陡坡地段油气管道索道运布管施工

陈豪，黄坤

1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500

2.川庆钻探公司四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川成都610041

陡坡地段油气管道索道运布管施工

陈豪1，2，黄坤1

1.西南石油大学石油与天然气工程学院，四川成都610500

2.川庆钻探公司四川石油天然气建设工程有限责任公司，四川成都610041

在油气长输管道山区施工中，当管道穿越U型或V型陡峭沟谷时，普通运布管设备难以将管道运送至指定位置，从而成为大口径油气长输管道施工的难点和制约工程按期投产的瓶颈。四川油建公司在中贵联络线工程和兰成原油管道工程同沟段施工过程中，依据现场实际建立受力模型、进行受力计算与分析，利用索道运布管精确定位施工技术，成功完成了“指力沟”穿越，解决U型或V型陡峭沟谷运布管这一施工难题。经对比分析，该方法灵活方便，实用性强，经济效果明显。

陡坡；索道；运布管

索道运布管是利用带有升降管道装置的索道系统实现对山势陡峭或山坡坡度≥30°的长陡坡和整体呈U字或V字等山坡面起伏变化频繁的纵长坡地形、深切的冲沟和峡谷地形的运布管技术。其核心是索道设计技术，根据地形特点和荷载大小，依据悬索抛物线理论的力学计算分析，确定承载主索和起重索、牵引索的规格，按照结构力学理论计算桅杆高度及结构形式。精确定位技术则要求在焊接施工前，提前确定好焊道位置，弯头（弯管）度数，开挖好焊坑，以满足现场组焊要求。本文以中贵联络线工程和兰成原油管道工程的双管同沟并行段“指力沟”穿越为例，讲述其具体应用。

1　工程实例

中贵联络线工程和兰成原油管道工程的双管同沟并行段“指力沟”穿越，施工图桩号DAT028-DAT030，地处广元市朝天区花石乡，双管净间距1.5 m。

中贵联络线工程设计管道规格D 1 016 mm× 22.0 mm（X80钢）、兰成原油管道工程设计管道规格D 610 mm×11.9 mm（X70钢）。整个“指力沟”穿越段面呈V形沟谷，沟谷两边分别为78°和59°的陡坡，由于坡度极陡，机械设备无法到达，再加上V形沟谷谷底为山间冲击河流，且该处位于嘉陵江湿地保护区，管沟无法进行爆破施工，以免堵塞河道，破坏生态环境，所以只能在管沟边用脚手架搭设人行梯步，方便人员行走及运送施工物资，然后利用人工开凿管沟，精确定位焊道位置并开凿焊坑，管沟形成后，搭建好焊接平台，利用索道进行运布管和管道焊接施工。

2　施工方案

2.1索道总体设计

2.1.1索道穿越示意

由于中贵联络线工程单根钢管质量较大（如一根12 m长的D1 016 mm×22.0 mm直缝管，加上其外防腐层，质量约为7 t），管道穿越V型沟谷，两边为陡崖，挖掘机、吊管机等传统运布管机械设备难以将管道运送至管沟。结合以前承建的涩宁兰、忠武线等管道工程的施工经验，采用空中索道进行运布管（见图1）。

图1　索道穿越示意

2.1.2受力模型的建立

根据现场实际地形建立受力模型，吊装受力分析如图2～3所示。

图2　吊装受力分析示意

图3　支点受力分析示意

2.1.3计算参数

索道跨度L=220 m，索道垂度f=13 m，动载系数K1=1.1，钢管重力G1=70 000 N（按D1016mm× 22.0 mm×12 000 mm，并考虑绝缘层重量），吊索具重G2=4 500 N，则吊装荷载G=G1+G2=74 500 N，索道单位长度自重q=53.1 N/m。

2.1.3.1受力计算

根据索道所受张力，选用φ 39 mm，6×37-170钢丝绳作架空索道，破断拉力P为786 800 N，则索道安全系数

主拖拉绳受力（拖拉绳与地面的夹角φ1=35°）T3=T1·cos β1/cos φ1=414 946 N。

拖拉绳受力（桅杆主拖拉绳采用φ46 mm，6×19-170钢丝绳）的破断拉力为1 160 300 N。

安全系数K2=3.27

桅杆受力N1=T3·sin φ1+T1·sin β1=281 064 N

卷扬机牵引力F牵=G·sin β1=9 363 N

2.1.3.2桅杆校核

桅杆用4根D 273 mm×8 mm无缝钢管制作。桅杆单肢受力N=281 064 N；惯性矩J=5 856 cm4；钢管横截面积为F，则惯性半径ρ=（J/F）1/2= 0.79 N/cm2；柔度系数λ=μh1/ρ=19.63；μ为长度系数，μ=1；h1为桅杆高度；折减系数ψ=0.254。

