張宏志，楊凱，孫更柱，于洋，李明

（大慶油田工程建設(shè)有限公司安裝公司， 黑龍江 大慶 163416）

長(zhǎng)輸管道定向鉆或大開(kāi)挖穿越管道與主線路管道的連頭，以及石油石化老區(qū)改造項(xiàng)目中，在新、老管線連頭處常會(huì)出現(xiàn)管線走向不一致，容易出現(xiàn)大口徑管道標(biāo)高、走向不一致，出現(xiàn)空間任意角度管道連頭。以往大口徑管道連頭施工中，連頭點(diǎn)管段、彎頭下料的準(zhǔn)確性，占有連頭時(shí)間最長(zhǎng)，同時(shí)也是造成連頭焊口組對(duì)質(zhì)量問(wèn)題的最主要原因[1]。傳統(tǒng)方法是施工現(xiàn)場(chǎng)采用4點(diǎn)或8點(diǎn)測(cè)距法或使用粉線配合量角器的幾何測(cè)量法獲得初步的管段長(zhǎng)度和彎頭角度，在溝下進(jìn)行試裝管段、彎頭，反復(fù)調(diào)整、修磨完成大口徑管道連頭，這種連頭方法存在連頭點(diǎn)焊口強(qiáng)力組對(duì)、容易發(fā)生錯(cuò)口、連頭時(shí)間長(zhǎng)、施工質(zhì)量差、施工成本高等難題，造成連頭點(diǎn)焊縫應(yīng)力集中、使用壽命短[2]。特別是在沼澤、河渠等高地下水位地段，在易滑坡、崩塌等地質(zhì)不良地段，在彎頭型號(hào)因素制約的施工現(xiàn)場(chǎng)，造成連頭難度大、施工成本高等[3]。

本文總結(jié)了以往長(zhǎng)輸管道連頭和石油石化站場(chǎng)連頭的施工經(jīng)驗(yàn)，研究了放線法和三維空間模擬連頭法兩種方法，實(shí)現(xiàn)了大口徑管道空間任意角度連頭，提高了施工效率和質(zhì)量，降低了施工成本，具有較大的推廣價(jià)值。

1 放線法

連頭管道兩端的管頂處各找一點(diǎn)A、B，用卷尺測(cè)量AB的長(zhǎng)度L1，沿管線走向繪制一條走向線，用角鋼的邊線延伸管道走向線AC、BD。垂直于AC上A點(diǎn)，與管道1延長(zhǎng)線相交于D點(diǎn)。

圖1 放線法測(cè)量數(shù)據(jù)

圖2 第二組測(cè)量數(shù)據(jù)圖

L3是一個(gè)帶角度的斜線，用拐尺和細(xì)繩線找到C點(diǎn)，用滑石筆標(biāo)定該點(diǎn)，用卷尺測(cè)量BC段長(zhǎng)度L3、AC段長(zhǎng)度L2。固定住L1、L2、L3，在L1、L2或L3中任意取一點(diǎn)，用一根細(xì)繩延伸該直線相交到管口為E點(diǎn)，用滑石筆標(biāo)定該點(diǎn)為E點(diǎn)。用兩把拐尺和細(xì)繩線輔助測(cè)量，連接A、E點(diǎn)，延伸至F點(diǎn)，測(cè)量出AF段長(zhǎng)度L4。

以圖2為第二組測(cè)量數(shù)據(jù)。用拐尺和細(xì)繩線找到H點(diǎn)，用滑石筆標(biāo)定該點(diǎn)，用卷尺測(cè)量BH段長(zhǎng)度L5、AH段長(zhǎng)度L6。

固定住L1、L5、L6，在L1、L5或L6中任意取一點(diǎn)，用一根細(xì)繩延伸該直線相交到管口，用滑石筆標(biāo)定該點(diǎn)為M點(diǎn)。

用兩把拐尺和細(xì)繩線輔助，連接B、M點(diǎn)延長(zhǎng)線，以B為垂足，相交管道2延長(zhǎng)線于K點(diǎn)。用拐尺以N點(diǎn)為垂足，做KN垂直MN，測(cè)量出BN段長(zhǎng)度L7。

