采用控制性開挖沉管作業(yè)對漂管進行沉管復位施工設(shè)計

1、采用控制性開挖沉管作業(yè)對漂管進行沉管復位施工設(shè)計2011年7月受特大暴雨沖刷影響,管道在湖北省長陽縣榔坪鎮(zhèn)沿榔坪河谷敷設(shè)ZW304+450、ZW306+060段發(fā)生漂管險情,造成管段裸露。管道軸向、水平方向均發(fā)生變形。局部管道產(chǎn)生形變疊加,嚴重威脅管道運行安全。根據(jù)忠縣-武漢輸氣管道長陽縣段線路工程地質(zhì)勘察報告,該段管道主要在河漫灘敷設(shè),主要地層巖性為卵石和砂礫石、細砂組成,成分以灰?guī)r為主,厚度大卵石層厚度為0.50.8m,0.8m以下為砂礫石層,地下水位深度01.5m,水質(zhì)較好,對管道弱腐蝕。該段河道最大沖刷深度為1.93m。2012年3月對兩處管段實施沉管復位施工。ZW306+060段管道

2、管頂最小埋深為0.06m;在里程0+135-0+285段埋深在0.061m之間,沉管段長度為150m,兩側(cè)過渡段長度均取100米。管道兩側(cè)510m外為高速公路修建重力式混凝土擋渣墻,墻背后棄渣高度在3050m之間。擋墻墻高8m,部分地段基礎(chǔ)已懸空。如在此地段進行沉管工程施工存在重大的安全隱患。原管溝開挖一次成型單獨設(shè)明渠導流設(shè)計方案出于安全考慮,擋渣墻基礎(chǔ)前一定范圍內(nèi)(條件允許的地段3m)不允許開挖,以減少對擋渣墻的擾動。兩側(cè)擋渣墻間最小間距為13m,留出擋渣墻安全距離和導流溝寬度后,因受現(xiàn)場環(huán)境限制,設(shè)計單位按常規(guī)方法通過計算得出管道最大沉降量Δ= -1m。為保證沉管工作順利開展

3、,結(jié)合管道完整性、可操作性、安全性等情況,本文對比分析兩個管溝開挖實施方案:管溝開挖一次成型單獨設(shè)明渠導流;控制性單側(cè)開挖管溝分次成型、導流渠與管溝合并設(shè)置,并選擇第二方案,在受限條件下管道沉管施工中防止了重力式混凝土擋渣墻因施工擾動發(fā)生傾覆對管道和施工人員造成的毀滅性災難的重大安全隱患,又使管道達到了理想沉降深度,在忠武輸氣管道榔坪河谷沉管工程上取得了成功應用。1 K306+060段管道沉降值Δ的確定1.1 管道最大允許跨度確定。根據(jù)現(xiàn)役管道的不停輸移動推薦作法附錄E計算如下:式中:S為管道彈性截面模量,W為單位長度輸氣管道重量,SA為管道軸向彎曲應力。經(jīng)計算,最大允許跨度為30

4、.1m?？紤]到在實際施工中,焊口部位比較脆弱,布置支撐墩時應避開環(huán)形焊口。結(jié)合單根管道長度和計算出的最大允許跨度,確定直管段支撐間距不得大于20m。1.2 沉降量確定根據(jù)勘測資料:ZW306+060段管道管頂最小埋深為0.06m;根據(jù)忠縣-武漢輸氣管道長陽縣段線路工程地質(zhì)勘察報告:該段河道最大沖刷深度為1.93m。管道兩側(cè)510m外為公路擋渣墻,管溝開挖深度受限,管道只能沉降到一定深度。分析現(xiàn)場情況,擋渣墻為重力式擋土墻,墻高8m,0+135-0+285段基礎(chǔ)已裸露,出于安全考慮,擋渣墻基礎(chǔ)前一定范圍內(nèi)不允許開挖,以減少對擋渣墻的擾動。兩側(cè)擋渣墻間最小間距為13m,留出距擋渣墻安全距離和導流溝

