河流大开挖穿越管道整体预制下沟施工技术

户永杰，李红江，刘颖斌，胡　斌，杨　林，赵亚坤中国石油天然气管道局第三工程分公司，河南郑州　451450



河流大开挖穿越管道整体预制下沟施工技术

户永杰，李红江，刘颖斌，胡斌，杨林，赵亚坤
中国石油天然气管道局第三工程分公司，河南郑州451450

摘要：西气东输三线管道工程中河流穿越工程多，穿越地质复杂，河流水文条件变化快，施工难度大。以西气东输三线管道工程东段第2标段的龙山溪穿越工程为例，介绍了该工程的基本情况和施工流程，并对每一步施工工序进行了详细阐述。龙山溪穿越工程采用管沟分层开挖和管道整体预制同时进行的方案，管道整体下沟，管道整体试压，极大地缩短了施工工期，减少了施工成本。为今后类似的管道建设工程积累了宝贵经验，具有一定的借鉴意义。

关键词：大开挖；管道整体预制；围堰导流；管道整体下沟

1　工程概况

龙山溪大开挖穿越工程是西气东输三线管道工程东段第2标段线路工程中第一个河流穿越工程，穿越长度较长，管沟开挖土方量大；施工期间水流量较大，对围堰导流技术要求较高。该地区地质情况为砂卵石，渗水率比较高，施工作业带抽水及排水作业难度大，具有南方中型河流的典型特点，因此总结该工程的技术创新和经验具有重要的意义。

龙山溪位于南靖县龙山镇涌北村，管道穿越起点为4170号桩，起点里程为26 km + 11.3 m，终点为4171号桩，终点里程为26 km + 277.2 m。管道整体设计范围内穿越段水平长度为225.9 m，实长为227 m。使用管道规格为D 1 219 mm×27.5 mm的L555直缝埋弧焊钢管。防腐采用高温型3层PE加强级防腐层。

2　主要施工工艺流程

在龙山溪大开挖穿越工程中，管道局第三建设公司结合河流的实际特征进行了一系列的技术创新，有效地整合资源，同时进行管沟分层开挖和管道整体预制，完成一系列准备工作后进行整体下沟，整体试压。在克服技术难题的情况下，多个作业面同时施工，极大地缩短了施工工期和工序。龙山溪穿越施工流程见图1。

3　施工过程

3.1测量放线

根据施工图纸要求，用GPS放出管道中心线、管道边界线、作业带占地边界线以及导流渠的边界线，并在管道开挖过程中对管道中心线和管道边界线随时测量进线。另外清理障碍物、桩点、岸基等地，并使用不同醒目颜色设置标记，同时做好详细记录，将设计交付的控制桩引出作业带并加以保护。

3.2便道修筑

根据实际踏勘情况，修筑施工便道连接采砂场和施工场区。为满足设备及车辆通行，使用外运土方进行道路修筑，将原有宽2 m，长195 m的小路加以拓宽修葺，修筑后土方厚度1.5 m，路面宽度4 m，并在加宽部分铺设0.2 m厚的碎石层以满足工程需求。

图1　施工工序流程

修路用土方：2×1.5×195 = 585（m3）

修路用碎石：2×0.2×195 = 78（m3）

3.3围堰导流

为使工程有效地排水，保证洪水洪峰不至影响河道区管道施工。本工程采用围堰导流渠导流法，即在河槽内筑坝断流，河岸的一侧开渠引水。导流渠的横截面积由沟渠穿越处的流量确定，公式为：

式中：F为导流渠的横截面积，m2；Q为穿越处水流量，m3/s；VC为导流渠最大承受的水流速度，m/s。

根据实际情况计算后，实际现场布置及占地范围如图2所示，其导流沟长度280 m，导流沟底宽5 m，深5 m，上口宽8 m，迎水面设置复合土工布一层，编织袋装土码砌2层压敷土工布。围堰施工时上游设置拦水堰，上游堰成斜向布置，堰长255 m，高5 m，顶宽3 m，底宽8 m，迎水面设置复合土工布一层，编织袋装土码砌2层压敷土工布。下游堰长245 m，高4 m，顶宽2 m，底宽6 m，不设置土工布。

