中石化第四建设有限公司 天津市滨海新区 300270
摘要：近年来，随着国内经济的高速发展和环保意识的日益增强，国内能源结构以煤为主逐步向石油、天然气为主转变，这就促进了国内长输管道建设的高速发展。新建的大口径长输管道沿线经常会遇到高水位的水网地段，该种地段管沟不易成型、易塌方，会给管沟开挖及管线下沟带来很大的困难，如果采用通常的开挖管沟、支护、降水等方式进行施工，势必会增加施工成本和降低作业效率。因此，采用沉管下沟这种施工方法，便可轻松解决这一难题。
关键词：大口径管道；沉管下沟；施工
1 引言
浙江舟山液化天然气（LNG）接收及加注站连接管道起点位于舟山液化天然气（LNG）接收及加注站围墙外2米处，终点设置在宁波市杭甬天然气管道工程镇海动力中心站毗邻的镇海分输末站内，通过镇海动力中心站与浙江省天然气管网相连通，连接管道管径为φ1016，设计压力9.9MPa，采用直缝埋弧焊材质为L485M(X70)级钢管，防腐由环氧粉末底层+加强级3PE外防腐层组成。
管道敷设于常年与外海水平面连通的高水位水网段，沿线地貌主要为软塑～可塑状黄土状土、黏性土、松散～稍密状粉（砂）土、稍密～中密状卵石，土石等级为II～III级，土质差，承载能力低，地下水位高。管道单根管径1016mm，壁厚26.5mm，重约8吨，长度约12米，如果按照一般的吊管机吊管下沟的施工方法，极易造成管沟塌方，施工难度和工程风险很大。
本文简单介绍了输油气管道沉管下沟的施工方法，分析了该方法的适用范围，探讨了沉降下沟施工的一些要点和注意事项，阐述了单侧沉降施工的优越性，为水网地段的管道建设提供有益的经验。
2 施工方法简述
2.1 沉管法:在管道作业带内将单根管道敷设于管道中心线上，采用沟上组对焊接方式，然后沿管道单侧或者两侧开挖管沟，在管道自身重力的作用下使管道自然降落到沟底。本文重点阐述单侧沉降下沟的内容。
2.2 根据现场管道下沟就位方式的不同一般可以从单侧沉降、双侧沉降方式中择优选择。可根据现场作业带宽度、管沟土质情况进行选取。
1) 地下水位较高（1m以下深度）或管沟土质较差、塌方严重、管沟成型困难应选用单侧沉降。首先在布管前进行试挖，确定地下水位深度、管沟塌方程度，并且在进行单管布管时要将单管布设到距离作业带边线2m附近组对焊接，以免造成沉管挖沟时堆土区域不足造成超占作业带。该方式沉管开挖时所用的挖掘机数量多，但节约场地、下沟速度快，缩短了施工周期。
2) 地下水位较高（1m以上深度）或管沟土质非常差、塌方非常严重、管沟不能成型应选用双侧沉降。该方式沉管开挖时两侧需要挖掘机同时对称开挖，并且需要挖掘机不间断的连续作业。
3 沉管下沟施工方法
3.1 施工工序
3.2清理施工作业带
1）依据线路平面图、断面图、线路控制桩、水准标桩，按照《油气长输管道工程施工及验收规范》GB50369-2014相关要求进行测量放线及作业带清理工作。
2）采用机械为主、人工为辅的方式，将作业带内影响施工设备通行的石块、树木、构筑物及局部高出自然地面的土岗推平并清理干净，将小范围内的沟、坎、坑、洼填平。
3.2测量管道中心线
1） 测量放线工作是保证管道沉管下沟位置准确性的关键性工序。线路中心线和施工作业带边界线桩定好后，放出管道中心线和作业带边界线，并用白灰撒出两侧边线，便于布管。