1.1 管道投影平面

投影原理：空間任意兩管道連頭處構(gòu)建直線使其連接，每條管線走向線分別與直線AB建立輔助平面，在輔助平面內(nèi)彎頭角度不是疊加角，便于計(jì)算彎頭角度和預(yù)制管道長(zhǎng)度。輔助平面1是管道2上A點(diǎn)走向線與AB決定的平面，輔助平面2是管道1上B點(diǎn)走向線與AB決定的平面。

圖3 管道2與AB投影面

圖4 管道1與AB投影面

1.2 繪制平面圖紙

由于管道直徑大，難以找到大型的紙張手工繪制，因此，繪制平面圖紙一般采用AUTOCAD軟件繪制。在AUTOCAD軟件上繪制出兩個(gè)圓，由于測(cè)量點(diǎn)在兩管頂處，頂管處圓半徑為彎頭曲率半徑和彎頭半徑之和，底管處圓半徑為彎頭曲率半徑和彎頭半徑之差。在兩圓上做垂線和切線。

如圖5所示，在圖紙上任意畫(huà)一條直線為管道2，任取一點(diǎn)為A點(diǎn)，垂直于A點(diǎn)做一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)4的線段，端點(diǎn)為F點(diǎn)。在管道2延長(zhǎng)線上以A點(diǎn)為起點(diǎn)，量取長(zhǎng)度為L(zhǎng)2的線段，端點(diǎn)為C點(diǎn)。垂直于C點(diǎn)畫(huà)一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)3的線段，端點(diǎn)為B點(diǎn)。連接BF，并延長(zhǎng)FB至H點(diǎn)，BH即為投影后管道1的走向。以A點(diǎn)為切點(diǎn)，以管道2的走向線為切線，以209mm為半徑畫(huà)圓。以B點(diǎn)為切點(diǎn)，以管道1的投影后走向線為切線，以95mm為半徑畫(huà)圓。做兩圓的公切線，與圓相交于P、R點(diǎn)，連接OP，用量角器量出Q1角度，Q1即為管道2彎頭的加工角度，用直尺或三角板量出a1值。

圖5 管道2與AB投影面

如圖6所示，在圖紙上任意畫(huà)一條直線為管道1，任取一點(diǎn)為B點(diǎn)，垂直于B點(diǎn)做一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)7的線段，端點(diǎn)為N點(diǎn)。在管道1延長(zhǎng)線上以B點(diǎn)為起點(diǎn)，量取長(zhǎng)度為L(zhǎng)5的線段，端點(diǎn)為H點(diǎn)。垂直于H點(diǎn)畫(huà)一條長(zhǎng)度為L(zhǎng)6的線段，端點(diǎn)為A點(diǎn)。連接N、A點(diǎn)，并延長(zhǎng)NA至K點(diǎn)，AK即為投影后管道2的走向。以B點(diǎn)為切點(diǎn)，以管道1的走向線為切線，以95mm為半徑畫(huà)圓。以A點(diǎn)為切點(diǎn)，以管道2的投影后走向線為切線，以209mm為半徑畫(huà)圓。做兩圓的公切線，與圓相交于P、R點(diǎn)，連接OR，用量角器量出Q2角度，Q2即為管道1彎頭的加工角度，用直尺或三角板量出a2值。

圖6 管道1與AB投影面

1.3 尺寸計(jì)算

用量角器量出Q2值，用直尺或三角板量出a2值；Q1為管道2的彎頭角度，Q2為管道1的彎頭角度；預(yù)制管段長(zhǎng)度為：

L=L1-a1-a2

2 三維空間模擬連頭法

三維空間模擬連頭法是利用RTK測(cè)繪儀器采集連頭點(diǎn)坐標(biāo)值，在計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)三維空間再現(xiàn)，計(jì)算出彎頭角度和管段長(zhǎng)度，提前預(yù)制管件和彎頭，完成空間管道連頭組裝。

