关于山地施工工艺的研究

徐瑞轩　彭月显

摘 要：阐述了管道施工的发展历史和传统施工工艺，分析了目前管道施工中存在的问题，并展开对山地管道施工工艺的研究和分析。运用理论分析和试验的方法，提出了山地管道建设中的机械化施工工艺。

关键词：管道施工建设；机械化；山区；布管

中图分类号：TE973.8 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0007-02

长输管道建设是我国石油、天然气运输事业的重要组成部分。近年来，我国的长输管道施工取得了较大的进展。山地管道施工是长输管道施工的控制性分项工程，其施工条件复杂多变，施工环境具有山高、坡陡、谷深、变坡多、山水相连、进场道路少等特点。由于地形条件的限制，所以在山区施工的难度非常大。在石油、天然气资源形势日益紧张的情况下，加强山区长输管道的研究有着重要的意义。

1 管道建设的发展历史和趋势

管道运输是五大运输方式之一，在世界上已有100多年的历史。迄今为止，全世界的油气管道干线长度已超过2×106 km。据统计，目前全世界正在建设和规划的输气管道总长度约8.2×104 km。在今后的15年内，全世界管道的长度将以每年7%的增长率增长，其中，天然气管道的建设占据了主导地位。

我国自1959年建成新疆克拉玛依—独山子输油管道以来，油气管道建设已经历了50多年的发展历程。截至2010年年底，我国已建成的油气管道约7.5×104 km，其中，原油管道为2×104 km，成品油管道为1.7×104 km，天然气管道为3.8×104 km。已初步形成了“北油南运”“西油东进”“西气东输”“海气登陆”的油气输送格局。

管道建设的蓬勃发展将使未来几年成为我国油气管道建设

的高峰期。随着国外资源的大量引进、国内资源的增储上产和各地区市场的蓬勃发展，作为连接资源与市场的纽带，管道必将得到长足的发展，其建设技术水平也在不断提升。近年来，随着西气东输、陕京线和兰郑长成品油管道等大型管道项目的建设，中国油气管道技术在不断提高，西部原油、成品油管道首次采用了双管同沟并行敷设、站场合并建设的设计方案，输油管道的自动化检测技术也经历了一个由低级向高级的发展过程。

2 传统的管道施工工艺

山区段管道建设施工工序：测量放线→管沟爆破、开挖→修整施工作业带→弯管测量→细土回填→钢管运输→布管→组装焊接（沟下焊接）→防腐补口、补伤→连接管头→细土回填→恢复地貌→通球试压→三桩埋设。

由于山区段管道沿线地表土层的土质多变，且地势起伏较大，所以，在管线翻山施工时，无论山体的坡度大小，都应以沟下焊接为主。不同点在于管道的组装焊接，在困难段（纵坡≥30°、横坡≥15°）施工时，管道的组焊可选择多种方式（比如管线预制牵引、沟内布管组焊等）；而管线在低山（10°≤纵坡<30°、8°≤横坡<15°）敷设时，则主要选择在沟内布管组焊，施工时应注意落石、塌方等的现象。

3 管道施工的难点分析

3.1 山高、坡陡

山区地面的起伏坡度大，常规的管道施工爬坡和坡道作业能力难以满足坡道施工的要求。因山水相连，且大多数设备的涉水能力较差，导致设备的通过能力较差，进而影响了施工进度。

3.2 变坡多

由于地形起伏较大、坡度变化大，施工过程中复合角度的弯头多，无法形成连续预制，多数情况需要在坡道沟下组对焊接，所以弯管运输、吊装、组对等作业的施工难度大。

3.3 运输困难

由于山区具有地偏、路窄、高差大等特点，使运输布管既困难又危险，所以，物料运输是山区管道建设必须解决的关键问题。

3.4 管沟石方的开挖和回填

山地地质多为石方，在石方爆破成沟时，存在开沟难度大、危险性高、作业工期长、管沟施工时扰动大、潜在的危因素多等缺点。

综上所述，山地施工的难点在于作业带修筑、管沟的开挖和回填、运管布管和组对这4大主要工序，其中风险最大的环节是运管、稳管和坡道起重环节。

4 机械化施工方案

山地管道施工比较复杂，应根据坡度的不同，结合机械设备适应坡道的作业能力来进行。山地施工根据坡道的坡度可分为以下4种情况：①平坡段为0°≤纵坡≤15°；②缓坡段为15°<纵坡≤25°；③大坡段为土方段25°<纵坡≤35°（石方段25°<纵坡≤30°）；④陡坡段为土方段35°<纵坡≤50°（石方段30°<纵坡≤50°）。