3.4坝间排水

为了使堰内积水不影响正常施工，本工程采用坑基排水法排水。其排水示意见图3。

在截水坝坝底和管沟一侧分别开挖排水沟，其中排水沟深1.5 m，边坡坡度为1:1，并在多点设置长度为1.2 m、宽度为1.4 m的集水坑，将水通过排水沟引入集水坑，通过抽水泵将积水排除。排水工作要连续，直至回填完成，排水时昼夜设专人值班，查看水流情况，以防跑水漏水。对围堰内需要的降水量进行计算，估算出工程大概需要的污水泵和离心泵的数量。其计算方式如下：

图2　围堰导流示意

图3　排水示意

式中：Q1为堰内需降水量，L/s；Q2为坑基内存水量，L/s；Q3为堰内渗水量L/s；Q4为水泵的单位流量，L/s；L为坑基长度，m；W为坑基宽度，m；H为坑基高度，m；t为时间，s；K为土壤渗透系数，m/s；B为河渠水面宽度，m；A为围堰的余率；h为河渠水深，m；N为泵的数量，台。

3.5管沟分层开挖

龙山溪穿越地段，受上游拦水坝影响，河水水量变化较大，为满足疏汛的要求，管道埋设的深度较深，其最大穿越深度距地面约12 m。由于现场地质情况由砂卵石和花岗石组成，所以管沟开挖困难，成型比较差，因此管沟采用“分层开挖”方式施工。河床底部及岸边滩地下管沟开挖示意见图4。

图4　河床底部开挖刨示意

第一层平台开挖深度为设计总深度减去2 m，挖出的平台满足设备行走的要求。第二层开挖以第一层平台为基准，下挖4 m，放坡坡比为1∶1.5；同理第三层开挖以第二层平台为基准，下挖4 m，坡比为1∶2；第四层以第三层为作业平台，采用爆破的方式对石方进行爆破，完成后在底部铺设细土袋，成型后沟底宽度为3.6 m，上口宽度为4.8 m，坡比为1∶0.5。采取分层开挖的好处是便于管道吊装下沟。管沟开挖成型后，使用GPS对管沟沟底标高进行复测，确保沟底标高控制在图纸规定的沟底标高位置，沟底的平整度和直线度能够满足设计要求。

3.6管道整体预制

为缩短工程周期，合理利用有效资源，工程采用管道预制法。管道预制分为整体预制和分段预制。分段预制即采用沟上分段焊接，沟下连头，需边开挖管沟边焊接，这种预制施工简单，施工周期长，适用于大型河流穿越工程。整体预制法是在沟上完成整体焊接然后下沟，这种方式技术难度大，但可同时进行管沟开挖和管道预制焊接，极大缩短了施工工期和施工成本。为降低施工成本，加快工程进度，本工程采取整体预制焊接法，具体实施方法如下：

管道可预制1个24接1管段，其中河道右侧19根直管后接仰角7°弯管，然后接3根直管之后使用7°弯管反平，最后接1根直管以便于连头。

焊接完成后应对所有焊口进行100%RT检测和100%UT检测，检测合格后采用高温型聚乙烯热收缩套对管口进行防腐，认真检测管体防腐层是否有损伤，并按照防腐标准进行防腐，下沟前使用电火花检测仪检测后方可下沟。

3.7整体下沟

为防止管体划伤，管沟成型后立刻在管底铺设细土袋，在管道焊接及检测、防腐补口及补伤完成后，进行下沟。管道下沟如图5所示，使用13台挖掘机，要求吊具选择使用尼龙吊带，起吊点距焊口距离大于2 m。完成整体下沟后再次进行电火花检漏。

