大口径长输管道水网段沉管施工探讨

　　摘要：江南水网地段，河流纵横交错，农田地段较多，地下水位高，地表承载力差，采用传统的沟上组对，吊装下沟，整体回填的施工方法难度较大，采用沉管下沟施工方案，不仅效率高，且安全系数大。
　　关键词：大口径管道、水网、沉管下沟
　　1． 水网地段的特点
　　水网地段地势平坦、河流交错、湖泊池塘密布，水系发达，作业带基本由稻田组成，地表承载力差、地下水位高，且雨天多、雨量大，大型设备难以在作业带行走。
　　2． 传统施工方案可行性分析
　　2.1沟下组焊的可行性
　　沟下组焊虽然避免了大型吊装设备的使用，但是沟下施工时间太长，必然导致管沟内大量渗水，加大排水措施投入，增加施工成本。同时在施工过程中通常是几个施工机组同时进行，而防腐补口施工机组往往是一个机组配合几个焊接机组，不可能进行大量转场，防腐补口施工必然落后，造成管沟开挖完成后到回填时间间隔较长，而管沟开挖完成后，如长时间不进行支护或回填，必将导致大量塌方，造成沟下施工安全风险。因此沟下组焊在典型水网地段难度较大，可行性不高。
　　2.2沟上组对吊装下沟的可行性
　　沟上组对吊装下沟的施工方案，根据我标段的管道规格（Ф1016mm*21mm），每根管道的重量大概在6.2t，必须采用大型设备吊装下沟，而水网地段承载力极差，大型吊装设备自行行走都十分困难，进行吊装管道下沟作业难度较大，可行性不高。
　　3． 沉管下沟施工方案可行性分析
　　沉管下沟施工方案能有效地避免使用大型设备进行施工作业，同时也能保证施工进度，及施工安全，其是否可行取决于管道下沟时，弯曲时产生的最大应力是否小于管道的最小屈服强度。
　　3.1力学模型的建立
　　以Ф1016×21.0mm管道沉管下沟为例，通过现场试验得出管道下沟时曲线情况（如图1），在力学上将这种受力状态简化为悬臂梁受均布荷载的模型进行受力分析（如图2）。
　　3.2受力计算
　　所收外伸梁端挠度公式及B点最大应力的计算公式为：
　　C点挠度为：
　　f=q×l4/8×E×I(1)
　　应力：
　　σ=M/W（2）
　　其中：M=1/2q×I2
　　式中：f——挠度，mm；
　　q——均布荷载，M/mm；
　　I——惯性距，mm4；
　　E——弹性模量，N/mm2；
　　σ——应力，MPa；
　　M-B——截面弯矩，KN.m;
　　W——截面抵抗矩，mm3；
　　由式（1）（2）经过计算得出，Ф1016×21.0mm管道在B点的应力为395.2MPa；计算表面B截面最危险点的应力比X70钢管的最小屈服强度485MPa小得多，采用沉管法进行管道下沟时，管道产生的应力满足其强度要求，沉管施工方法可行。
　　4． 沉管施工工序流程
　　沉管施工工序流程如下：
　　5． 沉管下沟施工工艺
　　5.1测量放线
　　根据施工图纸和控制桩位，依据测量中线成果表，用RTK-GPS复合管道中心线，确保管线中心符合规范要求，在下沟后难以进行调整。确定管沟开挖边线位置和放土区域，并用白石灰撒上边线。
　　5.2管口封堵
　　管道下沟前对下沟管道两端要进行严密封堵，封堵采取盲板满焊，并认真检查确保封堵严密。
　　5.3电火花检漏
　　在下沟前对管道进行电火花检漏，对于管道底部局部无法检测部分，可暂时不予处理。
　　5.4管沟开挖