根据以上坡度划分，设备配置如下。

4.1 平坡段

该工况的坡度在0°≤纵坡≤15°的范围内，在此坡度施工时，常规的管道施工设备（比如焊接工作站、吊管机和单斗挖掘机等）能够沿坡行驶，均能满足该工况的施工。对此情况，施工时可将管道直接布在管沟内组对焊接，还可根据作业带的情况，实施机械化流水作业或单兵机械化作业。

4.2 缓坡地段

该工况的坡度在15°<纵坡≤25°的范围内，常规设备在此坡度下施工时，需要做好相应的防护措施，例如掩木或修建小平台等，也可以加装简单的装置来增强设备的适应能力，例如防溜坡装置（包括沙袋、液压支腿等）、固管装置等。

4.3 大坡段

该工况的坡度在土方段25°<纵坡≤35°（石方段25°<纵坡≤30°）的范围内，其坡度已经超出了常规管道施工设备的工作坡度，需要改造设备或使用专用的山地施工设备。目前，已经定型量产的设备为布管机、运管机和改造挖掘机。这三种机器如图1、图2和图3所示。

摘 要：阐述了管道施工的发展历史和传统施工工艺，分析了目前管道施工中存在的问题，并展开对山地管道施工工艺的研究和分析。运用理论分析和试验的方法，提出了山地管道建设中的机械化施工工艺。

关键词：管道施工建设；机械化；山区；布管

中图分类号：TE973.8 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0007-02

长输管道建设是我国石油、天然气运输事业的重要组成部分。近年来，我国的长输管道施工取得了较大的进展。山地管道施工是长输管道施工的控制性分项工程，其施工条件复杂多变，施工环境具有山高、坡陡、谷深、变坡多、山水相连、进场道路少等特点。由于地形条件的限制，所以在山区施工的难度非常大。在石油、天然气资源形势日益紧张的情况下，加强山区长输管道的研究有着重要的意义。

1 管道建设的发展历史和趋势

管道运输是五大运输方式之一，在世界上已有100多年的历史。迄今为止，全世界的油气管道干线长度已超过2×106 km。据统计，目前全世界正在建设和规划的输气管道总长度约8.2×104 km。在今后的15年内，全世界管道的长度将以每年7%的增长率增长，其中，天然气管道的建设占据了主导地位。

我国自1959年建成新疆克拉玛依—独山子输油管道以来，油气管道建设已经历了50多年的发展历程。截至2010年年底，我国已建成的油气管道约7.5×104 km，其中，原油管道为2×104 km，成品油管道为1.7×104 km，天然气管道为3.8×104 km。已初步形成了“北油南运”“西油东进”“西气东输”“海气登陆”的油气输送格局。

管道建设的蓬勃发展将使未来几年成为我国油气管道建设

的高峰期。随着国外资源的大量引进、国内资源的增储上产和各地区市场的蓬勃发展，作为连接资源与市场的纽带，管道必将得到长足的发展，其建设技术水平也在不断提升。近年来，随着西气东输、陕京线和兰郑长成品油管道等大型管道项目的建设，中国油气管道技术在不断提高，西部原油、成品油管道首次采用了双管同沟并行敷设、站场合并建设的设计方案，输油管道的自动化检测技术也经历了一个由低级向高级的发展过程。

2 传统的管道施工工艺

山区段管道建设施工工序：测量放线→管沟爆破、开挖→修整施工作业带→弯管测量→细土回填→钢管运输→布管→组装焊接（沟下焊接）→防腐补口、补伤→连接管头→细土回填→恢复地貌→通球试压→三桩埋设。

由于山区段管道沿线地表土层的土质多变，且地势起伏较大，所以，在管线翻山施工时，无论山体的坡度大小，都应以沟下焊接为主。不同点在于管道的组装焊接，在困难段（纵坡≥30°、横坡≥15°）施工时，管道的组焊可选择多种方式（比如管线预制牵引、沟内布管组焊等）；而管线在低山（10°≤纵坡<30°、8°≤横坡<15°）敷设时，则主要选择在沟内布管组焊，施工时应注意落石、塌方等的现象。