图5　管道整体下沟示意

3.8稳管

为使管道不产生漂浮和移位，需要进行稳管，常用稳管的方式主要有预制鞍马块加重块加重、现浇混凝土加重、预制混凝土连续覆盖加重，上述稳管方式的优缺点如下：

（1）预制鞍马块加重块加重方法工序简单，能够大规模预制，极大地缩短了施工周期，但受地域条件的影响不能在水急的地域使用，以免覆倾失去稳管的功效。

（2）现浇混凝土加重方法施工工序简单，但是其质量受到地层渗水的影响。

（3）预制混凝土连续覆盖加重方法经常用在大型河流穿越上，比较节省施工材料，但由于工序复杂，工期长，严重制约了这种方法的推广。

对比以上不同稳管方式，本工程选用鞍马加重块方法加重稳管。

在稳管前首先要根据西气东输三线管道工程规范进行抗静水漂浮计算。其计算公式如下：

式中：W为单位长度管段总重力，N/ m；K为抗浮力安全系数；FS为单位长度管段浮力，N/ m。

根据实际数据计算选择使用68块马鞍形重晶石混凝土压重块进行压载。压载前管体包覆8 mm厚橡胶板。压载后对该段管道进行清管和水压力试验，达到设计要求的压力条件后，进行管沟回填。

3.9管沟回填及河道恢复

管沟回填时首先选择中粗砂小回填。为了防止管道的防腐层出现漏点，在小回填之后大回填之前要对穿越段管道进行音频检漏，若发现有漏点，需及时处理；如无漏点，则及时进行大回填。在大回填过程中加强安全监护，严禁挖掘机和推土机在管道上方来回碾压。

河道恢复包括围堰拆除和导流渠回填。管沟回填完成后，先拆除下游围堰，再拆除上游围堰，上游围堰宜用挖掘机采用后退方法进行拆除。最后将堰体土石方运至导流渠内进行地貌掩填。

3.10水工保护和三桩标识

为保证管道投产后的安全，便于管道监测，工程按照设计要求进行水工保护及穿越标志桩的安装。根据漳州市水利局对河道穿越的管理要求，在河道穿越的两侧砌石护岸，为了防止水工保护不均匀沉降造成的塌方，基槽开挖到管道下方的原土层。为能观测到管道穿越河流的详细位置，在河道地面设置标识醒目、通透性强三桩标识。

4　结束语

龙山溪大开挖穿越工程采用管道大开挖整体预制施工方法，根据现场的实际情况，创新施工技术，合理地选择在枯水期施工，有效地分配资源，提前完成了施工，节约了施工成本，缩短了施工周期，为管道的全面完工创造了条件。该工程为西气东输三线管道河流穿越工程提供了很好的样板，同时为类似长输管道施工积累了宝贵经验。

参考文献

［1］邢治国，刘大宇.西气东输管道工程水网地带施工技术［J］.石油规划设计，2006，17（2）：37- 39.

［2］才运德.河流大开挖穿越技术研究［J］.石油规划设计，2012，15 （2）：16-18.

［3］水利水电施工工程师手册［M］.北京：中科多媒体电子出版社，2003.

［4］钱锡俊，陈弘.泵和压缩机［M］.东营：中国石油大学出版社，2007.

［5］冯梦朦，刘居正，江波，等.带水大开挖施工技术在仪征-长岭管道陆水河穿越中的应用［J］.石油工程建设，2011，37（4）：40- 43.

［6］SY/T001511- 1998，原油和天然气输送管道穿跨越工程设计规范穿越工程［S］.

Construction Technologyof Whole Crossing Pipeline Section Prefabrication and Laying for Pipeline Crossing River with Large Excavation

HU Yongjie，LIHongjiang，LIU Yingbin，HU Bin，YANG Lin，ZHAO Yakun
No.3 Engineering Company of China Petroleum Pipeline Bureau，Zhengzhou 451450，China

Abstract：There are many projects of pipeline crossing rivers in the Third West to East Gas Pipeline，having complex geological and variable river hydrological conditions. This paper introduces Longshanxi pipeline crossing river project located at the second bidding section of the east section of the Third West to East Gas Pipeline with regard to the basic situation，construction process and detailed construction steps. The crossing project adopts the construction scheme of trenching layer by layer and prefabricating crossing pipeline section simultaneously and then laying the whole crossing pipeline section and doing pressure test，which greatly shortens construction period and reduces construction costs.

Keywords：large excavation；whole pipeline prefabrication；cofferdam andriverdiversion；laying whole pipeline ontotrench

doi:10.3969/j.issn.1001- 2206.2016.02.015

作者简介：

户永杰（1987-），男，河南濮阳人，2014年毕业于西安石油大学电力电子与电力传动专业，硕士，从事石油天然气施工技术管理工作。Email：736931640@qq.co m

收稿日期：2015- 08- 10；修回日期：2015- 11- 21