大口徑輸氣管道黃土塬地段斜井穿越施工工法

1、中石油集團公司級施工工法（上報稿）工 法 名 稱：大口徑輸氣管道黃土塬地段斜井穿越施工工法完成單位名稱：中國石油天然氣管道局第三工程分公司主要完成人： 尹輝慶 羅順友 傅愛軍 劉小峰 杜增智中國石油天然氣管道局科技中心2010年11月目 錄第1章 前言1第2章工法特點1第3章 適用范圍2第4章 工藝原理2第6章 材料與設備12第7章 質(zhì)量控制13第8章 安全措施14第9章 環(huán)保措施14第10章 效益分析15第11章 應用實例16第1章 前言隨著西氣東輸、陜京二線、蘭鄭長成品油管道、西氣東輸二線等一系列管道工程的建設，長輸油氣管道建設進入了新的建設高潮，而這些管道的建設不可避免地要穿越黃土塬地區(qū)

2、，給黃土塬地區(qū)的環(huán)境保護帶來一定困難。而黃土塬這種特殊的地形也增加了管道施工與管道運營管理及維護的難度，這就為長輸油氣管道工程的設計理論和施工技術提出了新的課題。目前斜井穿越法是管道穿越大中型沖溝、臺地、黃土塬地區(qū)的有效施工方法，與傳統(tǒng)的大開挖方法相比，避免了對環(huán)境與植被破壞大、施工土方量多、施工進度緩慢、施工安全隱患大、地貌恢復困難、水土流失對管道運行造成威脅等諸多問題，既方便了施工，也滿足了環(huán)保的要求。在義馬-鄭州煤氣管道工程和蘭-鄭-長成品油管道工程中，斜井穿越施工方法得到了有效的運用，也取得了良好的效果，但這些都是應用在小管徑管道施工中的。在西氣東輸二線18標段的施工過程中，中國石油天

3、然氣管道局第三工程分公司將斜井穿越方法運用到了大口徑輸氣管道施工建設中，并采用新的“溜管”和回填施工工藝與之結合，使原有的斜井施工方法得到了改進，并經(jīng)總結形成了大口徑輸氣管道黃土塬斜井穿越施工工法。第2章 工法特點2.1 功能特點2.1.1 大口徑輸氣管道黃土塬斜井穿越工法工藝簡單，易于掌握和推廣；2.1.2 大口徑輸氣管道黃土塬斜井穿越工法減少了黃土塬陡坡地段的管道運輸和布管，減少了管道施工的安全風險。2.2 施工特點2.2.1 施工占地少、利于環(huán)保：與大開挖施工相比，斜井穿越施工減少了開挖降坡過程中產(chǎn)生的大量土石方量，施工占地少，而且不破壞環(huán)境，保護了黃土塬脆弱的植被，利于環(huán)保。2.2.2

4、 施工工期短、施工成本低：斜井穿越施工周期僅用大開挖施工的3/5周期，降低了施工費用，經(jīng)濟性相對較好。2.2.4 管道運行穩(wěn)定性高：與大開挖施工相比，斜井穿越施工在地下進行，減少了水土流失，增加了管道運行的穩(wěn)定性。第3章 適用范圍3.0.1 適用管徑1016mm1219mm管徑，其它管徑可參照此工藝法；3.0.2 適用于高差8m的黃土陡坡和溝壑地段；3.0.3 斜井角度大于等于20°小于等于30°。第4章 工藝原理斜井穿越工藝原理是在黃土梁上最大限度不破壞原始地貌的情況下，按照設計坡度和方向，利用黃土的易挖掘性和易成型性，采用人工進行挖掘斜井，完成后，采用“一接一”溜管法進

5、行管道安裝就位。斜井穿越采用的關鍵技術如下：4.0.1 人工開挖斜井技術：利用黃土梁地區(qū)土質(zhì)的易挖掘性和易成型性，按照管線設計坡度和方向，進行人工開挖掘進，開挖過程中須準確控制開挖走向和坡度。4.0.2 管道“一接一”安裝就位技術：利用摩擦力和管道自身重力作用，采用卷揚機和滑輪組進行調(diào)節(jié)控制，直至將安裝管道全部牽引進斜井內(nèi)。4.0.3 斜井回填技術：在主管穿越之前在井內(nèi)開挖溝槽，用鍍鋅鐵皮制作泥漿溜槽，管道穿越完成后，用攪拌機將泥漿攪拌均勻后，沿泥漿溜槽下滑填滿斜井井壁與管道之間的空隙。第5章 施工工藝流程及操作要點5.1 施工工藝流程測量放線作業(yè)帶清理施工便道修筑人工開挖斜井硅管管溝和回填溝