桅杆压应力σ=N/（ψ·F）=120 N/cm2＜[σ]，因此桅杆是安全的。

2.2测量放线

根据设计施工图控制桩坐标、管道线路水平转角度数、纵向弯头度数、管沟开挖深度要求等数据，采用全站仪或RTK进行中线定桩放样测量，定桩测量包括加密桩（纵向变坡桩、间距50 m直线加密桩、曲线加密桩）和标示桩（变壁厚桩、穿越桩、变径桩、变防腐层桩、地下障碍物起止桩等）的测设。所有的标示桩也可作为加密桩使用。测量时可以在每一处地形变化点设桩（即一坎一桩），并在该桩上设定挖深，以便内业计算调整角度、校核埋深及指导扫线、开挖。测量数据经复核无误后，导入长输管道测量成果处理系统软件，生成施工测量成果表。数据处理计算时应对挖深的数据进行修改调整，实现热煨弯头度数圆整。

2.3管沟开挖成型及复测

由于该段地处嘉陵江湿地保护区，为了减少生态破坏，采用静态爆破结合人工开挖的方式形成管沟，开挖出的土石方运送至指定弃渣场进行堆放。管沟开挖成型后应组织复测，复测应包括转角桩、加密桩、标示桩的测量。成型管沟的中线偏差和沟底标高偏差应符合GB 50369-2014《油气长输管道工程施工及验收规范》8.3.2管沟验收和设计文件的相关要求，并出具管沟成型测量成果表，根据该测量成果表进行冷弯弯管、热煨弯头和直管长度需求的申报拉运工作，冷弯弯管、热煨弯头的使用度数与设计施工图出现偏差时，应及时变更备案。

2.4焊坑开挖

管道运送至指定堆管场后，对到场管材进行顺序编号，根据每根管材长度，依据复测成果表计算出每个焊道的具体位置，采用人工进行焊坑开挖。

2.5人行梯步搭设

为了方便施工过程中施工机具的运送和人员的通行，利用脚手架及木板沿管沟边沿搭设人行梯步共272级，用安全网进行四周防护，在每个焊道位置搭设支路，方便焊接时人员的通行和设备物资的运送。

2.6地锚浇筑

根据现场施工布置，如图4所示，在穿越起止桩平台位置挖一长×宽为6 m×6 m、深度为4 m基坑，采用C25混凝土浇筑0.1 m厚底部垫层，地锚坑内用φ39 mm，6×37-170钢丝绳捆绑D 273 mm无缝钢管，用于牵拉钢丝绳，固定门型桅杆，C25混凝土现浇主地锚（见图5）。用同样的方法浇筑两个副地锚，用于牵拉固定卷扬机。

图4　主地锚结构示意

图5　主地锚浇筑

2.7门型桅杆的制作及安装

门型桅杆高7 m，采用D 273 mm×8 mm无缝钢管焊接而成。在门型桅杆安装位置提前挖好0.5 m深的支撑腿预埋坑，采用吊车将4个支撑腿调平后，采用C30现浇混凝土进行浇筑，增强桅杆支撑腿的稳定性（见图6）。

图6　门型桅杆制造安装

2.8索道架设

先人工架设一φ13 mm，6×37施工钢丝绳，再利用此施工绳牵引索道进行索道架设，索道架设完并调整好初始垂度后，分别将索道在两主地锚坑和两桅杆上锁固。

2.9运布管

通过一台40 t吊管机将管道运送至索道边的上管位置，用10 t吊带绑扎固定钢管首尾两个吊点，捆绑完成后在钢管的两端设置一根φ20 mm白综绳进行溜尾，以控制钢管运行的方向。开始布管时，分别在陡坡的两侧设置一名布管指挥人员，手持对讲机进行沟通，一台卷扬机进行放管，另一台卷扬机进行牵引，钢管运送时应缓慢、平稳。当钢丝绳将管道牵引至既定位置上方后，将管道缓慢溜放至管沟指定焊坑位置进行管道组对焊接（见图7）。