5、寬度后,開挖管溝最大上開口寬度為6m,考慮管溝下底寬2.5m,則可推算出開挖深度為1.7m,如解決了擋渣墻基礎(chǔ)距管道最近段的穩(wěn)定性、同時解決地表水的沖刷、地下水的涌出等問題,管道最大沉降量Δ= -1.5 m理論上可以實現(xiàn)。2 施工流程設(shè)計2.1 定位測量施工前要與忠武輸氣管道轄區(qū)分輸站取得聯(lián)系,由設(shè)計單位到現(xiàn)場指定ZW306+060樁的準確位置及管道的大體走向。分別由ZW306+060樁點所在位置開始,用RD4000PCM雷迪;管道探測器將沉管區(qū)段內(nèi)的忠武管道進行準確定位,并在地面釘木樁作出明顯標記,木樁間距不10m。在木樁上要求標明管道的實際埋深,并做好相應的記錄。管道定位后按照

6、設(shè)計圖給出的相關(guān)位置,將需沉管段在實地放線測量確定兩端點并設(shè)標記樁定位,然后從兩端點開始沿管道中線位置向外各延伸需沉管過渡段長度并在端點設(shè)標記樁定位,將需沉管段加上兩端過渡段之和作為整個沉管開挖管溝長度。用水準儀進行測量高程,用百米尺確認管道長度,定位測量后為驗證測量數(shù)據(jù)的準確性,任意選擇幾處標記點采取人工開挖探坑的方式,核對測量位置、深度等數(shù)據(jù)是否與實際相符。探坑開挖過程中應采取有效措施,防止對管道防腐層造成損傷。2.2 拆除搶險時保護措施2.2.1 沿沉管區(qū)域在施工前每隔50m開挖井點降水坑,坑深6m。并設(shè)置200抽水泵8臺。24小時抽水降低施工區(qū)域的地下水位,直至沉管結(jié)束。2.2.2 拆

7、除護坦、硬覆蓋及管段管頂覆土清除。在沉降段內(nèi)拆除作業(yè)帶區(qū)域內(nèi)的護坦及硬覆蓋,根據(jù)前期定位測量及人工開挖探坑的結(jié)果,逐段按照管道的埋深開挖管頂覆土,每隔11m設(shè)置1m×1m×1m支墩和壓墩。開挖前應首先試挖一點以核對前期測量結(jié)果,確認無誤后方可進行連續(xù)開挖。2.2.3 管道暴露后,在補傷完成后采取全管段上覆蓋編織袋砂袋的方式防止防腐層在施工時再次損壞及管道在解除上層土束縛后變形量過大。2.2.4 在開挖過程中應根據(jù)需要,在管溝內(nèi)每1020m設(shè)置一個積水坑,坑內(nèi)設(shè)置水泵,隨時排除管溝內(nèi)積水。2.3 管道測量管道暴露后,用水準儀對管道縱斷面標高和平面位置進行復測,對管位、彎管

8、等進行準確定位,同時應及時記錄相關(guān)信息并根據(jù)復測后實際情況確定或調(diào)整相應的沉管方案和實施措施。2.4 過渡段的調(diào)配在對管道縱斷面標高和水平位置進行復測及對管位、彎管等進行準確定位后,應根據(jù)現(xiàn)場實際情況適當調(diào)整分配兩側(cè)過渡段的長度以滿足實際沉管的需要。2.5 無損探傷復查忠武管道在該段內(nèi)的竣工資料,檢查鋼管出廠合格證及相應的焊接檢驗記錄,對照標準判斷焊口是否合格。對有異常情況的環(huán)焊縫和彎管等特殊管段焊口必須進行無損探傷檢測并形成相關(guān)檢驗記錄。2.6 防腐補口根據(jù)探傷結(jié)果對防腐層破損處用的粘彈體進行補傷;拆除沉降段內(nèi)環(huán)形焊縫原有全部熱收縮套,用電動鋼絲刷清除殘留物,最后用中央制塑冷纏帶按照企業(yè)規(guī)范