6、開挖施工平臺修筑硅管套管和回填鐵皮敷設管道包裹管道安裝就位管道“一接一”焊接安裝就位回填水工保護地貌恢復第一段“二接一”管段預制5.2 操作要點5.2.1 測量放線1 復測轉角點，測放管道中心線、溜管預制場地及施工便道占地邊界線。溜管及預制場地一般都選擇在作業(yè)帶上，且占地尺寸為管道中心線兩側各20m。2 原始地面和斜井兩端高程測量，管道中心線確定后，對斜井穿越段進行地面高程測量，以確定斜井坡度和井口位置。3 黃土梁地段斜井測量：對斜井兩端高程進行測量，同時還要對臺階之間的接點(埋深最小的臺階底部)進行測量，這些關鍵點埋深必須滿足設計要求。4 作業(yè)坑位置確定：作業(yè)坑由井口和坡道組成，井口是預制管

7、段連頭焊接的地方，斜坡道是斜井、井口和地面之間的連接線，是人員、物料、土方對外輸送的通道。位置的選擇在保證能進行溜管作業(yè)的同時，還應保證周圍有足夠的場地用于堆放物料和棄土。5.2.2 作業(yè)帶清理根據(jù)測量結果，對預制平臺以及井口占地范圍內(nèi)附屬物進行清理。5.2.3 施工便道修筑對于施工設備不能直接進入施工現(xiàn)場的地段，應修筑施工便道。1 黃土梁地段：在黃土梁地段施工設備不能直接進入施工現(xiàn)場，需修筑“Z”字型盤山道，“Z”字型盤山道寬度在58m間。2 沖溝地段：在沖溝頂部施工設備一般不能直接進入，可利用附近小型沖溝或山間小道修筑施工便道。5.2.4 作業(yè)坑開挖在斜井作業(yè)施工前，首先要進行作業(yè)坑的開挖

8、。井口的大小為坑底中心線兩側各2.5m，長度也為5m，深度應保證該點的設計埋深；斜坡道寬度應保證手推車的順利輸送，陡度以方便施工為宜。為了加快施工進度，該作業(yè)坑可通過機械挖掘完成。5.2.5 人工開挖斜井黃土塬土質(zhì)為黃土，除表層風化形成沙土比較松軟外，底層比較堅硬，在采取一定的安全措施后，可進行斜井開掘。施工作業(yè)時，根據(jù)斜井坡度選擇斜井開挖方向，一般是從頂部向下開挖。在斜井頂端將卷揚機通過鋼絲繩與手推車相連，帶動手推車從井里向井外行走，從而將挖出的土方送至井外的堆土區(qū)。為了確保手推車順利將土送到井外，在送土過程中，需有一人始終扶著小車，以控制小車的行走方向，斜井坡度為20°30

9、76;。斜井掘進施工要點：1 走向控制開挖前，應在地面上定出斜井方向，并在斜井頂上地面打木樁。井口形成后，在井外斜井方向的延長線上打一排木樁，間距以lm為宜，并用細線將木樁相連以控制斜井方向。斜井開挖到一定長度后，將井外控制引導到井內(nèi)壁上，同樣打上一排木樁，用細線相連以控制井的掘進方向。2 坡度控制對最初掏挖的斜井井口用儀器控制坡度。在逐漸掘進過程中，在井壁上打一排木樁用細線相連，該線坡度即為斜井坡度。掘進過程中隨時測量此線與地面的垂直距離，即可準確控制坡度。3 安全措施1）井內(nèi)照明：在井外設置發(fā)電機，通過電纜向井內(nèi)供電照明。2）井內(nèi)安全工作箱為了防止斜井在掘進過程中發(fā)生土塊坍落，對施工人員構

