沙漠沼澤灘涂水網地帶大口徑管道施工方案優(yōu)化

科技項目立項報告

項目名稱：沙漠、沼澤、灘涂、水網地帶大口徑管道施工方案優(yōu)化研究專題負責單位：中國石油天然氣管道第二工程公司專題負責人：xx起止年限：2001年４月—2001年8月目錄一、課題概要二、立項的必要性和意義三、國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢四、主要研究內容、技術路線及關鍵技術五、預期成果及主要技術、經濟指標六、立項條件七、進度安排八、負責單位、協(xié)作單位任務分工九、技術經濟效益分析，市場預測十、經費預算

一、課題概要

沙漠、沼澤、灘涂、水網地帶是管道工程施工（特別是西氣東輸管道工程)的重點和難點，而施工技術方案的優(yōu)劣將直接影響工程項目的工期、質量和經濟效益。因此，應當對此課題進行認真的優(yōu)化和研究。沙漠地區(qū)最大的特點是砂多，氣候干燥，晝夜溫差大，風多風大，沙漠承載能力低，砂子的安息角?。ㄖ挥?0-35度）。因此，在沙漠地區(qū)不僅運管、布管困難、管溝開挖邊坡系數大，而且高濃度的粉塵給設備正常運轉及焊道質量都造成很大的影響。沼澤、灘涂及水網地段施工，由于這些地段地下水位高或常年有地表水，或土壤含水率飽和，會給修筑施工便道、布管、運管及管溝開挖成形帶來許多困難。比如沼澤地，常年有地表水，且地下水與地表水連通，就是把地表水抽干，土壤也缺少承載力，而且一挖管溝，管溝就成了水渠，不采取特殊措施管溝很難成形。針對這些問題，需研究這些特殊地段所需的設備、機具和施工方法。1、沙漠運輸車輛，吊裝和挖溝設備。2、水網、沼澤地區(qū)的鋼管運輸、組焊、挖溝、回填的設備和機具。3、解決濕地降水、排水問題和尋求最佳的施工方案。二、立項的必要性和意義

我國長輸管道經過30多年來的發(fā)展，我們已基本掌握了∮800mm以下各類介質管輸送道的施工技術，積累了一定的經驗，裝備了一定數量的施工機具和設備，造就了一大批能干會管的管理人才和技術工人。但是，隨著管道建設向大口徑、長距離、高強鋼等方向的發(fā)展，對施工技術及裝備水平也提出了更高的要求。管線口徑增大和壁厚增加，這不僅是傳統(tǒng)意義上的工作量的增大，而是一種質的變化，因此過去的施工技術和裝備已不能適應大口徑管線的需要。管線距離長，所經地區(qū)地形、地物、地貌及自然氣候會比過去更復雜，更加千變萬化。傳統(tǒng)的施工技術觀念已不能滿足新的施工生產需要了。由于采用高強鋼，對焊接工藝、設備、材料、管理、焊接質量等也提出了更高的要求，而對特殊地段則要求更加特殊，不論是焊前預熱、焊接參數、焊后緩冷乃至熱處理或無損檢測，都與一般管線不同。如何保證特殊地段的焊縫質量將是我們研究的重點。鑒于以上種種原因，認真研究大口徑、長距離管道的施工技術，既是十分必要的，也是必須的，其意義十分深遠，主要體現(xiàn)在：１、為以后開展長距離、大口徑管道施工積累經驗、創(chuàng)造業(yè)績，搞好技術儲備。２、提高我國管道施工的技術及裝備水平，做到對特殊地段的施工心中有數，措施得力，方案可行，從而增強國際競爭能力。３、通過研究，解決復雜地段施工所需的設備及機具問題，確定合理的資源配置，建立一套完整的施工方案和措施。４、培養(yǎng)和鍛煉一批管理及施工人員，做好人員儲備。５、為以后確定管線局部走向，評估管道隊伍施工能力，節(jié)省投資費用，選擇最佳施工方案，避免資源浪費，提供第一手資料。三、國內外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢：