9、對環(huán)形焊縫及粘彈體填充部分進行纏繞保護施工,冷纏帶需要用電吹風邊吹邊纏繞。2.7 設(shè)標記樁將沉管段長度以及兩側(cè)過渡段按間隔5m等分設(shè)標記樁并編號(編號從0起)。2.8 起吊墩設(shè)置采取導鏈法沉降,需要設(shè)置起吊墩。在每間隔11m標記樁處設(shè)置起吊墩,起吊墩的位置應該避開管道環(huán)焊縫位置,距離不小于3m,支墩坑尺寸為:底口4m(寬)×3m(長),坡比為1:0.33,管線支墩坑全部采用人工開挖,支墩采用編織袋裝沙壘砌,兩側(cè)與管溝壁填塞嚴實,避免塌方。根據(jù)管溝開挖后管位實際情況,為防止沉管過程中造成應力集中,在彎管兩側(cè)和中間部位必須增設(shè)支墩。支墩開挖時應采用抽水泵及時將坑內(nèi)積水排出,確保支墩牢固

10、穩(wěn)定。2.9 管溝開挖支墩施工完畢后,管線兩側(cè)5m采用人工方式開挖管溝。管溝開挖前將管道上的壓重袋全部移到支墩上面,以免影響管溝開挖,為便于管道下沉操作,管溝底寬為6.5m,管溝深度應超挖200mm。5m以外開挖采取機械方式,邊坡坡度11.5,兩側(cè)用雙層沙袋砌護,防止塌墩,根據(jù)具體情況適當加鋼管支護,發(fā)現(xiàn)管邊有滑塌跡象者及時進行支護。2.10 管道沉降2.10.1 導鏈法需按50cm下沉量為一個階段,在每階段下沉操作完成后,對管道應進行一次環(huán)焊縫外觀檢查。在沉降達到最大沉降量的1/2時,應對特殊的環(huán)焊口進行一次超聲波檢查,檢查合格后方可進行下一階段的沉管。為了不使管道縱向受壓,防止彎頭產(chǎn)生變形

11、,在沉降過程中,應采取措施保證彎管整體沉降。(如有彎管或彎頭)為保證管道位移時均勻受力,管道在位移時應每隔11m,設(shè)置吊點,吊點采用編織袋砌筑的固定起吊墩上架設(shè)6m長的315無縫鋼管作為橫擔架設(shè),鋼絞線環(huán)扣穿橫擔連接10T手動葫蘆,通過指揮使得位移能夠統(tǒng)一協(xié)調(diào)進行,避免在位移過程中出現(xiàn)應力集中現(xiàn)象。為保證下沉操作安全,在每處應配備起吊設(shè)備不少于3臺。并且應配置足夠數(shù)量的橫擔和手動葫蘆等設(shè)備。下沉操作時,管溝內(nèi)嚴禁站人。為便于管道下沉操作,一般段管溝底寬不應小于3.0m。具體步驟:沉降前應對管道外防腐層進行一次全面的電火花檢漏,在確認管道無損傷之后進行管道沉降工作。如有損傷及時補傷,補傷完成后為

12、避免防腐層在沉降過程中在次損壞對管線全段包裹毛氈。沉管過程按照單雙數(shù)支墩分別下降的次序來進行。首次利用起吊裝置從編號為1的支墩開始依次將編號為單數(shù)的支墩處管道吊起離開支撐墩,起吊高度以管道離開支墩為準,同時撤掉一層沙袋(約100mm),沙袋堆放在管溝邊上,然后將管道緩慢回落,待全部編號為單數(shù)的支墩撤掉一層沙袋后管道承重于雙號支墩上,再按照相同的方法將編號為雙號的支墩上的管道依次吊起并撤掉兩層沙袋,然后緩慢回落直至管道落在單號支撐墩上。為了不使管道受壓,防止彎管產(chǎn)生變形,在沉降過程中,應在彎管兩側(cè)設(shè)置吊點保證彎管隨直管段整體垂直沉降,確保彎管段不發(fā)生角度改變,不產(chǎn)生應力集中,示意如圖1。管溝底部

13、采用回填細土鋪墊,厚度約為200mm,管道頂部300mm以下采用編織袋袋裝土堆填,管頂1.0m以下部分管溝全部采用人工回填卵礫石。過渡段范圍內(nèi)自沉管端點至開挖端點逐漸減少各個支墩的沉降量,各支墩的具體沉降量根據(jù)現(xiàn)役管道的不停輸移動推薦做法計算方法來計算確定。在沉降至設(shè)計標高一半時對相關(guān)環(huán)焊口進行一次無損探傷復檢,并比照初始記錄判定是否存在缺陷損傷和擴展。確認無誤后再繼續(xù)沉降直至設(shè)計標高。2.11 沉降量數(shù)字化控制沉管測量,是指挖出管道到沉管結(jié)束整個過程中的測量。當管道頂裸露在外時對管道進行測量,測出管頂標高,作為整個沉管測量的控制測量。根據(jù)設(shè)計給的沉管后最終管頂標高,計算出管道的總沉降量。(總