10、成威脅，采用鋼制結構制作一個井內(nèi)安全工作箱，如圖5.2.5-1所示，2名操作人員在工作箱內(nèi)進行掏土等作業(yè)，掏一段將工作箱下移一段。頂部用60mm的鋼管彎制成弧形做支撐骨架，頂部選用5mm鋼板框架采用60mm的鋼管焊接而成1m1.4m框架采用60mm的焊管焊接而成1.4m1.4m圖5.2.5-1 井內(nèi)安全工作箱3）井內(nèi)通風為保證井內(nèi)工作人員呼吸暢通，在井口放置一臺鼓風機，通過一根尼龍管向井內(nèi)供氣，隨井掘進一起向內(nèi)延伸。4）井內(nèi)通訊隨著井的掘進，井內(nèi)、井外人員之間的直接通話越來越困難。為進一步確保安全施工，使井內(nèi)、井外人員及時溝通聯(lián)系，井內(nèi)、井外人員各配置一部有線話機，以確保通訊暢通，另外還要配備

11、哨子，一旦電話發(fā)生故障，立即使用備用的哨子，提醒井內(nèi)人員采取相應的應急措施。5）風干：斜井掏完后，使井自然風干34天，撒出安全支架。6）在井口作業(yè)坑外搭設遮雨棚，防止雨水進入井內(nèi)。7）在遮雨棚外放置擋水墻，并沿墻挖排水溝。8）每天施工完成后，把井口遮擋，防止其他人員進入。5.2.6 電纜溝和回填溝開挖斜井開挖完成后，要根據(jù)設計圖紙要求和回填施工要求，在斜井底部兩側各開挖一條300mm×300mm的溝槽，以敷設硅管套管和回填用的鐵皮，如圖5.2.6-1所示：0.3m1.6m電纜溝管道1.6m0.3m回填溝圖5.2.6-1 斜井斷面示意圖5.2.7 硅管套管和回填用鐵皮安裝在斜井管道安裝

12、前，首先將硅管套管和回填用的鐵皮安裝完成，鐵皮安裝時要注意鐵皮不能露出地面，以免溜管時損壞管道防腐層。5.2.8 溜管操作坑開挖及管段預制平臺修筑在斜井施工期間，在距離井口一定距離的作業(yè)帶上平整出一塊管段預制場地，并在斜井開挖結束后，在井口處開挖出溜管作業(yè)場地（安裝卷揚機和滑輪組的操作場地）。5.2.9 卷揚機、滑輪組的安裝和第一段“二接一”管段預制1 卷楊機和動滑輪組的選擇1)通過以下公式計算管道下滑時產(chǎn)生的最大拉力F2FgFnFsF1Fn=F1Fs，F(xiàn)s= F2* （5.2.9-1）式中：Fn為管道最大拉力，F(xiàn)s為摩擦力, Fg為管道最大重力, 為斜井角度，為摩擦系數(shù)。2）通過以下公式計算

13、卷楊機最大受力F=Fn/（2*N） （5.2.9-2）式中：F為卷楊機的最大拉力，N為動滑輪的組數(shù)。3）根據(jù)以上公式可以選擇動滑輪的組數(shù)和相應噸位的卷楊機。2 將卷揚機和滑輪組安裝在操作坑內(nèi)。如圖5.2.9-1所示。3 在平臺上進行兩根鋼管 “二接一”管段的焊接預制，并嚴格按照管道施工工藝進行管道的焊接、無損檢測和防腐，以確保管道焊接和防腐質(zhì)量。圖5.2.9-1 卷揚機安裝5.2.10 管道包裹溜管作業(yè)過程中，管道防腐層和收縮套最容易受到損傷，因此，在溜管前，應用柔性物(草袋、毛氈)將管道包裹，外表用竹片保護，鐵絲捆扎牢固，以確保防腐層和收縮套(帶)不受到損傷。5.2.11 預制管段安裝就位將

14、預制好的第一個“二接一”管段的一端(斜井底端方向)焊接封頭，然后用吊管機(加長桿)直接將該預制管段吊放到斜井內(nèi)，當?shù)谝粋€預制管段尾端接近井口時停止溜管，然后與第一臺卷揚機聯(lián)接固定。5.2.12 管道“一接一”安裝就位當?shù)谝粋€“二接一”管道就位后，采用吊管機吊裝下一根管道進行對口、焊接、無損檢測、防腐和管道包裹。然后將管道與第二臺卷揚機聯(lián)接，在吊管機的配合下固定管道后解除第一臺卷揚機的聯(lián)接，之后啟動第二臺卷揚機慢慢放松鋼絲繩，管道在自身的重力下下滑，當管道下滑到一定位置時，再聯(lián)接第1臺卷揚機，解除第二臺卷揚機的聯(lián)接，如此交替進行，直到管道到達預定位置，如圖5.2.12-1所示。當管道到達預定位置