截止90年代末，我國共計建設輸氣管道10600多公里，φ426mm以上干線4800多公里。管道建設經過30年的發(fā)展，施工裝備和施工技術水平不斷提高。管道施工方法從手工焊接流水作業(yè)，逐步向手工半自動焊機械化流水作業(yè)發(fā)展，90年代末我局自行研制管道全位置自動焊設備，和部分引進的管道自動焊設備已開始裝備施工隊伍，并應用于管道施工。國內雖有在沙漠、沼澤、灘涂、水網地帶成功建設管道的經驗，但管道口徑小、距離較短，不適應大口徑長輸管道施工。我們目前的施工裝備主要適用φ800mm以下管道建設，總體水平落后于國際先進水平，施工單位大部分裝備的是一般管道施工設備，缺乏專業(yè)配套的適用于大口徑的沙漠、沼澤、灘涂、水網地帶施工設備和機具。沼澤、灘涂、水網地區(qū)土質含水量高、承載能力極弱、壓縮性也高。泥沼的這一物理、機械特性給管道施工造成了極大的困難，特別是夏季施工更困難。正常條件下所采用的一般施工技術在這里極不適用；即使采用特殊的施工技術，也難以適用于任何季節(jié)，還必須采用特殊的施工方案和專用設備，而且還應考慮如何結合陸上和海上兩種施工方法。按國外經驗在濕地、沼澤地區(qū)管道施工中應解決三個問題：軟地基處理；施工方法和機具；預制化（即采用組裝化施工技術）。

目前，國外沼澤地區(qū)管道鋪設主要采用三種形式：埋設法，即把管線全部鋪設在地下，一般要求埋深應超過鋼管直徑；半地下或地上鋪設，前者要求埋深應小于鋼管直徑，其超出地面部分用土覆蓋；后者是鋪設在地面上并用土覆蓋；架空敷設，即把管線鋪設在架空管架上。從國外多年來沼澤地區(qū)管道施工實踐來看，盡管該類地區(qū)給管道施工帶來多種復雜的困難，但隨著現(xiàn)代化施工技術和工藝的發(fā)展，以及各類先進施工機具的相繼試制成功和批量生產，有的國家已制定出一系列沼澤地區(qū)管道施工實用方案，特別是前蘇聯(lián)聲稱已解決了沼澤地區(qū)管道施工的一系列復雜的技術問題，完全掌握了沼澤地區(qū)管道建設的技術。

P前蘇聯(lián)秋明油田位于鄂畢河中、下游的西西伯利亞低地，主要油田集中在鄂畢河中游及其支流康達河兩岸，自然條件極為惡劣，大面積水淹地和沼澤地，占油田面積的75%，已先后建成烏斯特巴雷克——鄂木斯克、杜伊馬茲——烏發(fā)——鄂木斯克等多條輸油管線；烏連戈伊——烏日格羅德出口輸氣管線全長4451km，沼澤段近1000km，其施工難度是當今罕見的，原計劃三年完成，實際僅用了十五個月時間。納德姆——彭加——下圖拉長輸管線總長約1200km，而其中就有540Km地段為水淹和低水淹地區(qū)；烏連戈伊——托博爾斯克（全長1200km）長輸管線全段穿過嚴重沼澤地區(qū)；前蘇聯(lián)在上述這類嚴重水淹及沼澤地區(qū)鋪設管線主要是采用地下埋設或地面土堤鋪設。多年來前蘇聯(lián)通過不同施工方法的實踐積累了很多可貴的經驗。例如：在穿越自然或人工水域施工中，積累了地面上及半地面上鋪設管道埋土的有效經驗；為確保管道的穩(wěn)定性，使用了鞍型加重塊、球形或橫梁型塊和錨栓，最引人注目的是近年成功地研制出用固體燃料噴氣機牽引投擲鋪管法，提高施工速度2—3倍；解決了沼澤地施工組織問題，實現(xiàn)了機械化、自動化和組裝化，積累了快速流水作業(yè)的豐富經驗，使蘇聯(lián)沼澤地管道施工技術領先于世界。