14、沉降量=裸露時管頂標高-設(shè)計給的沉管后管頂標高)當整個管道懸空、做好支撐后對管道頂再次進行精確測量,得出管頂標高,根據(jù)設(shè)計給的沉管后最終管頂標高,計算出管道的沉管過程沉降量。(沉管過程沉降量=管道懸空時管頂標高-設(shè)計給的沉管后管頂標高)得出沉管過程沉降量后,用標桿法對整個沉管過程進行測量控制,這種測量法既操作簡單,又醒目可見。(如圖2所示)標桿的制作,標桿選用直的、光滑的、比較堅硬的桿子。在桿子上面做好10cm為單位的刻度。為了醒目其間,標桿可做成紅、白相間。標桿的長度根據(jù)現(xiàn)場實際所需的長度確定。標桿穿進指針套管,一端用膠帶固定在管道上。橫梁選用直的且堅硬的桿子,兩頭要牢固的固定在起吊墩上,使

15、橫梁不要擺動。指針采用比標桿稍粗一點的塑料套管,固定在管道正上方的橫梁上。在正對指針套管下口的標桿處用藍顏色的塑料膠帶做標記,在標桿的上方標出已計算好的沉管過程沉降量做好標記。等管道下沉到,指針套管的下口指到標桿最上方的標記處證明管道沉降到位。沉管作業(yè)全部做完之后,對管道進行最終測量,測出管道頂標高。最終測量的目的是對管道總沉降量的校核,確認管道以達到設(shè)計要求下沉的位置。用標桿法對沉管過程進行控制測量醒目、直觀、簡單,既是普通工人給他稍作說明他也會懂,在整個過程中也利于操作。橫梁、標桿可二次利用,大大的降低了成本。在技術(shù)上有著明顯的改進,以前沉管過程中的測量,是拿竹竿代替標桿用或用鋼卷尺直接量

16、,這些做法都不科學更不便于操作,對沉管精確度的影響非常大。標桿法直接從目視的角度轉(zhuǎn)變到了數(shù)字化,既科學有便于操作。2.2 無損探傷復核管道確定到達設(shè)計高度后,再次對上述環(huán)焊口進行無損探傷,以確定管道是否存在損傷。2.3 防腐補口、補傷補口:清除失效的補口絕緣層、機械除銹達St3、兩側(cè)的PE帶表面打毛、纏粘彈體一層、安裝熱收縮帶;補傷:清除失效的補傷絕緣層、機械除銹達St3采用比損傷處實物各邊緣大于10cm的粘彈體進行補貼,然后沿軸線方向在距損傷處兩邊各150mm寬之處纏繞高壓絕緣膠帶。2.4 管溝回填管道沉降至設(shè)計標高前應預先在管溝底部鋪墊厚度200mm的細土墊層。管道頂部300mm以下采用編

17、織袋袋裝土堆填。管頂1.0m以下部分管溝全部采用人工回填。人工填到管頂1.0m后改為挖掘機回填,分層壓填密實至地表高度。2.5 地貌恢復、水工設(shè)施設(shè)置和恢復管溝回填后及時恢復地貌。原有的標志樁、陰保樁按原位置設(shè)立。拆除施工臨時堆砌的截水壩和堰體,平整場地。恢復河道。3 施工關(guān)鍵技術(shù)由于ZW306+060段管中心距擋墻基礎(chǔ)小于距離為0.87m,施工受限。在對ZW306+060段沉管治理工程施工過程中需采用管溝控制性分層開挖及在未成型管溝單側(cè)多次設(shè)置導流渠和對管道兩側(cè)重力式擋渣墻基礎(chǔ)采取了打木樁、砌筑編織袋擋土墻的施工措施。通過控制性開挖施工保證管溝成型及最大限度的減少了外運土的工作量并在施工過程

