大口径管道斜井穿越施工方法

摘要：本文针对豫西地区黄土台塬和黄土冲沟地形较多的特点，提出了大口径长输管道在该地形下采用人工开挖斜井的方法进行施工，该施工方法投资省、施工方便、不破坏黄土塬结构，是一种经济实用的好办法。

关键词：长输管道 斜井穿越 黄土台塬

0 引言

西气东输二线东段18标段段位于三门峡地区，全长126km，该段主要地形是黄土丘陵和黄土台塬，冲沟和陡坡较多，有部分冲沟和陡坡高差达几十米，甚至一百多米，如采用传统的“大开挖”施工方法会造成占地面积多、土方工程量大、施工进度缓慢、施工安全隐患高、地貌恢复困难、水土流失严重等诸多问题。因此，在实际施工中，根据现场实际地形情况，在西二线东段18标段部分地段采用“人工打斜井法”和“溜管穿越法”进行管道安装相结合的新型管道施工方法，即斜井穿越法，有效地解决了传统“大开挖”带来的诸多问题，保护了黄土塬脆弱的植被，增加了管道运行的稳定性。

斜井穿越法是在黄土梁上最大限度不破坏原始地貌的情况下，按照设计坡度和方向，在地面下进行人工掏洞挖掘，完成后，采用“一接一”溜管法进行管道安装就位的施工方法。

1 施工工艺流程

测量放线作业带清理施工便道修筑人工开挖斜井硅管管沟和回填沟开挖施工平台修筑硅管套管和回填铁皮敷设第一段“二接一”管段预制管道包裹管道安装就位管道“一接一”焊接安装就位回填水工保护地貌恢复。

2 施工技术措施

2.1 测量放线

①复测转角点，放出管道中心线、溜管预制场地及施工便道占地边界线。溜管及预制场地一般都选择在作业带上，且占地尺寸为管道中心线两侧各20m(该尺寸小于自然段作业带占地)。②原始地面高程测量：管道中心线确定后，对斜井穿越段进行地面高程测量，以确定斜井坡度和井口位置。③冲沟段斜井测量：对斜井两端点高程进行测量，确定斜井坡度。④黄土梁地段斜井测量：对斜井两端高程进行测量，同时还要对台阶之间的接点(埋深最小的台阶底部)进行测量。在这些关键点埋深满足设计要求的情况下确定斜井坡度。⑤作业坑位置确定：作业坑由井口和坡道组成，井口是预制管段连头焊接的地方，斜坡道是斜井、井口和地面之间的连接线，是人员、物料、土方对外输送的通道。位置的选择在保证能进行溜管作业的同时，还应保证周围有足够的场地用于堆放物料和弃土。

2.2 作业带清理

根据测量结果，对预制平台以及井口占地范围内附属物进行清理。

2.3 施工便道修筑

对于施工设备不能直接进入施工现场的地段，应修筑施工便道。

①黄土梁地段：在黄土梁地段施工设备不能直接进入施工现场，需修筑“Z”字型盘山道，“Z”字型盘山道宽度在5～8m间。②冲沟地段：在冲沟顶部施工设备一般不能直接进入，可利用附近小型冲沟或山间小道修筑施工便道。

2.4 作业坑开挖

在斜井作业施工前，首先要进行作业坑的开挖。井口的大小为坑底中心线两侧各2.5m，长度也为5m，深度应保证该点的设计埋深；斜坡道宽度应保证手推车和预制管段顺利输送，坡度为20°～25°。为了加快施工进度，该作业坑可通过机械挖掘完成。

2.5 人工开挖斜井

黄土塬土质为黄土，除表层风化形成沙土比较松软外，底层比较坚硬，在采取一定的安全措施后，可进行斜井开掘。施工作业时，根据斜井坡度选择斜井开挖方向，一般是从顶部向下开挖。在斜井顶端将卷扬机通过钢丝绳与手推车相连，带动手推车从洞里向洞外行走，从而将挖出的土方送至洞外的堆土区。为了确保手推车顺利将土送到洞外，在送土过程中，需有一人始终扶着小车，以控制小车的行走方向。斜井坡度为20°～30°。斜井掘进施工中需注意的要点：

2.5.1 走向控制

开挖前，应在地面上定出斜井方向，并在斜井顶上地面打木桩。洞口形成后，在洞外斜井方向的延长线上打一排木桩，间距以1m为宜，并用细线将木桩相连以控制斜井方向。斜井开挖到一定长度后，将洞外控制引导到洞内壁上，同样打上一排木桩，用细线相连以控制洞的掘进方向。

2.5.2 坡度控制

对最初掏挖的斜井洞口用仪器控制坡度。在逐渐掘进过程中，在洞壁上打一排木桩用细线相连，该线坡度即为斜井坡度。掘进过程中随时测量此线与地面的垂直距离，即可准确控制坡度。

2.5.3 安全控制

①洞内照明：在洞外设置发电机，通过电缆向洞内供电照明。②洞内通风：为保证洞内工作人员呼吸畅通，在洞口放置一台鼓风机，通过一根尼龙管向洞内供气，随洞掘进一起向内延伸。③洞内通讯：随着洞的掘进，洞内、洞外人员之间的直接通话越来越困难。为进一步确保安全施工，使洞内、洞外人员及时沟通联系，洞内、洞外人员各配置一部有线话机，以确保通讯畅通，另外还要配备哨子，一旦电话发生故障，立即使用备用的哨子，提醒洞内人员采取相应的应急措施。④风干：斜井掏完后，使洞自然风干3～4天，撤出安全支架。⑤在洞口作业坑外搭设遮雨棚，防止雨水进入洞内。⑥在遮雨棚外放置挡水墙，并沿墙挖排水沟。⑦每天施工完成后，把洞口遮挡，防止其他人员进入。