2.1 連頭坐標(biāo)數(shù)據(jù)采集和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

采用RTK測(cè)量一端連頭點(diǎn)管道管頂坐標(biāo)和沿管頂1～3m之間軸向坐標(biāo)共計(jì)2處，RTK測(cè)量精度精確到厘米，測(cè)量的坐標(biāo)點(diǎn)為大地坐標(biāo)點(diǎn)，測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)以米為單位[4]。由于RTK測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)值大，在三維軟件中難以顯示管道模型，需要對(duì)測(cè)量坐標(biāo)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。以連頭部位任意一點(diǎn)設(shè)置為新坐標(biāo)點(diǎn)（0,0,0），其余各坐標(biāo)點(diǎn)減去新坐標(biāo)點(diǎn)，生成了新的相對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)。

2.2 三維虛擬空間連頭

圖7 RTK數(shù)據(jù)采集

在三維軟件中，依據(jù)相對(duì)坐標(biāo)點(diǎn)，生成直線。由直線生成連頭點(diǎn)管道模型，確定了連頭點(diǎn)管道的三維空間位置。在虛擬空間延長(zhǎng)連頭點(diǎn)管道軸向線，構(gòu)建兩條軸向線共有的空間曲線，實(shí)現(xiàn)兩處連頭點(diǎn)軸向線連接。在連接處測(cè)量彎頭角度，依據(jù)點(diǎn)、線、面、體原理，構(gòu)建多個(gè)輔助平面，繪制出管道連頭模型，實(shí)現(xiàn)了連頭點(diǎn)準(zhǔn)確連接。

2.3 安裝圖生成

連頭點(diǎn)管道在虛擬空間完成連頭后，應(yīng)用三維軟件的測(cè)量功能，精確測(cè)量出管道短節(jié)尺寸、熱煨彎頭角度和冷彎頭角度，生成施工安裝圖，提前下料預(yù)制出管道短節(jié)、彎頭。

圖8 大口徑管道穿越障礙物連頭

3 工程應(yīng)用效果

根據(jù)連頭安裝圖，在預(yù)制場(chǎng)地提前預(yù)制管道和彎頭，減少了溝下作業(yè)工作量，提高了管道施工質(zhì)量和施工效率，加快了施工進(jìn)度，降低了連頭安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了連頭的降水支護(hù)費(fèi)用，受到業(yè)主和甲方的一致好評(píng)。

4 結(jié)論

圖8 管道連頭提前預(yù)制下料施工

通過(guò)放線法和三維空間模擬連頭法，降低了大口徑管道連頭難度和安全風(fēng)險(xiǎn)，節(jié)省了連頭施工成本。放線法適用于短距離“固定口”連頭，連頭質(zhì)量精度高，連頭效率高。三維空間模擬連頭法適用于長(zhǎng)距離管道施工，將連頭施工變成按圖施工，能提前計(jì)算并預(yù)制彎頭及各種管段，能節(jié)省現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量和加工管件的時(shí)間，減少了溝下作業(yè)工作量，同時(shí)克服現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量誤差大的不足，可加快連頭施工進(jìn)度，提高連頭質(zhì)量。放線法和三維空間模擬連頭法大大降低了連頭施工費(fèi)用，具有較大的推廣價(jià)值和應(yīng)用前景。

◆參考文獻(xiàn)

[1] 王冰懷，隋永莉，崔建業(yè). 減少長(zhǎng)輸管道連頭數(shù)量與降低連頭組對(duì)應(yīng)力[J].石油天然氣學(xué)報(bào)，2013，35(4)：254-256.

[2] 張與勝. 長(zhǎng)輸管道連頭施工質(zhì)量控制[J].硅谷，2012，(23)：156-157.

[3] 郭景鳳，王以兵，王曉峰. 大口徑長(zhǎng)輸管道施工連頭技術(shù)[J].工程技術(shù)，2016，(7)：120-121.

[4] 付文俊. GPS-RTK在工程測(cè)量中應(yīng)用及其技術(shù)特點(diǎn)[J].資源信息與工程，2017，32(4)：138-139.