18、中實時對管道兩側(cè)重力式擋渣墻進行位移和形變監(jiān)測。具體操作步驟為:1)在施工區(qū)域上游設(shè)編織袋圍堰一道截取河道內(nèi)地表水。2)在施工區(qū)域下游開挖導流渠一道,利用施工區(qū)域上下游高差對施工區(qū)域內(nèi)的地下水進行疏導。3)施工區(qū)內(nèi)的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以砂礫石為主,靠近山體兩側(cè)砌渣場吸取了大量的山體滲水以形成了兩個巨大的蓄水池。考慮降低施工區(qū)域內(nèi)擋土墻兩側(cè)的滲水,在施工區(qū)域內(nèi)設(shè)置井點降水坑。4)為降低施工對管道兩側(cè)擋渣墻的擾動采用管溝控制性分層開挖及在未成型管溝單側(cè)多次設(shè)置導流渠和對管道兩側(cè)重力式擋渣墻基礎(chǔ)采取了打木樁、砌筑編織袋擋土墻的施工措施。具體做法為:1)施工順序為按施工流程圖順序圖3所示操作。2)管道距擋土墻最

19、窄處且擋墻基礎(chǔ)懸空處的32.7m區(qū)域為最后開挖區(qū)段,將此段考慮為特殊區(qū)段。開挖順序為施工區(qū)域的上下游同時展開施工。3)管溝開挖方式采用機械配合人工方式進行。距管道中心線兩側(cè)各5米區(qū)域以內(nèi)采用人工方式作業(yè),區(qū)域以外采用機械作業(yè)方式進行。4)開挖成型管溝底寬按6.5m控制,管溝開挖寬度控制線按以管道中心兩側(cè)各6m設(shè)置。特殊區(qū)段可適當放寬管溝另一側(cè)寬度并控制最窄處管溝外側(cè)距擋墻基礎(chǔ)大放角距離不小于50cm。考慮沉管段的起、終點的管線埋深及開挖余土需外運,起、終點段的管溝的頂部寬度可適當放寬,但最寬處不大于20m。5)在開挖的同時設(shè)置支護。6)分層單側(cè)多次開挖后的管溝考慮管溝排水并最大限度穩(wěn)定管溝避免

20、管溝塌方,控制管溝頂寬過寬造成擋墻基礎(chǔ)失穩(wěn)發(fā)生傾覆需設(shè)置編織袋上覆蓋防滲膜導流渠。7)考慮管溝成型后溝底較深需設(shè)安全通道。安全通道采用編織袋修筑。8)管溝內(nèi)靠近管道附近的體積較小(體積0.3m3以內(nèi))的巨石采用風鎬破碎,體積較大的巨石采用風鎬打孔孔內(nèi)裝靜態(tài)膨脹劑的方法破碎。9)由于管溝內(nèi)的礫石含量在10%30%之間,為保證回填時礫石滾落砸傷管道防腐層,在管道進行沉降前管溝底部滿鋪填裝細砂的編織袋、沉降后管頂頂部以下管溝內(nèi)采用人工回填填裝細砂的編織袋方式回填?？拷苤艿木幙棿c管道填塞密實。防止管道局部懸空,產(chǎn)生應力。4 技術(shù)革新點與原有技術(shù)的綜合比較在役輸油氣管道不停輸移動施工中,常規(guī)做法一是在確定管道沉降值后,在管溝開挖過程中一次將管溝開挖成型;二是在管道穿越河道(谷)地段采用導流渠與管溝分別設(shè)置的方式,兩種設(shè)置的綜合比較如表1。經(jīng)過對ZW306+060段沉管治理工程施工流程的優(yōu)化,實現(xiàn)了在受限條件和重大危險源共存的條件下,管道超設(shè)計預期值的沉降。使得施工作業(yè)更加簡便,并節(jié)約了施工作業(yè)成本。技術(shù)創(chuàng)新點:通過對不停輸沉管工程中管溝開挖工序的優(yōu)化設(shè)計,使過管道在受限條件下達到超設(shè)計預期沉降深度。5 結(jié)論該控制性單側(cè)開挖管溝分次成型、導流渠與管溝合并設(shè)置的優(yōu)化方案在忠武輸