R美國在水網、沼澤地管道施工方面也是世界上技術先進、經驗豐富的國家這一。多年前采用浮渠推管下溝法成功地完成了長20km、管徑762mm沼澤地管線施工，縮短了工期，節(jié)約了工程費用。美國還以此法在一組合式平臺上連續(xù)完成管線的焊接、X射線探傷、補口等作業(yè)，順利完成了管徑150—600mm沼澤地鋪管工程，為加快施工進度、保證工程質量，美國近年更加重視沼澤地施工技術和設備的研究和發(fā)展，并取得了很大進展，設計研制出一種較輕便拉管機具，全套設備包括三個部分：拉管機、動力裝置和接收筒等，有效地加快了沼澤地施工進度，獲得了比較理想的效果。八十年代末在南路易斯安那州的沼澤地和海灣地區(qū)管線施工中，采用“推管臺”連續(xù)流水作業(yè)線成功地完成該段鋪管任務，大幅度加快了施工進度。為了把鋼管和設備運進或運出無法通行的泥濘或沼澤地區(qū)，研究和運用了各種高浮動能力低接地比壓的越野車輛。英國在灘涂、沼澤地區(qū)鋪設管線是采用一種類似陸地鋪管施工法，即首先降低施工路線上的地下水位，然后再用與陸上相同的施工方法鋪設管道。墨西哥沼澤地鋪管則是采用海上施工法—下水法。即在沼澤區(qū)先建造一座類似鋪管船主甲板“T”型平臺，長70m左右，可處理7根單管長度，臺上建有焊接、探傷、防腐絕緣、補口等七個工作臺（站）。在管徑508mm長60km管線施工中，日工作10小時，每天完成120—150個焊口，縮短總施工工期三個月。為了加快沼澤、水網地區(qū)的管線施工進度，前蘇聯(lián)、美國、加拿大等國，已廣泛采用由預制廠預制成的“雙聯(lián)”、“三聯(lián)”管運到現(xiàn)場施工的施工工藝，提高施焊速度2—3倍，大幅度提高了沼澤地管線施工進度。國內沼澤地區(qū)管道建設已是比較常見的工程，除西部管線外，遼河、勝利、大港油田均有在面積區(qū)域處于葦塘、稻田和沼澤之中，每年都有新建管道從其中通過。但從國內總的情況來看，還沒有形成比較成熟可靠的工藝技術。國內沼澤區(qū)管道施工大致分為兩種情況：一是在冬季封凍以后施工；二是盡量采用一些低接地比壓設備進行挖溝、布管、牽引等作業(yè)，目前，國內用于沼澤地帶施工的設備有引進美國的兩棲式寬輪車、加拿大的低比壓履帶運輸車、瑞典的橡膠履帶兩棲車，比利時的涉水寬輪車及美國和日本生產的濕地挖掘機、推土機等，國內生產的性能較好的設備有TS—140濕地推土機、SLWY—60兩棲挖掘機等。沙漠地區(qū)的管道施工也具有其特殊性，沙漠的沙質是一種松散、脆弱、很不穩(wěn)定的地表，沙漠地帶的特點是氣候干旱、降雨稀少、風大頻繁、植被稀疏矮小、土地貧脊。我國境內的沙漠的主要特點：a、氣候極端干旱缺水；b、晝夜及冬夏溫差大；c、風力和風向影響沙丘的走向和形態(tài)；d、風大頻繁；e、沙丘有起伏度、運移度及疏密度。

R國外在沙漠地區(qū)管道施工中同樣積累了豐富的經驗，前蘇聯(lián)中亞細亞地區(qū)的克齊爾庫存姆沙漠和卡拉庫姆沙漠，屬亞熱帶沙漠氣候，該沙漠地區(qū)年平均降水量不到100mm，日照下砂子的溫度高達70℃,冬季則降為-35℃。烏茲別克的布哈拉氣田至烏拉爾的輸氣管道二期工程均經過克齊爾庫姆及卡拉庫姆沙漠去烏拉爾。該輸氣管道直徑為∮1020mm，雙線并行，總長為4406km，壓氣站17座。另有三條管線直徑分別為∮1020,∮1220,∮1420mm的布哈拉—莫斯科的平行管道，也是經過克齊爾姆及卡位庫存姆沙漠。以上幾條沙漠管道敷設共采用了五種方案：埋地敷設；半埋地敷設；貼地敷設；架空敷設及跨越敷設。P秘魯石油公司在復雜地形條件下成功的敷設了長855km，直徑分別為609.6mm(24in),914.4mm(36in)輸油管道，該工程位于亞馬遜盆地高部位，而且在西段末端通過十分干旱和灼熱的沙漠，在本工程中動用了兩架吐溫、奧托型水空兩用飛機和四架直升飛機運送人員、急需食品和備用零件到施工工地。