2） 管道沉管下沟应严格控制中心坐标，扫线时根据线路转角桩及控制桩，放出管道中心线，并沿中心线布管、焊接。在管道重点陡坡、低洼地段、沟渠地段，应按照图纸要求在起点及终点标记好里程深度，以保证管道挖深及曲率半径等符合要求。
3.3 剥离表层土
将距离管中心线两侧各2.5m范围内约300mm厚的表层耕植土，以保证管道在埋深1.2m的情况下，沉管下沟时的最大悬空长度不大于施工规范要求的26m，并每隔12m预留一个支撑管墩，将剥离的耕植土集中堆放于施工作业带边线处，以方便后面的施工。
3.4布管
1) 一般地段采用吊管机进行布管。沟上布管时管与管首尾相接，相邻两管口宜错开一个管径成锯齿形布置，以方便管内清扫、坡口清理。沟下布管，管子首尾应留有100mm左右的距离，并将管子首尾错开摆放。
2) 采用沟上焊接的管道布管时，管与管要首尾相接，相邻两管口错开一个管口，成锯齿形布置，以方便管内清扫、坡口清理和起吊。沟上布管及组装焊接时，管道的边缘至管沟边缘保持一定的安全距离。
3) 吊管机吊管时，单根吊运。在吊管和放置过程中，要轻起轻放，防止碰伤钢管防腐层和管口。吊管机吊管行走时，要有专人牵引防腐管，避免碰撞起重设备及周围物体。
3.5 管道组对焊接
1) 管道组对
a) 管道组装对口原则上采用外对口器。
b) 管道组对前应采用清管器将管内的杂物清理干净；清除管端10mm范围的油污、铁锈、毛刺等，并打磨露出金属光泽，且管道完好无损。
c) 采用吊管机进行对口，起吊管子的吊带应满足强度要求，不损伤防腐层。吊点应置于已划好的管长平分线处。
d) 使用外对口器时，在根焊完成50％以上方可拆卸，且应沿管口圆周分多段均匀分布，必须在焊口整个圆周上均匀分布8～10处的定位焊，每一处定位焊长度应不小于100mm，吊装设备在根焊完成后方可撤离。
e) 组对时，管道的坡口、钝边、对口间隙、错边量等必须符合施工规范和焊接规程的有关规定；管端直焊缝或螺旋缝在圆周上错开100mm以上；钢管短节长度不小于管道外径；管口组对若有错边，应均匀分布在管口整个圆周上，严禁进行强行管口组对。管子对接偏差不大于3°。
2） 管道焊接
a) 焊道的起弧或收弧处相互错开30mm以上。焊接起弧在坡口内进行，不能在施焊层以外的坡口上引弧，更不允许在坡口以外的管壁引弧。焊接前每个引弧点和接头必须修磨。在前一个焊层全部完成后，方可进行下一焊层的焊接。
b) 根焊完成后，用角向磨光机修磨、清理根焊外表面熔渣、飞溅物、缺陷及焊缝凸高。修磨不得损坏管外表面的坡口形状。
c) 各焊道应连续焊接，并使焊道层间温度达到规定的要求。焊口完成后，必须将连接头表面的飞溅物、熔渣等清除干净。对当日不能完成的焊道每日收工前，每个焊口要完成整个焊道的50%以上并不少于三层。焊接施工中，应按规定认真填写“焊接工艺记录”。
d) 对当天未焊完的接头应用干燥、防水、隔热的材料覆盖好。次日焊接前，应预热到焊接工艺规程要求的温度。对当天没有用完的焊丝，收工前从送丝机中取出或连同送丝机一起放入施工现场库房内。第二天到施工现场后，立即拆除管口上缠绕物，打磨清根后用环行加热器对留口加热，加热温度要求与管口组对的温度相同。
e) 焊接过程中，在焊缝两端的管口覆盖胶皮保护层，以防焊接飞溅灼伤防腐层。
3.6 检测
1) 焊接外观检验
a) 焊缝外观成型均匀一致，焊缝及其热影响区表面上不得有裂纹、未熔合、气孔、夹渣、飞溅、夹具焊点等缺陷。
