戶永杰，李紅江，劉穎斌，胡　斌，楊　林，趙亞坤中國(guó)石油天然氣管道局第三工程分公司，河南鄭州　451450

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河流大開挖穿越管道整體預(yù)制下溝施工技術(shù)

戶永杰，李紅江，劉穎斌，胡斌，楊林，趙亞坤
中國(guó)石油天然氣管道局第三工程分公司，河南鄭州451450

摘要：西氣東輸三線管道工程中河流穿越工程多，穿越地質(zhì)復(fù)雜，河流水文條件變化快，施工難度大。以西氣東輸三線管道工程?hào)|段第2標(biāo)段的龍山溪穿越工程為例，介紹了該工程的基本情況和施工流程，并對(duì)每一步施工工序進(jìn)行了詳細(xì)闡述。龍山溪穿越工程采用管溝分層開挖和管道整體預(yù)制同時(shí)進(jìn)行的方案，管道整體下溝，管道整體試壓，極大地縮短了施工工期，減少了施工成本。為今后類似的管道建設(shè)工程積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)，具有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：大開挖；管道整體預(yù)制；圍堰導(dǎo)流；管道整體下溝

1　工程概況

龍山溪大開挖穿越工程是西氣東輸三線管道工程?hào)|段第2標(biāo)段線路工程中第一個(gè)河流穿越工程，穿越長(zhǎng)度較長(zhǎng)，管溝開挖土方量大；施工期間水流量較大，對(duì)圍堰導(dǎo)流技術(shù)要求較高。該地區(qū)地質(zhì)情況為砂卵石，滲水率比較高，施工作業(yè)帶抽水及排水作業(yè)難度大，具有南方中型河流的典型特點(diǎn)，因此總結(jié)該工程的技術(shù)創(chuàng)新和經(jīng)驗(yàn)具有重要的意義。

龍山溪位于南靖縣龍山鎮(zhèn)涌北村，管道穿越起點(diǎn)為4170號(hào)樁，起點(diǎn)里程為26 km + 11.3 m，終點(diǎn)為4171號(hào)樁，終點(diǎn)里程為26 km + 277.2 m。管道整體設(shè)計(jì)范圍內(nèi)穿越段水平長(zhǎng)度為225.9 m，實(shí)長(zhǎng)為227 m。使用管道規(guī)格為D 1 219 mm×27.5 mm的L555直縫埋弧焊鋼管。防腐采用高溫型3層PE加強(qiáng)級(jí)防腐層。

2　主要施工工藝流程

在龍山溪大開挖穿越工程中，管道局第三建設(shè)公司結(jié)合河流的實(shí)際特征進(jìn)行了一系列的技術(shù)創(chuàng)新，有效地整合資源，同時(shí)進(jìn)行管溝分層開挖和管道整體預(yù)制，完成一系列準(zhǔn)備工作后進(jìn)行整體下溝，整體試壓。在克服技術(shù)難題的情況下，多個(gè)作業(yè)面同時(shí)施工，極大地縮短了施工工期和工序。龍山溪穿越施工流程見圖1。

3　施工過程

3.1測(cè)量放線

根據(jù)施工圖紙要求，用GPS放出管道中心線、管道邊界線、作業(yè)帶占地邊界線以及導(dǎo)流渠的邊界線，并在管道開挖過程中對(duì)管道中心線和管道邊界線隨時(shí)測(cè)量進(jìn)線。另外清理障礙物、樁點(diǎn)、岸基等地，并使用不同醒目顏色設(shè)置標(biāo)記，同時(shí)做好詳細(xì)記錄，將設(shè)計(jì)交付的控制樁引出作業(yè)帶并加以保護(hù)。

3.2便道修筑

根據(jù)實(shí)際踏勘情況，修筑施工便道連接采砂場(chǎng)和施工場(chǎng)區(qū)。為滿足設(shè)備及車輛通行，使用外運(yùn)土方進(jìn)行道路修筑，將原有寬2 m，長(zhǎng)195 m的小路加以拓寬修葺，修筑后土方厚度1.5 m，路面寬度4 m，并在加寬部分鋪設(shè)0.2 m厚的碎石層以滿足工程需求。