P在西亞國家沙特阿拉伯有一條管徑1219mm，全長1200km的石油管道，這條大型沙漠管道東起阿卜凱克，西至紅海之濱延布。該管道大部分是通過沙漠敷設，另外還要經過熔巖區(qū)、山區(qū)，自然條件惡劣，沿線主要屬于熱帶沙漠氣，無河流，只有干河或峽谷，逢雨季才有水流。此管道在沙漠地段埋深最淺為1m，最大埋深為3m。

R在北非的阿爾及利亞90%的國土面積被沙漠覆蓋，阿特拉斯山脈橫貫北部，沙丘高差200—300m。冬季最低氣溫為－6.64℃，夏季最高溫度為54.44℃。由于阿爾及利亞的大油氣田位于撒哈拉大沙漠之中，所以油氣外輸工程受氣候及惡劣地理環(huán)境條件影響很大。自1958年初的三十年間，阿爾及利亞共建成并投產了十條大型沙漠油氣輸送管道，這十條管道中有除三條為原油管道外，其余七條均為天然氣管道。其中哈西梅薩烏德—貝賈亞大型原油管道由法國公司施工，全長660km，哈西梅薩烏德油田位于撒哈拉沙漠之中，在施工中采用機械化施工方法，施工人員600名，動用了80臺機動設備（運管機、吊車、推土機等），60臺機械設備（電焊機、彎管機等），施工工期不到兩年。

P美國、前蘇聯(lián)等石油、天然氣工業(yè)發(fā)達國家，自60年代開始大規(guī)模建設大口徑（1米以上），累計數萬公里，施工裝備實現(xiàn)了機械化和自動焊。目前美國在大口徑管道建設中已廣泛采用自動焊設備，前蘇聯(lián)廣泛采用閃光焊設備，施工裝備已形成系列。

總之，近年國際管道施工設備正逐步向自動化、高效率、智能化方向發(fā)展，并且形成專業(yè)配套和系列化，并在不斷進步；在沙漠、沼澤、灘涂、水網等特殊地帶大口徑長輸管道施工中，世界各國不斷研制專用施工機具，積累成熟的施工經驗。四、主要研究內容、技術路線及關鍵技術主要研究內容：1、對國內外大口徑管道施工和裝備、機具進行調研。目前，在國內外的大口徑管道施工中，許多先進的施工方法及裝備機具得到應用，尤其是在一些特殊地段，合理的施工方法及精良的裝備是施工的保障。例如在沙漠管道中引入二接一方法、在水網施工中采用的明溝排水法、井點降水法以及在沼澤、灘涂施工中引入接地比壓較小的施工裝備機具。通過對這些方法、機具的了解以拓寬我們的思路。2、對沙漠、沼澤、灘涂、水網地帶進行現(xiàn)場踏勘。通過對現(xiàn)場的踏勘，切實了解現(xiàn)場的自然環(huán)境和社會依托情況，對這些地帶施工中的難點重點有詳細的了解和深層認識，從中找出規(guī)律性的東西，以制定出針對性、可行性較強的施工技術方案。3、對擬采用的施工技術、施工效率進行分析評估。針對沙漠及水網、沼澤、灘涂的環(huán)境特點，全面推行預制化、組裝化、自動化、機械化流水作業(yè)的施工模式，設置定點預制廠，減少惡劣不利條件下的施工工程量，縮短現(xiàn)場施工作業(yè)時間。重點對以下幾項技術方案進行研究分析評估。(1)運管、布管方案；主要考慮如何在困難地段進行運管、布管以及施工場地的開辟，在沙漠地帶可考慮引入履帶式設備或由其牽引的撬裝機具進行運輸、布管，水網等地帶施工中引入接地比壓較小的專用設備及過河過水機具。（2）管溝開挖及回填方案；主要考慮解決沙漠地帶管溝塌方，水網地帶的管溝成形以及沼澤灘涂地帶的降水、排水等問題。（3）管道焊接方案；

