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1、山区斜坡段天然气管道施工工法山西省工业设备安装公司主要完成人：王瑛、姚宁、谭俊杰二 0 一 0 年十二月十五日目 录1、前言 .2、工法特点 .3、适用范围 .4、工艺原理 .5、施工工艺流程及操作要点 .6、材料与设备 .7、质量控制 .8、安全措施 .9、环保措施 .10、效益分析 .11、应用实例 .山区斜坡段天然气管道施工工法山西省工业设备安装公司王瑛、姚宁、谭俊杰1、前言：西气东输管道工程是国家实施西部大开发战略的标志性重点工程，也是我国前所未有的大口径、大壁厚、高压力的长距离输气管道工程。 我们公司所承建的临汾-候马天然气管道工程第三标段，此工程位于晋南盆地的冲积平原上，地势相对平
2、缓,土壤呈季节性冻土，受水流切割，部分地段形成了黄土塬、梁、峁地貌，局部冲沟深度较大，造成地形起伏较大，管道轴线地面最大高程为602.880m，最低高程为395.690m。在大地构造上该区属纵贯山西隆起带中部的“汾河地堑”。同时，生态环境脆弱，管道施工过程中的环境保护意义重大。结合现有山区管道施工的方法，采用水平段组对机械，在斜坡段难以保证管线顺直度。通常水平段施工时，设备能进入的地段，对口采用气动式内对口器与吊管机配合；设备无法进入的地段，采用机械式内对口器或外对口器与三脚架配合管口组对。下坡段坡面长而陡，吊管机不能直接行走，山坡上多危石，施工困难。使用吊管机配合组装，由于爆破施工和机械振动
3、，不能排除坡体崩塌的危险；同时由于管径大，钢管自重大的原因，对吊管机性能有很高的要求。因此，在山区斜坡段天然气管道施工中，需要寻找另外途径来解决管道组对的顺直度。2、工法特点：（1）采用气囊顶举法；（2）采用钢制契形支撑稳固爬行设备；（3）单斗辅助爬行设备在斜坡上行走、轻便型沙罐的应用；（4）选管编号、对号入座；3、使用范围：适用于山区斜坡段管道的埋地沟下组焊或半埋地沟下组焊，主要用于坡度在 30以内的斜坡管道施工。4、工艺原理：山区施工，管线大多沿山顶的山梁敷设，纵向波状起伏，横向蜿蜒曲折。山顶覆土层较薄，多为典型石质山地，岩石裸露，坡面长而陡。由于地势连绵起伏，空间狭窄，难以展开大机组流水
4、作业。在施工技术上，以沟下作业台班为主，采取化整为零的方式，实行分解式流水作业，进行连续的沟下组焊，减少后期的连头施工量；采用气囊顶举法、钢制契形支撑稳固爬行设备、单斗辅助爬行设备在斜坡上行走、轻便型沙罐的应用、选管编号、对号入座，从而提高了施工进度和施工质量。5、施工工艺流程及操作要点：5.1 施工工艺流程采用机械化流水作业，沟下组焊、连头，施工主要程序如下：施工便道及作业带开拓测量放线无损检测补口补伤防腐层检漏 水工保护地貌恢复细土回填管沟开挖 管沟复测 细土回填沟下组焊 布 管 选配钢管、预制弯管5.2 测量放线对山区斜坡段管道测量放线采取以下措施：5.2.1 坚硬的岩石地段，线路起伏大
5、、纵向转角多、通视性差，设桩困难，正常的测量放线工作无法进行，此时采取加密测量点的方法进行测量，用红油漆在岩石表面作标记，设立参照物并用红油漆标示。5.2.2 针对山区斜坡段管道纵向转角多，采用冷弯管处理时，在起始点设桩，并在曲线上设加密桩，间隔不大于 10m；曲线的起始点和中点注明曲线半径、角度、切线长和外矢距，由于设桩困难，测量放线过程中要做好详细的施工记录，为后续施工提供更好的依据。5.2.3 测量放线同时放出作业带边界线和管沟中心线，用断续的红油漆沿线在岩石上或树木上作明确标记；特别是作业带内需爆破削方的斜坡段和上下坡坡脚处进行详细测量记录。5.3 施工作业带清理山地多以岩石为主，表层