圖1　施工工序流程

修路用土方：2×1.5×195 = 585（m3）

修路用碎石：2×0.2×195 = 78（m3）

3.3圍堰導(dǎo)流

為使工程有效地排水，保證洪水洪峰不至影響河道區(qū)管道施工。本工程采用圍堰導(dǎo)流渠導(dǎo)流法，即在河槽內(nèi)筑壩斷流，河岸的一側(cè)開渠引水。導(dǎo)流渠的橫截面積由溝渠穿越處的流量確定，公式為：

式中：F為導(dǎo)流渠的橫截面積，m2；Q為穿越處水流量，m3/s；VC為導(dǎo)流渠最大承受的水流速度，m/s。

根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算后，實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)布置及占地范圍如圖2所示，其導(dǎo)流溝長(zhǎng)度280 m，導(dǎo)流溝底寬5 m，深5 m，上口寬8 m，迎水面設(shè)置復(fù)合土工布一層，編織袋裝土碼砌2層壓敷土工布。圍堰施工時(shí)上游設(shè)置攔水堰，上游堰成斜向布置，堰長(zhǎng)255 m，高5 m，頂寬3 m，底寬8 m，迎水面設(shè)置復(fù)合土工布一層，編織袋裝土碼砌2層壓敷土工布。下游堰長(zhǎng)245 m，高4 m，頂寬2 m，底寬6 m，不設(shè)置土工布。

3.4壩間排水

為了使堰內(nèi)積水不影響正常施工，本工程采用坑基排水法排水。其排水示意見圖3。

在截水壩壩底和管溝一側(cè)分別開挖排水溝，其中排水溝深1.5 m，邊坡坡度為1:1，并在多點(diǎn)設(shè)置長(zhǎng)度為1.2 m、寬度為1.4 m的集水坑，將水通過排水溝引入集水坑，通過抽水泵將積水排除。排水工作要連續(xù)，直至回填完成，排水時(shí)晝夜設(shè)專人值班，查看水流情況，以防跑水漏水。對(duì)圍堰內(nèi)需要的降水量進(jìn)行計(jì)算，估算出工程大概需要的污水泵和離心泵的數(shù)量。其計(jì)算方式如下：

圖2　圍堰導(dǎo)流示意

圖3　排水示意

式中：Q1為堰內(nèi)需降水量，L/s；Q2為坑基內(nèi)存水量，L/s；Q3為堰內(nèi)滲水量L/s；Q4為水泵的單位流量，L/s；L為坑基長(zhǎng)度，m；W為坑基寬度，m；H為坑基高度，m；t為時(shí)間，s；K為土壤滲透系數(shù)，m/s；B為河渠水面寬度，m；A為圍堰的余率；h為河渠水深，m；N為泵的數(shù)量，臺(tái)。

3.5管溝分層開挖

龍山溪穿越地段，受上游攔水壩影響，河水水量變化較大，為滿足疏汛的要求，管道埋設(shè)的深度較深，其最大穿越深度距地面約12 m。由于現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況由砂卵石和花崗石組成，所以管溝開挖困難，成型比較差，因此管溝采用“分層開挖”方式施工。河床底部及岸邊灘地下管溝開挖示意見圖4。