15、后，再重復以上工作，直到斜井全部管道安裝完畢。圖5.2.12-1 溜管示意圖5.2.13 回填管道安裝就位后斜井井壁與管道之間存在空隙，采用普通的回填方式難以填實。針對這種情況，西氣東輸二線東段EPC項目部組織運行單位、業(yè)主和設計在內(nèi)的各參建單位，聘請專家做了進一步論證。根據(jù)論證結果，斜井內(nèi)回填采用黃土泥漿填充的施工方法。為了防止管道在泥漿回填過程中漂浮，必須在單獨試壓完成后，管道有水的情況下進行泥漿填充。主管穿越前在井內(nèi)開挖溝槽，用鍍鋅鐵皮制作泥漿溜槽，管道穿越完成后，用攪拌機將泥漿攪拌均勻，沿泥漿溜槽下滑填滿斜井內(nèi)的空間。1 填充材料黃土泥漿采用斜井開挖的黃土，加水和適量的添加劑拌和而成。

16、添加劑可選用腐植酸鈉和水玻璃等。腐植酸鈉（HANa）為烏黑晶亮、有光澤的無定性顆粒，無毒無臭無腐蝕，極易溶于水，在漿體中用作降粘、降濾失劑，可增加漿體的流動性；水玻璃為硅酸鈉溶液狀態(tài)，硅酸鈉在以水為分散劑的體系中為無色、略帶色的透明或半透明粘稠狀液體，硬化后具有較高的強度，作為添加劑時可提高材料的強度，提高漿體硬化速度。2 施工所需設備、材料需泥漿攪拌機2臺，稱量設備1臺，鍍鋅鐵皮（厚2mm，用量根據(jù)斜井長度確定）。3 泥漿配合比 表5.2.13-1 泥漿配合比方案 （單位：重量百分比）水玻璃腐植酸鈉黃土水1%3%77%19%4 泥漿溜槽制作斜井開挖完成后，在斜井底板上，緊貼順氣流方向左側開挖

17、寬30cm、深30cm小溝槽，將用鍍鋅鐵皮加工成的溜槽（30 cm深，30 cm寬）一節(jié)一節(jié)嵌入小溝槽，形成泥漿溜槽。鍍鋅鐵皮高度不能超過斜井底板，防止穿越施工時損傷防腐層。5 斜井填充主管試壓完成后，在管道內(nèi)有水的情況下，在斜井頂部井口用泥漿攪拌機將泥漿按標準配比攪拌均勻，然后順溜槽將泥漿灌入斜井底部。為防止斜井底部泥漿的壓力過大發(fā)生泄漏，可先在斜井底部沿斜井先灌注1015m長度，待泥漿凝固后再向上填充。5.2.14 水工保護和地貌恢復由于采用斜井施工，水工保護及地貌恢復工程量較小，只需對管道焊接預制場、施工便道處和斜井進出口處進行地貌恢復和水工保護即可。第6章 材料與設備6.1 主要施工機

18、具和設備表6.1-1 主要施工機具和設備表序號設備名稱型號規(guī)格單位數(shù)量狀態(tài)備注1吊管機90T臺12焊接工程車臺13卷揚機臺2管道安裝4挖掘機PC220LC臺15噴砂車臺16發(fā)電機臺1根據(jù)卷楊機功率配置7外對口器1219mm臺18環(huán)形加熱器臺19小型汽油發(fā)電機臺2井內(nèi)照明10鼓風機臺2井內(nèi)通風11檢漏儀臺112焊條烘干箱臺113卷揚機臺1倒運土14指揮車臺115皮卡臺116客車臺117東風車臺118對講機臺219手推車臺2裝卸土21有線電話臺222安全支撐架副若干井內(nèi)支護23全站儀臺16.2 手段用料(斜井施工用)表6.2-1 主要手段用料表序號材料名稱規(guī)格單位數(shù)量備注1鋼板6×2&#

19、215;20mm張22U形環(huán)50t個103U形環(huán)25t個104工字鋼根25槽鋼200mm26枕木根107鐵皮1m寬×2mm厚m180第7章 質(zhì)量控制7.1 質(zhì)量標準7.1.1 西氣東輸二線管道工程線路工程施工技術規(guī)范Q/SY GJX0109-2008；7.1.2 西氣東輸二線管道工程管道防腐補口補傷技術規(guī)范Q/SY GJX0113-2007；7.1.3 西氣東輸二線管道工程水工保護技術規(guī)范Q/ SY GJX0118-2007；7.1.4 西氣東輸二線管道工程線路焊接技術規(guī)范Q/ SY GJX0110-2007。7.2 質(zhì)量保證措施7.2.1 開挖斜井之前，要準確測量地形地貌標高和管道

