双侧沉管下沟技术在中——乌天然气管道中的应用.pdf

长输管道技术专栏 I L o n g D i s t a n c e P i p e li n e C o n s t r u c t io n 双侧沉管下沟技术在中乌天然 气管道中的应用 ■ 李加平 中国石油天然气管道第_-- r 程公司 江苏徐州 2 2 1 0 0 8 摘要在中 一乌天然气管道工程中， 延绵 1 0 3 ． 8 k m的沙丘地段可谓工程重中之重， 针对沙丘地段承载力差 ， 管沟塌方严 重 ， 无法成形等一系列 问题 ， 项 目部及 时提出了双侧沉管下沟 技术 ， 并大力 推广 ， 不仅 从技术角度解 决了沙漠段 下 沟难题 ， 也为 NO． 1 的顺利贯通作 出了巨大贡献。文章结合 Z A B 0 4 9 4 -0 6 0 1 n段双侧沉 管施 工的实际情况 ， 从沉 管 下沟 的力学计算 、 施工技术要求进行了描述 ， 以期为今后沙漠段双侧沉管施 工提供 技术支持 。 关建 词 中一乌天然气管道沙漠双 侧沉管 下沟技术 中图分类号 T U 7 4 1 文献标识码 B 文章编号 1 6 7 2 - 9 3 2 3 2 0 1 0 0 2 0 0 5 7 0 2 1工程概况 在中一 乌天然气管道工程 中，我公 司承担 了 B标段双线施 工和新增 Z A 0 1 9 8 ～Z A 0 2 2 8段共计 6 0 9 ． 2 3 k m 的管道施工任 务 ， 管道起于布 哈拉市 以西约 7 0 k in 处 ， 终止于乌 兹别 克斯坦和 哈萨克斯坦边境。管径为 1 0 6 7 mm，材质 X7 0 ，钢管壁厚为 1 5 ． 9 ram 和 1 9 ． 1 mm，设计 压 力 9 ． 8 1 MP a 。 管线 在 z A B 0 4 9 4 - 0 6 0 1 n段连续长距离在起伏的沙丘地段敷设， 单管长度达 1 0 3 ． 8 k in。本段地势起伏很大 ， 地表沙 化严 重 ， 大 的沙丘密集 分 布 ， 沙丘表层 有红柳 或近地 耐旱 针 叶树 间 或分布 ， 如 图 1 、 图 2 所示。 表层浮沙承载力极差， 开挖时塌方严重， 管沟无法成形， 针 对此问题， 我们提出了双侧沉管施工技术。 图 1起伏的沙丘地貌一 图 2起伏的沙丘地貌二 2双测沉管下沟计算依据 2 ． 1力学模型的建立 对于中亚乌国段输气管道工程 由1 0 6 71 5 ． 9 mm管道沉 管下沟， 如图3所示 ， 在力学上将这种管道的受力状态简化为悬 臂梁受均布载荷的模型进行力学分析， 如图 4所示。 2 ． 2受力计算 所用外伸梁端挠度公式及 B点最大应力的计算公式为 。 赆 ＼ 4mc 支 点 B ／ 獬 管沟内悬空段最大长度 I 图 3 1 0 6 7 X1 5 ． 9 mm管道沉管下沟示意图 C 图 4简化悬壁梁受均布载荷模型 C点挠度 f g ‘8E x I a 应力 式中卜 挠度 ， mm； q 一均布载荷， N／ ram} I 一为截面对中性轴惯性矩 ， mm E ～弹性模量， N／ ram ； o 一 应力 ， MP a ； 1 2 石 油 化 工 建 设 1 0 ．0 2 l 5 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m L o n g D i s t a n c e P i p e li n e C o n s t r u c t io n l 长输管道技术专栏 M一截面弯矩， k N m w一抗弯截面模量 ， mm 由式 1 ， 2 经过计算得 出 B点最大受力 ， 一 4 r EI u m a x 2 1 w D 钢管外径， 数值为 1 0 6 7 mm 钢管壁厚 ， 数值为 1 5 ． 9 ram以及 1 9 ． 1 mm两种 管内径， 数值为 D - 2 t E 一弹性模量 X7 0钢， 取为 2 1 0 G P a f 实 一挠度取值为 2 4 0 0 m m l 实 一管沟内悬空段总长， 取值为6 0 0 0 0 mm 计算表明，直径 1 0 1 6 mm，壁厚 1 5 ． 9 mm／1 9 ． 