2.6 电缆沟和回填沟开挖

斜井开挖完成后，要根据设计图纸要求和回填施工要求，在斜井底部两侧各开挖一条300mm×300mm的沟槽，以敷设硅管套管和回填用的铁皮，如图1所示：

2.7 硅管套管和回填用铁皮安装

在斜井管道安装前，首先将硅管套管和回填用的铁皮安装完成，铁皮安装时要注意铁皮不能露出地面，以免溜管时损坏管道防腐层。

2.8 溜管操作坑开挖及管段预制平台修筑

在斜井施工期间，在距离井口一定距离的作业带上平整出一块管段预制场地，并在斜井开挖结束后，在井口处开挖出溜管作业场地（安装卷扬机和滑轮组的操作场地）。

2.9 卷扬机、滑轮组的安装和第一段“二接一”管段预制

①将卷扬机和滑轮组安装在操作坑内。如图2所示。②在平台上进行两根钢管“二接一”管段的焊接预制，并严格按照管道施工工艺进行管道的焊接、无损检测和防腐，以确保管道焊接和防腐质量。

2.10 管道包裹

溜管作业过程中，管道防腐层和收缩套最容易受到损伤，因此，在溜管前，应用柔性物(草袋、毛毡)将管道包裹，外表用竹片保护，铁丝捆扎牢固，以确保防腐层和收缩套(带)不受到损伤。

2.11 预制管段安装就位

将预制好的第一个“二接一”管段的一端(斜井底端方向)焊接封头，然后用吊管机(加长杆)直接将该预制管段吊放到斜井内，当第一个预制管段尾端接近洞口时停止溜管，然后与第一台卷扬机联接固定。

2.12 管道“一接一”安装就位

当第一个“二接一”管道就位后，采用吊管机吊装下一根管道进行对口、焊接、无损检测、防腐和管道包裹。然后将管道与第二台卷扬机联接固定，解除第一台卷扬机的联接，之后启动第二台卷扬机慢慢放松钢丝绳，管道在自身的重力下下滑，当管道下滑到一定位置时，再联接第1台卷扬机，解除第二台卷扬机的联接，如此交替进行，直到管道到达预定位置。

当管道到达预定位置后，再重复以上工作，直到斜井全部管道安装完毕。

2.13 回填

管道安装就位后斜井井壁与管道之间存在空隙，采用普通的回填方式难以填实。针对这种情况，西气东输二线东段EPC项目部组织运行单位、业主和设计在内的各参建单位，聘请专家做了进一步论证。根据论证结果，斜井内回填采用黄土泥浆填充的施工方法。为了防止管道在泥浆回填过程中漂浮，必须在单独试压完成后，管道有水的情况下进行泥浆填充。主管穿越前在井内开挖沟槽，用镀锌铁皮制作泥浆溜槽，管道穿越完成后，用搅拌机将泥浆搅拌均匀，沿泥浆溜槽下滑填满斜井内的空间。

①填充材料：黄土泥浆采用斜井开挖的黄土，加水和适量的添加剂拌和而成。添加剂可选用腐植酸钠和水玻璃等。腐植酸钠（HA―Na）为乌黑晶亮、有光泽的无定性颗粒，无毒无臭无腐蚀，极易溶于水，在浆体中用作降粘、降滤失剂，可增加浆体的流动性；水玻璃为硅酸钠溶液状态，硅酸钠在以水为分散剂的体系中为无色、略带色的透明或半透明粘稠状液体，硬化后具有较高的强度，作为添加剂时可提高材料的强度，提高浆体硬化速度。②施工所需设备、材料：需泥浆搅拌机2台，称量设备1台，镀锌铁皮（厚2mm，用量根据斜井长度确定）。③泥浆配合比见表1：

④泥浆溜槽制作：斜井开挖完成后，在斜井底板上，紧贴顺气流方向左侧开挖宽30cm、深30cm小沟槽，将用镀锌铁皮加工成的溜槽（30cm深，30cm宽）一节一节嵌入小沟槽，形成泥浆溜槽。镀锌铁皮高度不能超过斜井底板，防止穿越施工时损伤防腐层。⑤斜井填充：主管试压完成后，在管道内有水的情况下，在斜井顶部井口用泥浆搅拌机将泥浆按标准配比搅拌均匀，然后顺溜槽将泥浆灌入斜井底部。为防止斜井底部泥浆的压力过大发生泄漏，可先在斜井底部沿斜井先灌注10～15m长度，待泥浆凝固后再向上填充。

2.14 水工保护和地貌恢复

由于采用斜井施工，水工保护及地貌恢复工程量较小。因此只需要对管道焊接预制场、施工便道处和斜井进出口处进行地貌恢复和水工保护即可。

3 结束语

通过人工挖掘斜井与“一接一”溜管技术相结合，解决了传统的“大开挖”法存在的诸多施工和社会问题。这种工艺具有明显的“安全、节省、环保”优势，是攻克大中型冲沟、台地、黄土坡等黄土塬地区进行管道施工的有效方法。

参考文献：

[1]孙毅力，王芝银等.《穿越黄土陡坡管道斜井支护方式》，油气储运，2008年第4期.

[2]程家富，叶继东等.《开挖斜(竖)井在陡坡处敷设长输管道的施工方法》，石油工程建设，2000年10月第5期.