b) 焊缝表面不应低于母材表面，焊缝余高不大于2mm，局部不超过3mm，超标部分可进行打磨，但不能伤及母材并与母材圆滑过度。
c) 焊缝宽度比外表面坡口宽度每侧增加0.5～2.0mm。
d) 咬边的最大尺寸符合焊接工艺规程或相关规范中的规定。
2) 焊缝无损检测
a) 所有焊缝全周长进行100%超声波探伤，并符合《石油天然气钢制管道无损检测》SY/T4109-2013,II级合格；
b) 所有焊缝全周长进行100%X射线探伤，并符合《石油天然气钢制管道无损检测》SY/T4109-2013,II级合格；
c) 管道全段贯通后，需全段进行音频检漏。
3.7补口补伤
1) 补口外观应逐个检查，热收缩套（带）表面应光滑平整、无皱折、无气泡，涂层两端坡角处与热收缩套（带）贴合紧密，无空隙，表面没有烧焦碳化现象。
2) 补伤后的外观应100％目测，表面平整、无皱折、无气泡及烧焦碳化现象，补伤片四周中应有胶粘剂均匀溢出。不合格应重新补伤。
3) 由于沉管下沟与管沟开挖同步进行的，因此管沟开挖前必须进行防腐补口电火花检漏。检出漏点应立即补伤，并重新检漏合格。
3.8 沉管下沟
1) 管沟开挖前，技术人员对现场施工人员要做好技术交底和安全交底。
2) 开挖管沟中心线即挖掘机挖斗操作最近距钢管管壁不超过1m，链轨板距管壁大于1m，，确保挖掘机配重旋转空间。设备旋转作业过程中不得贴近管道防腐层，以免造成划伤。
3) 开挖时按照标识的管道中心线开挖，尽量控制沟底中心线和管道中心线为同一条线，以保证管线下沟时不会偏离管道中心线。
4）为避免管道壁防腐层破损或管道壁与挖斗相撞造成管道壁出现内凹现象，沉管前端头位置必须距挖斗大于10m，否则将出现掏挖动作，无法保证管道不被破坏；
5）对于沟底存在砾石、卵石的地段，在开挖时应超挖200mm。
6）开挖同时测量人员应进行管顶高程，发现有与图纸不符的处应立即停止挖沟，整改措施到位后方可继续进行作业；
7）挖方时应采取先表层再下层的顺序，管沟开挖处断面应呈缓坡状，防止大面积土层突然塌落；
8) 管沟开挖起头超过管端不宜少于3m，开挖深度偏差应在+50mm，-100mm范围内，为预防管沟塌陷导致挖深不足，开挖深度应适当加深。
9) 开挖过程中，设专人对管沟进行测量，以保证管沟宽度、深度及平整度。
10) 在下沟的管道处应覆盖1.5m×2.5m×5mm的胶皮,并由专人牵动胶皮，随挖掘机移动而移动，以防止挖掘机划伤管道防腐层。
11) 沉管完成后应根据设计要求自检验收，自检完成后应报监理单位复查验收，并签字确认。
3.9稳管
1) 由于管道在水中会受到水流的浮力和动力作用而引起漂浮或移位，从而导致回填时管道埋深不足问题的发生，因此在下沟时要采取稳管措施。
2) 稳管压重措施采用在长输管道工程领域广泛使用的平衡压袋技术 。袋子的材料由聚丙烯纤维和聚酯合成的材质纤维构成，具有高强度、耐腐蚀、在地下长期不降解的特性。
3）压重袋的选用要与管道管径相配套，并依据所需配重计算出平衡压袋组数、每组平衡压袋个数 、各组之间的中心间距等数据，针对该工程的管道采用6个一组的骑跨式结构，
4）袋内填充物质可选用中粗砂，也可选用卵石，但卵石粒径不应大于50mm。选用密度大于1.5t/m3、粒径为3～30mm的石子，填充容积率不小于0.8。
3.10测量标高