3 管道施工的难点分析

3.1 山高、坡陡

山区地面的起伏坡度大，常规的管道施工爬坡和坡道作业能力难以满足坡道施工的要求。因山水相连，且大多数设备的涉水能力较差，导致设备的通过能力较差，进而影响了施工进度。

3.2 变坡多

由于地形起伏较大、坡度变化大，施工过程中复合角度的弯头多，无法形成连续预制，多数情况需要在坡道沟下组对焊接，所以弯管运输、吊装、组对等作业的施工难度大。

3.3 运输困难

由于山区具有地偏、路窄、高差大等特点，使运输布管既困难又危险，所以，物料运输是山区管道建设必须解决的关键问题。

3.4 管沟石方的开挖和回填

山地地质多为石方，在石方爆破成沟时，存在开沟难度大、危险性高、作业工期长、管沟施工时扰动大、潜在的危因素多等缺点。

综上所述，山地施工的难点在于作业带修筑、管沟的开挖和回填、运管布管和组对这4大主要工序，其中风险最大的环节是运管、稳管和坡道起重环节。

4 机械化施工方案

山地管道施工比较复杂，应根据坡度的不同，结合机械设备适应坡道的作业能力来进行。山地施工根据坡道的坡度可分为以下4种情况：①平坡段为0°≤纵坡≤15°；②缓坡段为15°<纵坡≤25°；③大坡段为土方段25°<纵坡≤35°（石方段25°<纵坡≤30°）；④陡坡段为土方段35°<纵坡≤50°（石方段30°<纵坡≤50°）。

根据以上坡度划分，设备配置如下。

4.1 平坡段

该工况的坡度在0°≤纵坡≤15°的范围内，在此坡度施工时，常规的管道施工设备（比如焊接工作站、吊管机和单斗挖掘机等）能够沿坡行驶，均能满足该工况的施工。对此情况，施工时可将管道直接布在管沟内组对焊接，还可根据作业带的情况，实施机械化流水作业或单兵机械化作业。

4.2 缓坡地段

该工况的坡度在15°<纵坡≤25°的范围内，常规设备在此坡度下施工时，需要做好相应的防护措施，例如掩木或修建小平台等，也可以加装简单的装置来增强设备的适应能力，例如防溜坡装置（包括沙袋、液压支腿等）、固管装置等。

4.3 大坡段

该工况的坡度在土方段25°<纵坡≤35°（石方段25°<纵坡≤30°）的范围内，其坡度已经超出了常规管道施工设备的工作坡度，需要改造设备或使用专用的山地施工设备。目前，已经定型量产的设备为布管机、运管机和改造挖掘机。这三种机器如图1、图2和图3所示。

摘 要：阐述了管道施工的发展历史和传统施工工艺，分析了目前管道施工中存在的问题，并展开对山地管道施工工艺的研究和分析。运用理论分析和试验的方法，提出了山地管道建设中的机械化施工工艺。

关键词：管道施工建设；机械化；山区；布管

中图分类号：TE973.8 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0007-02

长输管道建设是我国石油、天然气运输事业的重要组成部分。近年来，我国的长输管道施工取得了较大的进展。山地管道施工是长输管道施工的控制性分项工程，其施工条件复杂多变，施工环境具有山高、坡陡、谷深、变坡多、山水相连、进场道路少等特点。由于地形条件的限制，所以在山区施工的难度非常大。在石油、天然气资源形势日益紧张的情况下，加强山区长输管道的研究有着重要的意义。

1 管道建设的发展历史和趋势

管道运输是五大运输方式之一，在世界上已有100多年的历史。迄今为止，全世界的油气管道干线长度已超过2×106 km。据统计，目前全世界正在建设和规划的输气管道总长度约8.2×104 km。在今后的15年内，全世界管道的长度将以每年7%的增长率增长，其中，天然气管道的建设占据了主导地位。

我国自1959年建成新疆克拉玛依—独山子输油管道以来，油气管道建设已经历了50多年的发展历程。截至2010年年底，我国已建成的油气管道约7.5×104 km，其中，原油管道为2×104 km，成品油管道为1.7×104 km，天然气管道为3.8×104 km。已初步形成了“北油南运”“西油东进”“西气东输”“海气登陆”的油气输送格局。

