天然气长输管线双边开挖沉管法的应用

上海煤气第一管线工程有限公司 苏 爽

天然气长输管线双边开挖沉管法的应用

上海煤气第一管线工程有限公司 苏 爽

双边开挖沉管法是一种在软湿土质区域敷设大口径钢制天然气长输管线的施工方法，其利用价值是摒弃了传统的开挖直埋施工方法，以高安全系数、高质量保证度和高工程推进速度等，来弥补传统施工方法上的多项不足，值得在工程施工实践中利用与借鉴。

天然气长输管线 软湿土质 施工方法

随着国家“十二五”规划的深入，高清洁能源开发与利用，特别是天然气的使用越来越受到广泛的关注。目前我国境内已探明的天然气气源所在地多为中西部区域，要将天然气通过管道输送至利用率较高的东部沿海沿江区域，大口径天然气长输管线的建设变得非常重要。然而由于中国地势西高东低，越临近江河入海口的区域地下土质越不利于管线的敷设，存在许多安全生产隐患需要解决。

1 施工中存在的安全隐患

隐患一：通常江河入海口附近的平原地区，多为泥沙冲积而形成，其地下土质特别松软，一经开挖后，沟壁土的抗剪度与应力会随着时间的推移直线下降，导致开裂甚至坍塌的情况屡见不鲜。

隐患二：流沙性土质情况严重，此类土质会因各种外力或地下水流的作用而不断涌动，如不采取相应措施，难以满足大口径管线敷设的作业条件。

隐患三：地下水位较高，致使大口径管线敷设作业前必须长时间降低水位，以此保证大口径管道敷设过程中各工序的正常作业。

隐患四：作业环境相对比较恶劣，对安全防护措施落实情况进行实时监控，情况严重区域很难形成连续作业，降低施工进度和施工质量。

2 传统施工方法存在不足

针对以上施工难点，传统施工方法是采用密板桩或者是拉森板桩支护的方法对开挖段进行安全支护，必要时再要在沟壁间进行横向顶撑，以提高安全支护力度，保证沟下正常施工；采用井点降水工程，控制地下水位上涨，减缓流沙性土质上涌的速度，以满足管线敷设过程中各环节的施工条件。

对于无法进行安全支护的区域，采用放坡大开挖或降土开挖的方式，使沟槽两边沟壁坡度变缓或沟槽变浅，以提高沟下作业人员的安全系数；沟下一旦作业开始，沟上各类机具设备尽可能减少移动，减轻对沟壁土的应力作用，以防因沟壁土不堪应力、释放失控而产生的严重后果；当天完成管道组对焊接后，所有安全措施、机具设备不得拆除和移动，以配合第二天的焊缝无损探伤与节口防腐工序的顺利完成。

虽说通过传统施工方法中相应措施的落实，可使管线敷设正常作业，但是其所存在的不足却是显而易见的：

(1)为保证施工过程处于安全受控状态，必须落实许多安全保证措施，通过一系列措施的落实来保障施工中安全状态处于相对可控，但只要其中一个环节存在短板或疏忽，其后果将十分严重。

(2)施工过程中所落实的一系列安全保证措施，占用时间较长，而且时时要对措施有效程度进行监控，使施工周期变长，大大影响了施工效率。

(3)落实这一系列安全保证措施，必须投入相当大的人力、物力、财力，而最为关键的是安全措施落实一段、管线敷设一段，前后工序无法连贯衔接，无法适应长距离连续作业的要求，严重阻碍了工程的推进速度。

2 双边开挖沉管法

传统施工方法所呈现的种种不足，已不能满足时下的施工需要，为了能在安全全面受控的前提下，最大程度地缩短施工周期，提高施工效率和施工质量，双边开挖沉管法便孕育而生了。该施工方法共分七个步骤：

第一步：勘察定界，采用GPS定位系统结合现场桩位标记与图纸资料，将管位轴线、作业带边界线进行精确定位。再以勘探资料结合实地踏勘记录，摸清作业带内建筑物、构筑物、地下管线等情况，以此来合理划分出施工段面。