20、敷設標高、入土角度和出土角度，開挖過程中要控制好斜井的坡度和方向。7.2.2 斜井管道穿越段焊口必須采用100射線探傷和100超聲波探傷，以保證焊接質(zhì)量。7.2.3 施工時避免對防腐層的損壞，嚴格進行電火花檢漏。第8章 安全措施8.1 安全標準8.1.1 建設項目（工程）勞動安全衛(wèi)生監(jiān)察規(guī)定（原勞動部1996年第3號令）8.1.2 西氣東輸二線管道工程安全與環(huán)境監(jiān)理技術規(guī)范Q/ SY GJX011920088.2 安全保證措施8.2.1 開工前必須對施工人員進行安全教育培訓和安全技術交底，編制應急演練預案，并進行應急演練。8.2.2 施工現(xiàn)場拉警示帶、插警示旗子，防止閑散人員進入現(xiàn)場。8.2.

21、3 進行卷揚機起重作業(yè)前，必須對施工機械進行詳細檢查。8.2.4 吊裝作業(yè)由專人進行統(tǒng)一指揮。8.2.5 斜井在等待溜管焊接期間，用編織袋裝土將井口封住，一方面防止雨水進入，另一方面避免小孩進入嬉戲、玩耍而帶來的危險。第9章 環(huán)保措施9.1 環(huán)保標準9.1.1 中華人民共和國環(huán)境保護法1989年12月26日頒布施行9.1.2 環(huán)境管理體系規(guī)范及使用指南GB/T24001-19969.1.3 石油天然氣工業(yè)健康、安全和環(huán)境管理體系（SY/T6276-1997）。9.2 環(huán)境保證措施9.2.1 施工中遵守國家、當?shù)卣皹I(yè)主等關于環(huán)保、水土保持、文物保護等方面的政策和規(guī)定，遵守國家有關規(guī)章制度。9

22、.2.2 凡受到施工車輛、機械破壞的地方都要及時修整，恢復原貌。9.2.3 在施工中，保持現(xiàn)場整齊、有序，處置好施工機械和多余的材料，及時把現(xiàn)場的廢料、垃圾運走。9.2.4 現(xiàn)場應設置足夠數(shù)量的環(huán)保警示標志牌，做好環(huán)保教育。9.2.5 工程竣工后，恢復原有地貌。第10章 效益分析該工法的應用，在保證工程質(zhì)量和縮短施工工期的同時，大大減少了施工占地、減少了土方開挖量和后期水工保護工程量，降低了施工成本。另外，還減少了水土流失，保護了黃土塬脆弱的植被，并增加了管道運行的穩(wěn)定性。10.1 經(jīng)濟效益下面以西氣東輸二線（東段）干線18標段EB008樁的斜井穿越施工為例，與傳統(tǒng)大開挖穿越法相比，進行具體的

23、效益分析：1 采用大開挖穿越法施工（如圖10.1所示）該陡坡實際角度為80°，高差為83m，吊管機的安全工作角度為18°，因此降坡按照18°考慮，降坡寬度平均為15m，降坡土方量為：（83 m ÷tg18°83 m ÷tg80°）×83 m ×15 m÷2=149910m380°83m18°降坡后坡面降坡前坡面降坡土方量圖10.1-1 大開挖方式施工的土方量示意圖另外由于開挖寬度和高度較大，需要多次倒土才能倒運出作業(yè)帶，按照平均倒土4次計算，倒運土方量為：149910m3×4=599640m3所以，開挖費用:149910×9=1349190元；倒運費用: 599640×3=1798920元；回填費用: 149910×3.5=524685元；水工保護費用為：2000×95=190000元（水工保護采取2：8水泥土擋墻，方量約2000 m3）?？傎M用為：1349190元+1798920元+524685元+190000元 = 3862795元386萬元備注:費用單價按照西二線東段18標段投標單價計算，土方開挖9元/方，土方倒運3元/方，回填3.5元/方，水工保護95元/方。2 采用斜井法穿越法施工斜井坡度為