双侧沉管在长输管线沙漠地段施工中的应用与力学分析

司腾飞

摘 要：图克原水管线工程全线位于内蒙古自治区鄂尔多斯市乌审旗境内，管道全线位于毛乌素沙漠，沿途沙漠地带较多，堆积有大量的沙丘，沙土地承载力低，给管沟开挖和下管造成很大的困难。经过试验论证，项目部决定使用双侧沉管法对管线进行施工。采用双侧沉管法施工成功解决了在沙漠地段管沟开挖成型差和不易大型机械作业的难题，而且施工方法简单、易操作、施工快、成本低、风险小、作业流水性好等特点。

关键词：双侧沉管；长输管道；沙漠；成本低

1 长输管道双侧沉降的施工方法的确定

根据管道下沟方法的可分为大开挖法施工、单侧沉管法施工及双侧沉管施工三种。图克原水管线途径毛乌素沙漠腹部，地下水位较高、管沟土质较差、塌方较厉害、成型困难，途径牧区征地比较紧张（只有20米征地）临时征地费用较高。如果采用大开挖吊管施工超占征地面积严重、土方工程量大、影响牧民出行易造成附件牧民阻工现象，成本巨大，且现场地质条件不适宜大型吊管机作业；如果采用挖掘机单侧沉管法施工，下沟速度较快，不需要吊管机吊管下沟、一般不会超过20米征地线，大大减少了意外开支，但是需要挖掘机连续不断作业；如果采用双侧沉管施工，只需两台挖掘机协调作业，超占征地较少，且不需要机械连续不断作业，该施工方法简单、进度快、节约成本，所以决定采用双侧沉管法施工。

2 双侧沉管下沟可行性分析

1）采用双侧沉管下沟，将会节约大量的设备和人工使用量，尤其对于冬季施工，为保证工地的顺利进展起到决定性的作用。

2）管道全线大约47公里，牧区道路较多。管沟开挖后要求立即进行回填，否则将对当地牧民的出行及牧民放牧造成影响。若采取沉管下沟，此问题的影响将减至最小。

3）进入冬季施工，管沟开挖后如不及时回填，将会造成挖出土方上冻；同时地下水位高的地段将会沟底结冰，对后续施工造成极大困难

3 双侧沉管力学可行性计算

3.1 建立沉管施工的受力模型

管道下沟的示意图见附图一，其受力状态可以简化为受均布荷载的超静定梁模型（附图二）。

即开挖最大深度4.23m，开挖深度不超过4.23m钢管就处于安全状态，建议开挖深度不超过3.5m。

4 双侧沉管应用

4.1 双侧沉管施工工序

施工准备——管沟中线确定——管道位置调正——开挖管沟——管道埋深验收——回填、地貌恢复

管道下沟前管道的焊接、无损检测已完成，并检查合格；防腐补口、补伤已完成，经检查合格；现场监理及业主对将沉管下沟段检查确认同意。

4.2 双侧沉管开挖演示

演示前要召集相关施工人员进行现场学习。操作时，需要技术人员现场指导作业。

双侧沉管管道应位于管沟中心线，挖掘机履带板距管壁距离为1m，即贴近管道支墩外侧，确保挖掘机作业时不至于碰伤管壁，倒土位置可根据施工作业带地形和宽度确定，开挖起头要超过管端不少于2m为宜。

开挖尺寸深度偏差至少要满足+50mm，-100mm为宜，管顶埋深要符合设计要求。土质松软地段，为了保证管顶覆土埋深，避免过程中因塌方垫层产生的沟底偏浅，因此，在沉管开挖时，要适当加深，并为塌方垫层留有余量。

4.3 试验段验收

管沟开挖试验段长为200m，检查管道置于沟底的深度、钢管平直度、管道中心线偏离误差。工程技术人员对本工艺的可操作性进行评估，确认操作工艺可行后，方可进行作业面大面积施工。

4.4 沉管开挖

正式沉管开挖之前，技术人员对作业人员提出技术要求及安全注意事项。

进入正式沉管作业施工时，设备、人员要配备齐全，开挖操作手技术熟练。为了防止开挖过程中防腐层的损坏，除了对操作手有严格的技术要求之外，还要派质检人员在沉管前后分别进行电火花检漏。

沉管下沟前，应该提前通报监理工程师到现场进行全程旁站监督。管道下沟前， 在管道上标注设计开挖深度，以保证管线在开挖过程中的埋设深度。沉管下沟时，派安全员监督整个沉管过程，确保在沉管过程中非施工人员不进入作业区，以防发生意外。

管道沉管下沟作业时，应由专人统一指挥，由各个工种共同配合完成沉管作业。

在管道两侧对称布置两台挖掘机。为防止损坏管道防腐层，可在斗铲附近的管段上铺垫胶皮，并在胶皮下部设置勾环，拖动胶皮能够及时对挖掘机开挖附近的防腐层进行防护，然后从管道的一端开始倒退挖沟。挖沟时两侧挖掘机前后同时作业，呈八字形开挖。通过开挖管沟，管头可以依靠管道自身重量自然、逐步沉降至管沟底部，将管端摆到管沟中心线位置，之后随着管沟的开挖管沟的延长，管道全部沉入管沟，完成沉管施工。

开挖时，挖掘机的斗铲在距离管道300mm处应缓慢入土开挖，操作动作不得过大，要做到慢落慢起，确保斗铲不接触管道。沉管作业时，一旦发现有管道外防腐层被碰伤，立刻进行补伤并再次电火花检测。

4.5 沉管作业注意事项

挖掘机应严格注意防腐层的保护，斗铲离管道应有一定安全距离，同时旋转角度不宜过大，防止旋转时碰伤防腐层。

挖方时应采取先上层再下层的顺序，开挖处管沟断面应呈缓坡状，防止管沟附近积土层突然塌落造成事故。

在地下水位较高的地段，管道下沟后如不及时稳管，因地下水的涌出可能出现漂管现象，所以在钢管落至沟底后，要及时稳管，每隔两根管的距离大回填一段管道，做到随挖随填，防止漂管，同时回填工作宜紧跟其后进行。或者用素土编织袋进行稳管，间隔一定距离码一垛，做到随挖随码，防止漂管。

5 结论

通过双侧沉管法在图克原水管线工程在毛乌素沙漠在中的具体应用情况来看，在沙漠地带采用双侧沉管法进行施工可行的，而且施工方法简单、易操作、施工快、成本低、风险小、作业流水性好等特點。

参考文献：

[1] 宫洪雷.长输管道沉管下沟的力学分析及施工工法.中国石油和化工标准与质量.

[2] 张力.单侧沉管在沙漠地段长输管道施工中的应用.天然气与石油.