圖4　河床底部開挖刨示意

第一層平臺(tái)開挖深度為設(shè)計(jì)總深度減去2 m，挖出的平臺(tái)滿足設(shè)備行走的要求。第二層開挖以第一層平臺(tái)為基準(zhǔn)，下挖4 m，放坡坡比為1∶1.5；同理第三層開挖以第二層平臺(tái)為基準(zhǔn)，下挖4 m，坡比為1∶2；第四層以第三層為作業(yè)平臺(tái)，采用爆破的方式對(duì)石方進(jìn)行爆破，完成后在底部鋪設(shè)細(xì)土袋，成型后溝底寬度為3.6 m，上口寬度為4.8 m，坡比為1∶0.5。采取分層開挖的好處是便于管道吊裝下溝。管溝開挖成型后，使用GPS對(duì)管溝溝底標(biāo)高進(jìn)行復(fù)測(cè)，確保溝底標(biāo)高控制在圖紙規(guī)定的溝底標(biāo)高位置，溝底的平整度和直線度能夠滿足設(shè)計(jì)要求。

3.6管道整體預(yù)制

為縮短工程周期，合理利用有效資源，工程采用管道預(yù)制法。管道預(yù)制分為整體預(yù)制和分段預(yù)制。分段預(yù)制即采用溝上分段焊接，溝下連頭，需邊開挖管溝邊焊接，這種預(yù)制施工簡(jiǎn)單，施工周期長(zhǎng)，適用于大型河流穿越工程。整體預(yù)制法是在溝上完成整體焊接然后下溝，這種方式技術(shù)難度大，但可同時(shí)進(jìn)行管溝開挖和管道預(yù)制焊接，極大縮短了施工工期和施工成本。為降低施工成本，加快工程進(jìn)度，本工程采取整體預(yù)制焊接法，具體實(shí)施方法如下：

管道可預(yù)制1個(gè)24接1管段，其中河道右側(cè)19根直管后接仰角7°彎管，然后接3根直管之后使用7°彎管反平，最后接1根直管以便于連頭。

焊接完成后應(yīng)對(duì)所有焊口進(jìn)行100%RT檢測(cè)和100%UT檢測(cè)，檢測(cè)合格后采用高溫型聚乙烯熱收縮套對(duì)管口進(jìn)行防腐，認(rèn)真檢測(cè)管體防腐層是否有損傷，并按照防腐標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防腐，下溝前使用電火花檢測(cè)儀檢測(cè)后方可下溝。

3.7整體下溝

為防止管體劃傷，管溝成型后立刻在管底鋪設(shè)細(xì)土袋，在管道焊接及檢測(cè)、防腐補(bǔ)口及補(bǔ)傷完成后，進(jìn)行下溝。管道下溝如圖5所示，使用13臺(tái)挖掘機(jī)，要求吊具選擇使用尼龍吊帶，起吊點(diǎn)距焊口距離大于2 m。完成整體下溝后再次進(jìn)行電火花檢漏。

圖5　管道整體下溝示意

3.8穩(wěn)管

為使管道不產(chǎn)生漂浮和移位，需要進(jìn)行穩(wěn)管，常用穩(wěn)管的方式主要有預(yù)制鞍馬塊加重塊加重、現(xiàn)澆混凝土加重、預(yù)制混凝土連續(xù)覆蓋加重，上述穩(wěn)管方式的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

（1）預(yù)制鞍馬塊加重塊加重方法工序簡(jiǎn)單，能夠大規(guī)模預(yù)制，極大地縮短了施工周期，但受地域條件的影響不能在水急的地域使用，以免覆傾失去穩(wěn)管的功效。

（2）現(xiàn)澆混凝土加重方法施工工序簡(jiǎn)單，但是其質(zhì)量受到地層滲水的影響。

（3）預(yù)制混凝土連續(xù)覆蓋加重方法經(jīng)常用在大型河流穿越上，比較節(jié)省施工材料，但由于工序復(fù)雜，工期長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了這種方法的推廣。

對(duì)比以上不同穩(wěn)管方式，本工程選用鞍馬加重塊方法加重穩(wěn)管。

在穩(wěn)管前首先要根據(jù)西氣東輸三線管道工程規(guī)范進(jìn)行抗靜水漂浮計(jì)算。其計(jì)算公式如下：

式中：W為單位長(zhǎng)度管段總重力，N/ m；K為抗浮力安全系數(shù)；FS為單位長(zhǎng)度管段浮力，N/ m。

根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)計(jì)算選擇使用68塊馬鞍形重晶石混凝土壓重塊進(jìn)行壓載。壓載前管體包覆8 mm厚橡膠板。壓載后對(duì)該段管道進(jìn)行清管和水壓力試驗(yàn)，達(dá)到設(shè)計(jì)要求的壓力條件后，進(jìn)行管溝回填。