图7　索道运布管

2.10管道焊接

根据焊接工艺要求，采用半自动焊工艺：根焊采用HOBART TRI-MARKMETALLOY80N1金属粉芯焊丝+MILLER PipePro 450RFC焊机的RMD气体保护焊技术；填充盖面采用HOBART FABSHIELD X80自保护药芯焊丝+直流焊接电源。由于该段地形特殊，施工难度大，项目部选派了焊接技术更为熟练的焊工进行施工，同时严格控制了焊前预热和层间温度等焊接工艺的执行情况。

2.11无损检测

按照设计施工图要求，该特殊地段管道组焊完成后进行100%超声波探伤和100%X射线探伤，达到二级为合格。

2.12管道防腐

根据设计要求采用聚乙烯热收缩带补口，底漆干膜厚度不小于200μm，全部采用中频加热安装方式。对于热煨弯管与直管段之间的环焊缝补口先采用压敏胶型聚乙烯热收缩带，再对热煨弯管端部的双层熔结环氧粉末涂层裸露部分缠绕聚丙烯冷缠带。

2.13管沟回填

由于该段地势陡峭，无法修筑管沟截水墙进行挡土。故该段采用C25现浇混凝土的方式进行回填，首先用8 mm厚橡胶板对管道进行包裹缠绕，防止在混凝土浇筑过程中损伤管道防腐层。

3　经济效果及评价

3.1施工成本低且对环境破坏性小

传统的吊管机、挖掘机等运管设备需要修筑运送管道设备行走的便道，在山区陡坡段施工中，势必通过削峰降坡、修筑绕行便道等方式形成设备行走通道，对山区林地的开挖破坏大，开挖后的土石方易滚落或随雨水流失，而采用索道运布管均能减少上述环境破坏。同时，该段施工成本节约了48万元，详见表1。

表1　经济效果对比

3.2索道布管装置简单易行

在本段施工中采用索道运布管施工工艺，与传统运布管施工相比，解决了陡坡地段吊管机等设备无法将管道运送至管沟边沿的施工难题，采用的机具设备也相对简单，主要包括：钢丝绳、卷扬机、滑轮组、自制门型桅杆等。

3.3施工速度快且安全性高

现场经过测算，采用索道运布管与传统的吊管机等设备运布管相比，速度快、平稳性好、安全性高。通过卷扬机牵引能灵活地将管道运送至指定位置，在管道组对环节也能灵活升降。

3.4可作为后期工程材料的运输通道

在管道焊接施工完成后，管沟回填所需要的石材、水泥、砂等建筑材料也可以通过该索道运输，节约了大量的人力、物力。

3.5吊装组对性能较差

在施工过程中发现，管道运送就位后，只能利用手动葫芦提升调节进行管口组对，因而其组对速度相对较慢。

4　结束语

空中索道具有结构简单、容易操作、需用施工材料设备较少、施工费用低、工期短、不受施工现场环境限制等优点。随着国内油气长输管道建设速度的提升，特别是西南地区大口径管网的长远规划，在以后的施工中，类似地形将层出不穷，索道运布管+精确施工定位技术将为以后类似工程的施工提供有效的参考和借鉴。

[1]王凯，程胜霞，杜伟．索道布管方法在陕京二线输气管道工程施工中的应用[J].石油化工建设，2006，28（6）：40-43．

[2]初宝民．控制索道用于大型跨越工程施工[J]．石油工程建设，1998，24（5）：26-28.

Construction ofTransporting and Distributing Pipes for Oiland Gas Pipelines in Steep Slope Area

CHEN Hao1，2，HUANG Kun1
1.Petroleum and NaturalGas Engineering College of Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China
2.CCDC Sichuan Petroleum Construction Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China

In the construction of long-distance oil and gas pipelines in mountainous areas，when pipeline crossing U or V shaped steep valleys，application of common equipment for transporting and distributing pipes to designated location is difficult，which becomes the bottleneck in large diameter pipeline construction.In the construction of the pipeline section for two pipelines laying into one trench in Zhong-GuiLinking-up Pipeline Project and Lan-Cheng Crude OilPipeline Project，Sichuan Petroleum Construction Co.，Ltd.established mechanical model based on practical field situation and conducted computation and analysis，utilized the cableway technique for accurately transporting and distributing pipes to the designed location，and successfully solved the difficult key problem of pipeline crossing U or V shaped steep valleys.It was proved through comparative analysis that this technique is convenient,practicaland economical.

steep slope；cableway；transportation and distribution of pipes

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.015

陈豪（1984-），男，四川遂宁人，工程师，2008年毕业于中国石油大学，长期从事油气田地面建设。

Email：405923683@qq.com

2016-05-16；

2016-06-02