管道建设的蓬勃发展将使未来几年成为我国油气管道建设

的高峰期。随着国外资源的大量引进、国内资源的增储上产和各地区市场的蓬勃发展，作为连接资源与市场的纽带，管道必将得到长足的发展，其建设技术水平也在不断提升。近年来，随着西气东输、陕京线和兰郑长成品油管道等大型管道项目的建设，中国油气管道技术在不断提高，西部原油、成品油管道首次采用了双管同沟并行敷设、站场合并建设的设计方案，输油管道的自动化检测技术也经历了一个由低级向高级的发展过程。

2 传统的管道施工工艺

山区段管道建设施工工序：测量放线→管沟爆破、开挖→修整施工作业带→弯管测量→细土回填→钢管运输→布管→组装焊接（沟下焊接）→防腐补口、补伤→连接管头→细土回填→恢复地貌→通球试压→三桩埋设。

由于山区段管道沿线地表土层的土质多变，且地势起伏较大，所以，在管线翻山施工时，无论山体的坡度大小，都应以沟下焊接为主。不同点在于管道的组装焊接，在困难段（纵坡≥30°、横坡≥15°）施工时，管道的组焊可选择多种方式（比如管线预制牵引、沟内布管组焊等）；而管线在低山（10°≤纵坡<30°、8°≤横坡<15°）敷设时，则主要选择在沟内布管组焊，施工时应注意落石、塌方等的现象。

3 管道施工的难点分析

3.1 山高、坡陡

山区地面的起伏坡度大，常规的管道施工爬坡和坡道作业能力难以满足坡道施工的要求。因山水相连，且大多数设备的涉水能力较差，导致设备的通过能力较差，进而影响了施工进度。

3.2 变坡多

由于地形起伏较大、坡度变化大，施工过程中复合角度的弯头多，无法形成连续预制，多数情况需要在坡道沟下组对焊接，所以弯管运输、吊装、组对等作业的施工难度大。

3.3 运输困难

由于山区具有地偏、路窄、高差大等特点，使运输布管既困难又危险，所以，物料运输是山区管道建设必须解决的关键问题。

3.4 管沟石方的开挖和回填

山地地质多为石方，在石方爆破成沟时，存在开沟难度大、危险性高、作业工期长、管沟施工时扰动大、潜在的危因素多等缺点。

综上所述，山地施工的难点在于作业带修筑、管沟的开挖和回填、运管布管和组对这4大主要工序，其中风险最大的环节是运管、稳管和坡道起重环节。

4 机械化施工方案

山地管道施工比较复杂，应根据坡度的不同，结合机械设备适应坡道的作业能力来进行。山地施工根据坡道的坡度可分为以下4种情况：①平坡段为0°≤纵坡≤15°；②缓坡段为15°<纵坡≤25°；③大坡段为土方段25°<纵坡≤35°（石方段25°<纵坡≤30°）；④陡坡段为土方段35°<纵坡≤50°（石方段30°<纵坡≤50°）。

根据以上坡度划分，设备配置如下。

4.1 平坡段

该工况的坡度在0°≤纵坡≤15°的范围内，在此坡度施工时，常规的管道施工设备（比如焊接工作站、吊管机和单斗挖掘机等）能够沿坡行驶，均能满足该工况的施工。对此情况，施工时可将管道直接布在管沟内组对焊接，还可根据作业带的情况，实施机械化流水作业或单兵机械化作业。

4.2 缓坡地段

该工况的坡度在15°<纵坡≤25°的范围内，常规设备在此坡度下施工时，需要做好相应的防护措施，例如掩木或修建小平台等，也可以加装简单的装置来增强设备的适应能力，例如防溜坡装置（包括沙袋、液压支腿等）、固管装置等。

4.3 大坡段

该工况的坡度在土方段25°<纵坡≤35°（石方段25°<纵坡≤30°）的范围内，其坡度已经超出了常规管道施工设备的工作坡度，需要改造设备或使用专用的山地施工设备。目前，已经定型量产的设备为布管机、运管机和改造挖掘机。这三种机器如图1、图2和图3所示。