3.9管溝回填及河道恢復(fù)

管溝回填時(shí)首先選擇中粗砂小回填。為了防止管道的防腐層出現(xiàn)漏點(diǎn)，在小回填之后大回填之前要對(duì)穿越段管道進(jìn)行音頻檢漏，若發(fā)現(xiàn)有漏點(diǎn)，需及時(shí)處理；如無漏點(diǎn)，則及時(shí)進(jìn)行大回填。在大回填過程中加強(qiáng)安全監(jiān)護(hù)，嚴(yán)禁挖掘機(jī)和推土機(jī)在管道上方來回碾壓。

河道恢復(fù)包括圍堰拆除和導(dǎo)流渠回填。管溝回填完成后，先拆除下游圍堰，再拆除上游圍堰，上游圍堰宜用挖掘機(jī)采用后退方法進(jìn)行拆除。最后將堰體土石方運(yùn)至導(dǎo)流渠內(nèi)進(jìn)行地貌掩填。

3.10水工保護(hù)和三樁標(biāo)識(shí)

為保證管道投產(chǎn)后的安全，便于管道監(jiān)測(cè)，工程按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行水工保護(hù)及穿越標(biāo)志樁的安裝。根據(jù)漳州市水利局對(duì)河道穿越的管理要求，在河道穿越的兩側(cè)砌石護(hù)岸，為了防止水工保護(hù)不均勻沉降造成的塌方，基槽開挖到管道下方的原土層。為能觀測(cè)到管道穿越河流的詳細(xì)位置，在河道地面設(shè)置標(biāo)識(shí)醒目、通透性強(qiáng)三樁標(biāo)識(shí)。

4　結(jié)束語

龍山溪大開挖穿越工程采用管道大開挖整體預(yù)制施工方法，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，創(chuàng)新施工技術(shù)，合理地選擇在枯水期施工，有效地分配資源，提前完成了施工，節(jié)約了施工成本，縮短了施工周期，為管道的全面完工創(chuàng)造了條件。該工程為西氣東輸三線管道河流穿越工程提供了很好的樣板，同時(shí)為類似長(zhǎng)輸管道施工積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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Construction Technologyof Whole Crossing Pipeline Section Prefabrication and Laying for Pipeline Crossing River with Large Excavation

HU Yongjie，LIHongjiang，LIU Yingbin，HU Bin，YANG Lin，ZHAO Yakun
No.3 Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau，Zhengzhou 451450，China

Abstract：There are many projects of pipeline crossing rivers in the Third West to East Gas Pipeline，having complex geological and variable river hydrological conditions. This paper introduces Longshanxi pipeline crossing river project located at the second bidding section of the east section of the Third West to East Gas Pipeline with regard to the basic situation，construction process and detailed construction steps. The crossing project adopts the construction scheme of trenching layer by layer and prefabricating crossing pipeline section simultaneously and then laying the whole crossing pipeline section and doing pressure test，which greatly shortens construction period and reduces construction costs.

Keywords：large excavation；whole pipeline prefabrication；cofferdam andriverdiversion；laying whole pipeline ontotrench

doi:10.3969/j.issn.1001- 2206.2016.02.015

作者簡(jiǎn)介：

戶永杰（1987-），男，河南濮陽人，2014年畢業(yè)于西安石油大學(xué)電力電子與電力傳動(dòng)專業(yè)，碩士，從事石油天然氣施工技術(shù)管理工作。Email：736931640@qq.co m

收稿日期：2015- 08- 10；修回日期：2015- 11- 21