1 mm的 X7 0 钢质管道在 B截面最 危险点的应力值分别为 3 9 2 ． 4 5 MP a 、 3 9 1 ． 3 1 MP a ， 比 X 7 0 钢 管最小屈服 强度 4 8 5 MP a小得 多 ， 因此 ， 采用沉管法下沟产生的应力可以满足其强度要求，不会产生管 道变形或弯曲。 3施工技术要求 3 ． 1前期施工要求 在确认采用沉管下沟的地段， 从测量放线、 布管、 焊接就要 作准备， 特别是管道焊接时， 一定要注意管道处于设计线位的中 心位置， 并在沉管下沟前再次进行复核， 这是进行沉管下沟的前 提 ， 也是按图施工 的关键 。 3 ． 2挖掘机站位要求 双侧沉管下沟是采用两台挖掘机站在 已完成防腐的管道两 侧， 挖掘机行走履带与管道平行如图5所示， 但挖掘机臂略偏向 管中心线， 开挖时， 两台挖机同时开挖， 管道下方的土利用管道 自身的压力和挖掘机侧面的推力塌落到沟底， 挖机从侧面挖出， 到设 计深度后一边开挖一边后退如 图 6所示 。 图 5挖掘机站位图 图 6挖掘机开挖 图 图7沉管下沟实图 图8下沟段现场 3 ． 3 防腐管保护和 电火花检漏 采用沉管下沟施工技术， 除了防止管道受力变形外， 另一个 关注的重点是机械设备对管道防腐层的损伤一是挖掘的挖斗 操作不同时会直接划伤或挖烂防腐层；另外是挖掘机与管道间 距过近， 旋转时配重直接碰撞管体 ， 造成防腐层或母材损伤。针 5 8 l 石 油 化 工 建 设 1 0 ． 0 2 对这一问题，要求在进行沉管施工时对操作手进行技术和安全 交底 设备平行站位时与管道的净距不得少于 1 ． 5 m， 开挖时， 挖 机斗齿与管底间距不得秒于 0 ． 5 m， 同时， 设专门的管理人员进 行现场监督 。 在进行沉管下沟时， 还有一道必不可少的工序， 就是电火花 检漏， 在沉管过程中， 为防止管道有细微的损伤或管道本身有漏 点， 在管道悬空阶段 ， 要采用环形电火花检漏仪进行时时检测， 对出现的漏点及时进行修补。 3 ． 4降地段的沉管要求 施工段沙漠受长年风蚀的影响， 形成大量起伏的沙丘地段， 管道随沙丘地势敷设， 因此形成了大量的坡降地段。 坡降地段的 沉管不能是简单的开挖和管道就位，要分为上坡地段和下坡地 段的开挖。 上坡地段开挖时， 考虑到坡顶和弯管和坡下的弯管就位， 且 管道沟深都很深， 需要先进行降层处理， 即在管道两侧进行削方 处理 ， 往下削方 1 ～1 ． 5 m， 削方长度根据坡长和坡度而定， 一般 长度为 5 0 ～1 0 0 m， 在管道自身重力作用下， 管道整体下降， 然后 再一次开挖到位。 下坡地段施工时， 一般不需要削方处理， 但对坡度较大的地 段 ， 可 以采用 四台挖机 同向施 工 ， 即从 坡顶和坡底 同时开挖 ， 也 可采用削方处理后再进行正常开挖。 3 ． 5多组相向沉管技术要求 在沙漠地段， 为减少设备搬迁， 管道焊接施工时尽量减少留 头， 有的基至 1 5 ～2 0 k m才出现一次留头， 为了加快沉管施工进 度和后勤补给， 往往会将 4台挖掘机就近分布， 同时相向施工， 然事 循徐推进如 图所示 9 。 图 9多组相向沉管示薏 图 多组沉管施工的一个最大的难点控制就是两组挖掘机沉管 的接 头处 ， 其处理办法 是在两组 挖机相 距约 5 0 m 远 时 ， 挖 机调 整施工方式，未挖段中心开始反向开挖，同时要安排好施工时 间， 利用下午或夜间进行， 在自然降温作用下， 管道 自身收缩。 从 而使管道沉降到设计要求的标高如图 1 0所示。 一一一一一 图 1 0多组 相向沉 管接头 开挖示意图 4结论 从 2 0 0 9年 4月 2 2日沉管正式开始到 1 2月 3 1日，我们先 后投入 l 2台挖机 、 4台推土机进 行沙漠段沉管施 工 ，共计完成 管道沉管施工 1 8 3 ． 5 k m， 为确保中 一乌天然气管道 NO． I 线的 顺利贯通和 NO． 2主体完工作出了巨大的贡献， 同时， 为今后的 沙漠段沉管施工积累了更丰富的经验。 收稿日期 2 0 1 0 - 0 1 -1 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m