工作量，漫水壩水土保持工作量，減少了施工作業面開挖的土石方作業工作量及土石方轉運工作量。