　　在管沟开挖前按规范对耕种土进行剥离，完成后开始进行管沟开挖。管沟开挖时，沿管道方向，在管道两侧对称布置挖掘机，首先在管段的一端距离管道中心线1m处，用2台挖掘机在管道两侧对称的进行管沟开挖，管沟沟壁要按照规范要求进行放坡，以防止塌方。挖沟时，必须要求专人指挥，两台挖掘机同时进行施工，呈“八”字型进行开挖。
　　为了保护管道防腐层，挖掘机的斗铲在距离管道大于200mm处缓慢入土开挖。同时在开挖处管道上包裹δ=10mm的橡胶板，包裹管道一周，环向和纵向接头搭接不小于10mm，形成直径略大于管道的同心圆。包裹完成后在橡胶板表面绑扎长度3~4m长宽度适中的竹片，要求绑扎密实，最后在整个包裹层上引出牵引绳用于包裹层的移动。包裹长度宜大于3m并覆盖挖掘机活动范围并随着挖掘的进行移动。
　　5.5管沟测量及电火花检漏
　　在管沟开挖过程中，测量工要全程使用水准仪进行管沟测量，保障管沟沟底标高等满足设计要求后，管道方可沉降到位，同时保障管道不悬空。管道下沟时，要及时对管道悬空部分底部进行电火花检测，合格后方可下沟，并对在管沟开挖过程中新出现的防腐层破坏，应及时进行修补，确保下沟的管道无漏点。
　　5.6管沟回填
　　在管道下沟后，必须及时进行小回填，避免管沟积水导致管道漂浮或管沟塌方，挤压管道导致埋深不足。
　　6． 沉管下沟施工方案的优点
　　与传统的施工方案相对，沉管下沟施工方案具有以下优点：
　　a． 沟下作业的工序少，工作量小，操作时间较短，安全性高。
　　b． 施工人员少，只需要2名操作手，1名测量工，1名防腐工，1名监测人员及少量的辅助工。
　　c． 不需要大型的吊装设备，且只需2台挖掘机即可完成沉管下沟施工作业，辅助用料少，大大降低了施工成本。
　　7． 沉管下沟施工方案的施工难点
　　7.1浅埋地段
　　在水网地段存在大量的公路穿越施工，为了减少最终连头施工数量，必然导致部分公路穿越直接浅埋穿越。而浅埋穿越部分管道长度一般在80m以上，这就导致在进行该部分管道沉管施工时，由于管道沉降幅度减少，使得在开挖时，管道下部管沟无法自然坍塌，开挖十分困难，且易造成管道防腐层破损。
　　为方便施工，针对该情况，一般采用适当加深管沟深度，确保管沟开挖时难度较小，保障施工进度。
　　7.2纵向及横向弯管地段
　　水网地段存在大量的河流穿越，为了加快施工进度，一般采取与一般线路段直接焊接施工穿越通过，这就导致河流穿越时的纵向弯管沉管下沟时较为困难，同时一般地段也存在组合弯管代替弯头，在沟上组对完成后，进行沉管下沟的情况。沉管施工时，该部分管段，必然造成管道弯曲段受力较大，如长久受力则有可能导致管道变形的严重事故。
　　针对这种情况，可采取设置支撑点方式进行沉管施工，即在起弯点处暂时不进行开挖，在两端均开挖完成后，再对起弯点段管沟开挖，确保管道悬空长度相对较短，减少管道应力。另外也可以增加设备加快沉管施工速度，减少管道受力时间的方式解决。
　　8.结束语：
　　沉管施工法在水网地段施工中相较传统施工法优势较明显，在保障施工进度和质量的同时，也取得了良好的经济和社会效益，具有较大的推广价值。
　　参考文献：
　　1.吕振忠,张志强,长输管道施工质量控制分析,石油工业技术监督,2011(07)
　　2.高顺华,陈仁贵.天然气长输管道燃压机组的机型选择及配置,热能动力工程2010(07)

《大口径长输管道水网段沉管施工探讨》

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