第二步：场地清理，从施工段面入手，挖掘机配合人力进行全面清理，扫除施工段面中遗留的障碍物，完成施工作业的前期准备工作。

第三步：材料进场，精确丈量施工段面长度，测算出所需管材量，完成管材进场验收后，沿管位轴线一字撒开，尽可能做到管口对齐，为下一步焊接组对做准备，见图1。

图1 焊接组对准备

第四步：组对焊接，采取地上组对焊接方式，不必在坑下作业，在相对较舒适的环境中将管材长距离焊接起来，并完成焊缝的无损探伤与节口防腐工作，最后于管首和管末两端进行临时封口。值得注意的是，实际组对焊接的管材长度应略短于该施工段面的长度，以便日后施工段面与段面之间的对口镶接，见图2。

图2 组对焊接

第五步：开挖沉管，此步骤是整个施工方法中最为关键的一步，一般由三台挖掘机再配合监控人员联合作业，先由二台挖掘机并行于已完成组对焊接步骤管道的两侧，同时开挖并逐步将管下土层掏空；监控人员以全站式水准仪对开挖深度进行时时监控，以保证沟槽开挖深度不会出现超深或过浅的情况；当管下土层掏空至一定程度时，管道会在地心引力的作用下缓缓下垂，沉入成形的沟槽内；当沉管长度达到50 m左右时，第三台挖掘机便可以留下适当管头操作长度的位置跟进回填，回填厚度为管顶30 cm，至此三台挖掘机将以品字阵形向管尾移动作业，直至整段管道沉完并于末端留下必要的操作位置，见图3。

图3 管道沉入成形的沟槽

第六步：敷带平场，完成沉管后立即对整个沉管段敷设专用警示带，再由挖掘机对完成敷设警示带的区域逐步进行二次回填，除了两端余留区域外，其他部位可全部恢复原始地貌。

第七步：起止定位，使用安全护栏对起止两端余留部位全封闭围护，落实必须的警示措施，以备后期进行施工段面与段面间的管道对口镶接之用。至此双边开挖沉管法整个施工过程完毕。

3 双边开挖沉管法的优势

(1)采取地上长距离组对焊接和无损探伤、节口防腐等工作，避免沟下作业的不良环境影响，无需要长时间安全支护等，在大大提高了安全系数的同时也为提高焊接质量提供了有力保障。

(2)沟槽开挖后只需短时间保持稳固，管道即可完成敷设，无需传统施工方法中一系列安全防护措施，大大缩短了施工周期。

(3)除沟槽深度测量外，基本上无下沟作业的必要，省去传统施工时工作坑内的安全支护，同时最大程度地避免沟内坍塌伤人、沟上落物而造成物体打击事故的发生。

(4)摒弃井点降水、设置排水渠道、坑内逃生通道、大规模板桩支护、大土方量放坡或降土开挖等作业，较大地提高了施工推进速度，从而也降低了施工成本。

(5)有利于长距离管道敷设，有利于前后工序连贯衔接，敷管完成后第一时间便能回填，避免沟槽长时间敞开时沟内管道因突降大雨或地下水外渗而造成的浮管情况发生。

4 结语

综上所述，采用双边开挖沉管法进行大口径天然气长输管线建设无疑是对传统施工方法的一次技术革新，该施工方法的利用将在以本质安全这一施工关键要素得以体现的前提下，大大提高了工程推进速度和施工质量，同时也降低了施工成本投入，可谓是一举多得，将一扫传统施工方法在软湿土质区域敷管中所遇到的种种不足，开创出管线敷设施工的全新局面。

Application of Double-side Excavation and Immersed Tube Method in Long-distance Pipeline Engineering

Shanghai Municipal Gas No.1 Pipelines Engineering Co., Ltd. Su Shuang

This paper focuses on double-side excavation and immersed tube method which is suit for long-distance gas pipeline engineering in soft moist soil region. Compared with traditional construction methods,it has advantages of fast construction speed, high safety factor and quality guarantee construction and efficient,also, it is worth using and drawing lessons in engineering construction practice.

rlong-distance gas pipeline, soft moist soil, construction method