6、覆土较薄，地表植被稀少，且多为稀落的低矮灌木，施工作业带开拓时，在满足施工需要的前提下要尽量减少对原始地貌的改变，少损坏植被，作业带内植物能移植的尽量移植，减小管道敷设后固土植物的再植量，最大限度地保护环境。局部凹凸不平的小坡脊和孤石，由于推土机无法通行，采用爆破方式或岩石开凿机粉碎突出的坡背和块石，再用单斗清扫，机械平整、压实，形成较为平坦的路面，满足设备行走的需要；拓宽作业带处用块石或袋装土堆砌，以保证作业带稳固，挖方处清除易松动滑落的孤石或土石方，以保障人员、设备的安全。5.4 管沟开挖根据现场地形条件，山区斜坡地质多为裸露基岩或有较薄风化覆盖层；多数地段施工作业面狭窄，开挖出的土石方无
7、处堆放，因而，管沟开挖应与施工作业带的开拓紧密结合，特别是在纵坡和狭窄的山脊段管沟，管沟开挖与作业带开拓同步进行，开挖的土石方直接用于作业带的填筑，以增加施工作业带宽度，从而减小爆破工作量，减轻对原有地貌的破坏程度。现就该段管沟开挖的方法进行叙述。5.4.1 管沟开挖1 对于坚硬的基岩，主要采取爆破粉碎后，配以岩石挖掘机或人工清理 的方式进行；2 表层有覆土层或粉碎性风化岩地段，先剥削表层覆盖物，再进行爆破；3 对破碎性块状岩石，根据实际情况可采用凿岩机粉碎、人工配合机械清除。4 根据具体地形条件，在平整后的施工作业带上，按照放线标识逐段、分层爆破，循序渐进。5 坡度陡峭，坡体不稳定的斜坡地段
8、，特别是下坡段，在管沟开挖时严格控制用药量，采取小药量松动爆破的方式，分多层揭离，爆破后的碎石用人工进行清理，防止引发滑坡和岩堆崩塌。6 由于作业带开拓的空间有限，无论采取哪种开挖方式，开挖出的土石方均不宜直接在管沟两侧堆放，同时考虑回填取土及地貌恢复等后继工序，采取以下措施：机械设备可以顺作业带行走配合施工，开挖出的土石方平摊在施工作业带上，作为作业带降坡填方；作业带两侧横向坡度较大时，在堆坡底部要先用块石或袋装土堆砌成稳定基础；5.4.2 管沟复测1 石方段管沟开挖深度要比设计深度超挖 200mm，沟底宽度 1.9m，最陡边坡比不小于 1：0.1；沟下对口处管沟每侧加宽 0.5m，底部加深
9、0.5m，以便组装焊接；2 开挖成型的管沟要顺直，无突出的尖石棱角，按照设计和规范要求进行复测，主要控制沟深和弯管（弯头）处管沟角度和深度：1）距离和转角测量：测量相邻两个转角（包括水平转角、竖向转角和叠加转角）的实际角度和之间距离，便于布管及后继工序下料；2）沟底测量：首先测出两桩位的准确管沟高程是否符合图纸要求，然后从一个桩开始，用粉线测量沟底的平直度和倾角；纵向变坡点处管沟挖深测量要特别注意消除外矢距产生的埋深影响，保证每个折点的埋深均符合设计图纸要求。5.4.3 细土垫层由于采取沟下组装的施工方案，管沟已提前开挖报验完成，在布管前，先在管沟垫 200mm 细土层，细土粒径不超过 10m
10、m；管沟纵向坡度较大时，散土无法固定，细土垫层采取编织袋或草袋装袋后，由下而上分层交叉堆码回填，有空隙的地方再用散土填充。根据现场情况，底部垫层细土采取外运细土或就地粉碎开挖石方的方式获得。5.5 管道布管及组焊措施在山区沿纵坡地段的管道施工十分困难，主要受自然环境条件的制约，施工设备机具难以到达现场，给运管、吊管、组焊和防腐补口等各工序施工带来困难。因此在施工中不能急于求成，要按施工程序文件指导生产，逐段逐工序的去完成。5.5.1 布管管道沿山梁纵坡地段施工采用沟下组装，布管要布到管沟内；石方管沟布管时，用编织袋装土作管墩，管墩高度根据实际地形需要设置；两侧沟壁放置装有稻糠的草袋等垫层，防止