1) 管道标高应符合设计要求，管道下沟后应对管顶标高进行复测，在竖向曲线段应对曲线的始点、中点和终点进行测量，满足修改竣工图的需要。
2) 按规定填写测量成果表、管道工程隐蔽检查记录，并及时采集数字化信息，弯头、和管道施工特殊点单独测量，以环焊缝为基点，测每一点管顶标高和三维坐标，并按规定及时填入管道建设项目管理信息系统。
3.11 管沟回填
1) 回填前，再次对管沟进行检查，保证管沟内无杂物，如管沟内有积水，应排除，并立即回填。管线下沟经监理检查合格后，方可进行回填。易冲刷地段、高水位地段、人口稠密区等应及时回填。
2) 沿线施工时破坏的挡水墙、田埂、排水沟、便道等地面设施应按原貌恢复。
3) 管沟回填土自然沉降密实后，应用雷迪寻管仪对管道防腐层进行地面检漏，符合设计规定为合格。管沟回填时按照设计要求埋设管道警示标志带。
4主要安全措施
1) 沉管过程中严禁人员沟下作业,严禁人员在悬空管道上站立或行走。
2) 沉管长度必须得到有效控制，必须缓缓沉管，每段距离必须一致，保证焊口不被拉断或出现内裂纹。
3) 增加安全监控力度，保障安全操作。
5 沉管下沟的优点
通过工程实践表明，高地下水位的水网地段采用沉管下沟与传统的沟上组对整体吊装下沟方式相比，沉管下沟法具有以下优点:
1）作业进度提高，由于沟上组对便于形成流水作业，人员、机械操作灵活、快捷，组对、焊接工效更高。
2）作业风险降低，由于沟下作业的工序少，人员、机械在沟内工作量小，操作时间相对较短，安全性提高。
3）人员投入减少，沉管下沟所需人员少，减少吊管机下沟人员接送值班车，只需要2名单斗操作手、1名测量工、1名防腐工和1名施工员及少量辅工即可完成下沟作业。
4）大型吊装机械投入减少，不需要大型吊装吊管机配合，减少吊管机长途拉运调迁设备，及设备日常维护保养费用。仅需要采用宽履带的湿地单斗挖掘机即可，该种挖掘机能够适应地耐力较差的环境，同时管沟土质情况决定不利于重型设备沟边行走，能够避免因为管沟塌方而造成的风险，提高了施工的可行性。并且仅需2台即可保证连续作业，且施工辅助用料较少，从而降低了施工成本。
5）每机组减少了吊管机操作人员及指挥、司索、维修人员，具有人员需求量少，降低成本，易于管理的特点。
6）工序衔接紧凑，解决了挖沟慢，下沟快，设备使用率小的矛盾。
7）由于沉管施工减少吊装作业，对员工的作业难度及施工风险大为降低，消减了风险因素。
8）降低了地貌恢复的难度，由于采用表层土和底层土分别放置在管沟两侧的方法 ，从而有效地降低了回填后表层土的损失，大大减少了对农田复耕的影响。
6结束语
本文阐述了大口径长输管道在水网地段沉管下沟施工方法的可行性，通过曾经使用过沉管法下沟施工,一边挖一边塌方，最终形成v形管沟，沉管下沟过程中管道母线始终与管沟壁接触，不存在明显悬空段，v形管沟坡度大，容易控制管道缓慢匀速下沉。通过几个施工现场的初步应用，给整个工程带来了积极的影响，相比传统的下沟施工，有着应用灵活、工效高、安全性高、缩短工期、节约造价等优点。实践充分证明该技术取得的效果，也为以后类似水文地质条件下的管道施工提供了借鉴。今后，我们将不断摸索，继续完善该施工技术。
论文作者:丁楠
论文发表刊物:《基层建设》2017年第32期
论文发表时间:2018/1/20
标签：管道论文; 作业论文; 中心线论文; 地段论文; 挖掘机论文; 测量论文; 管口论文; 《基层建设》2017年第32期论文;