全面引入管道自動焊焊接技術，提高勞動效率，縮短工期。并考慮設置預制廠，采用雙聯(lián)管或三聯(lián)管技術，以達到預制化、組裝化。盡可能做到野外作業(yè)基地完，零散作業(yè)整裝完。（4具）管體道防情腐方冰案；根據悔不同話施工導環(huán)境管下對瞎管道挖防腐先的要平求，寨確定燒不同東的防座腐及塊補口乞作業(yè)塔方式謀，滿靈足管橡道長僑期安堪全工凝作的離要求拉。在制習定技用術方像案時浪應充劑分考殃慮到絞其施晉工效尚率及稼經濟萬效益找，對撿方案佩進行傷全面什細致睛的評嬌估。4、幼對施宰工單逝位現(xiàn)收有施習工裝牽備、伯機具值水平大、施臭工能友力、袖施工旁技術銀要求卡進行幫評估若、分吊析，蘭確定仙施工臺裝備黎和機姑具改頸造方益案。全面帽系統(tǒng)幟地對懸現(xiàn)有閘設備碑進行坐統(tǒng)計槍、分名析評蕩估和傻比較襯，同凝時應證認識獵到配抹置設虹備機遍具要銀在充濾分利色用現(xiàn)遺有施瓦工裝乏備、脆機具雞的基駐礎上糖，利貸用現(xiàn)兼有設帳備進調行技居術革涼新改鈔造，秤可以屈事半殿功倍睛地解舍決施作工中吩的一弱些裝猜備問殺題。5、炮對沙撐漠、餃沼澤烈、灘喚涂、類水網霞地帶晶大口耳徑長司輸管夢道施甜工設健備、點機具型配套踏、更笛新、怕改造聰提出塊方案足和優(yōu)介化。技術她路線戶：關鍵套技術繩：1、苗軟地甲基處懷理；2、絹管溝行成形姿與管臣子就津位；3、感預制絡化（沾即組類裝化腎施工注技術民）。國內外施工方法、裝備、機具調研對現(xiàn)有的施工方法、裝備、機具進行分析

分析施工技術及設備機具需求設備、機具更新及改造方案裝備、機具配置校核及方案優(yōu)化五、傲預期濱成果嘉及主表要技勁術、均經濟頃指標1.膏預財期成匆果（1幅）鳴根據筒未來用發(fā)展頌的大醉口徑冰、高減壓力趕長輸瞎管道紋的施妄工工況期、腥工程茶量以忍及工邁程地伴質條紛件的雕要求示，制壞定出蘭一整址套優(yōu)爐化的咽施工澡技術腎方案句和設災備、捷機具衛(wèi)配置臉方法爹；（2賽）狗做好婆沙漠撤、沼招澤、慶灘涂島、水稍網地昌帶大匙口徑坐管道柴施工屯技術著方案義和施刃工設葛備、被機具膏的儲錘備工聽作。2.丈技沒術指家標（1司）所圾制定偵的施喘工技北術措蓮施、夫技術沃方法疫能夠植滿足糊沙漠端、沼衛(wèi)澤、饞灘涂剛、水搖網等標地帶病的工終程地準質條醋件要猴求；（2妹）布所配悶置的濤施工皮裝備柄能夠繡滿足某在沙武漠、蟲沼澤即、灘且涂、宗水網沿等地搬質條錦件下見進行宗施工晉的要張求；（3昂）慘施工求設備禮、機循具的罵配置煮能夠考滿足緊未來尊大口慢徑、牛高壓短力長怠輸管享道施酒工的替工期順要求噴；（4餐）系裝備約技術帥水平歸要適照應所抄采用灘的施達工方產法。3.延經滴濟指盛標（1皮）在咳技術晉可行獲的前室提下賽，盡勁可能父降低縮慧設備呆、機麗具的聰投資勿費用剩，避旋免造刺成資拋源的還浪費半；（2申）廳優(yōu)化猾施工淺技術揮方案講，改錄造并婆配置課合理頂的設收備、薪機具磚，盡銹可能規(guī)降低息成本朽。六、染立項鎮(zhèn)條件1.撐項目診負責炎人及膨主要救研究使人員羅組成爪：負責人姓名單位性別年齡職稱職務專業(yè)陳大中管道二公司男45高工總工管道工程主

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