11、沟壁碰伤防腐层；在布管时，直接用吊管机沿施工作业带布管，为防止管子产生滑移，采取把管子下坡端用袋装土垫高的措施，减小管子因自重而产生的下滑力；测量人员在管沟开挖完成后，将管沟实测成果递交给施工队一份；施工队按实测成果选配钢管、弯管等，以减少现场工作量。钢管选配完、弯管预制完成后，现场作业台班应根据测量技术交底，复核测量成果及预制成果，准确无误后方可布管施工。布管前，测量工或起重工，要根据预制成果表，将每根钢管、弯管或弯头，按编号和测量标识依次放入管沟，对号入座。5.5.2 组装焊接管道组装可用吊管机、钢制契形支撑稳固爬行设备、气囊顶举法配合组装，焊接采用设计文件要求工艺进行焊接。下坡段坡面长而
12、陡，吊管机不能直接行走，山坡上多危石，施工困难。因此，若采取爆破方式开拓“之”字形便道的方式，使用吊管机配合组装，由于爆破施工和机械振动，不能排除坡体崩塌的危险；同时由于管径大，钢管自重大的原因，对吊管机性能有很高的要求。采用气囊顶举法配合吊管机施工，从而降低吊管机性能要求和施工的危险性。依据现场踏勘，采取切实可行的方式在作业带内施工，吊管机及自行电站在作业带内行走，同时采用单斗进行辅助作为行走时的牵引，以防止爬行设备在坡面上滑动及倾翻，当其停在组对位置时，采用钢制契形支撑分别置于吊管机两侧履带的下面，并用袋装土堆积在履带下面起到作业平台的功效，采用气囊顶举法配合管段组对，以减小吊管机的受力，
13、并起到保护防腐层与沟壁的碰撞。具体做法如下：1 采用气囊顶举法 山区大型管道施工，由于作业面狭小，大型设备无法自如发挥作用，调整管线高低是管线组对难点；气囊顶举法能有效解决山区组对困难，大大提高工作效率，其工作原理：管道下垫设气囊，通过进气控制阀控制气囊的进气量，以及通过气囊排气阀控制气囊气体排出量，举升或降低管道高度，从而达到管线组对所需要的理想高度；示意图如下：气囊管道举升气源进气控制阀进气控制阀进气管 排气阀2 钢制契形支撑稳固爬行设备吊管机及自行电站在作业带内行走，以防止爬行设备在坡面上滑动及倾翻，当其停在组对位置时，采用钢制契形支撑分别置于吊管机两侧履带的下面，并用袋装土堆积在履带下
14、面起到作业平台的功效；3 单斗辅助爬行设备在斜坡上行走 布管是山区施工的难点，对于坡度较陡地段一般炮车无法完成布管施工，施工过程中采用单斗辅助爬行设备进行布管作业，布管过程中采取防腐层保护措施，确保防腐层不受损伤；其次，自行电站通过采用单斗进行辅助作为行走时的牵引，以防止爬行设备在坡面上滑动及倾翻；4 选管编号、对号入座测量人员在管沟开挖完成后，及时对管沟进行实测，根据测成果选配钢管、弯管等。布管前，测量工或起重工，要根据预制成果表，将每根钢管、弯管或弯头，按编号和测量标识依次放入管沟，对号入座。5.6 补口、补伤管道防腐补口是一项重要施工工序，山区所需解决的是当坡度太陡时，空气压缩机和喷砂罐无法运至作业现场的问题，而采用轻便型砂罐有效解决该问题，具体做法如下：5.6.1 制作轻型喷砂罐：将喷砂罐制作成便携式，重约 25kg，这样就能保证人能轻松地将其背至工作地点。5.6.2 将空气压缩机置于山顶或山底，采用加长送风管，直接将空压机产生的压缩空气引至管口处进行喷砂作业。如下图示：气囊顶举法原理图5.7 斜坡段管沟的防冲刷保护山区斜坡
