山区陡坡地段管道安装技术

赵洪元，高安翔

大庆油田工程建设有限公司，黑龙江大庆163453

1 工程概况

四川长宁页岩气田集输气干线工程线路总长为112.04 km，设计年输气能力40亿m3，设计压力6.3 MPa，管径D 813 mm，材质为L485M。沿线山高坡陡，翻越都良山、云台寺、川云山、江门峡等多处高长陡坡地段，其中最大高差达900 m，最大坡度达80°以上（见图1），且受地形、地质限制，无法进行削降坡处理，所以高长陡坡地段的管道安装施工成为整个工程施工的重点和难点。

大庆油田工程建设有限公司在该工程B标段的江门峡、云台寺的高长陡坡地段管道安装施工中，通过采取精确定位测量、管段三维建模、索道运布管、索道辅助管道组对、沟下组焊等系列技术措施，克服了特殊地形给施工带来的困难，取得了良好的工程应用效果。本文结合工程实践，对高长陡坡地段管道安装施工的主要施工技术措施进行阐述。

图1 管道翻越云台寺高陡坡地段

2 测量

山区高长陡坡地段地势起伏大、纵向转角多、通视性差，设桩困难，采用RTK和全站仪配合进行线路中线定桩放线测量。转角处和变坡点是线路工程关键的控制位置，需增设加密桩。在每一处地形变化点设桩（一坎一桩），以便精确控制线路位置、计算调整线路角度、指导管沟开挖[1]。测量复核无误后，生成施工测量成果表。管沟开挖成型后进行精准复测，出具管沟成型测量成果表。

3 管段建模

根据施工图和测量成果表中的坐标数据，使用CATIA软件分段建立管段三维模型（见图2），可精确定位焊口位置，准确测算出直管段长度、冷弯管及热煨弯头角度。冷弯管及热煨弯头角度应圆整取值，并与施工图仔细比对，如两者间出现偏差，应及时与设计方联系，进行变更备案。管段可根据三维模型提前在坡下进行预制施工，减少陡坡段现场焊接工作量，大幅提高施工效率。

图2 CATIA建立的管段三维模型

4 运输索道系统安装

高长陡坡地段因地势高差大、坡度大、石方多，施工便道、作业带修筑困难，无法使用装载机或吊管机等机械运布管[2]，所以根据陡坡地形并结合施工经验选用架设索道系统的方法解决运输难题。

4.1 索道系统构成

该工程应用的运输索道系统为双主索设置，由主索（承载索）2条、牵引索1条、调节索（起重索）2条、吊装滑车、滑轮组、卷扬机3台、支架、锚固墩等构成。索道系统安装时，卷扬机设置在陡坡段下端，在陡坡上下两端设置支架用来支撑钢索，主索与两端锚固墩固定，牵引索和起重索的上端均与锚固墩固定，下端由卷扬机牵引（见图3）。双主索索道系统的2条主索为承载索，每条主索上各设一吊装滑车，吊运时采取跨双主索双滑车双吊点，与单主索索道相比，更能确保吊运过程的平稳；由牵引索控制滑车在主索上的前后运动，由调节索通过滑车下的滑轮实现吊物的高度控制，且2条调节索可分别调整前后吊点高度，使吊物呈倾斜状态，与单主索索道相比，更易于精确调整吊物的空间位置，不仅能实现运布管，还能辅助管道焊口的组对。

图3 双主索运输索道系统示意

4.2 索道系统的受力校核计算

根据现场实际地形建立索道系统受力模型，进行吊装受力分析（见图4），同时进行受力校核计算，以保证索道系统运行安全。

图4 运输索道系统示意

最大吊装荷载计算重力为：

式中：P为最大吊装载荷实际重力，kN；K1为动载系数（取1.2）；q为索道单位长度自重，kN/m；L为跨距，m；Q为索道承载最大重力，kN；Q1为吊具重力，kN；Q2为最大吊物重力，kN。

则单根主索水平拉力为：

式中：f为索道垂度，m。

主索在支架顶部支撑点处的支反力为：

主索张力为：

主索选用2根准30-6×19S-FC-1960钢丝绳，查阅GB 26722-2011《索道用钢丝绳》，其最小破断拉力P0为596 kN，将数据代入计算公式，可得安全系数K=P0/T1K1≥3.0，符合GB 12141-2008《货运架空索道安全规范》规定，满足施工安全要求。

牵引索最大张力T2=Pmax/sin38°（与地面夹角为38°），调节索（起重索）最大张力T3=Pmax/2，均选用准20-6×19S-FC-1960钢丝绳，查阅其最小破断拉力为265 kN，安全系数经计算均大于4.5，满足施工安全要求。

选用10 t型号牵引索卷扬机1台，选用5 t型号调节索卷扬机2台，经验算均可提供足够的牵引力。

锚固墩采用C30钢筋混凝土浇筑，同时栽6根准36 mm圆钢作为锚固点，对其所受抗拉力、抗拔力进行校核，计算结果满足安全要求。

支架使用规格为D 273 mm×8 mm的Q345无缝钢管制作，为保持其稳定性，在四根主肢之间添加横撑。对其所受压应力进行校核，计算结果满足安全要求。

4.3 索道系统安装调试

卷扬机基础与锚固墩的混凝土强度达到设计强度80%以上时，才能进行卷扬机、支架、索道等的安装。主索张拉完成后，安装吊装滑车（见图5）。索道系统调试时，先检查主索、牵引索、调节索连接是否牢固；再启动卷扬机牵引滑车沿索道进行无负荷试运行；过程中密切观察受力支架有无几何形变，滑车与轨道之间有无卡涩或跳动，如果出现以上现象，应停车检查处理[3]；无负荷试运行合格后，再以单次最大吊装重量进行负荷试运行，程序和注意事项与无负荷试运行相同，验收合格后方可投入正式使用。

4.4 管道运输及布管

图5 吊装滑车安装

索道验收合格后进行管道运输及布管，在坡脚构建临时堆管场地，运管方向自下而上，先用装载机或吊管机按施工图和钢管（或管段）编号顺序依次将钢管运送至索道上管位置，用吊带与平衡杆将钢管在吊装滑车上固定稳妥，再启动牵引索卷扬机带动钢管沿索道行走（见图6），运输过程应控制平稳，速度在8～15 m/min，到达指定位置后停止，然后启动调节索卷扬机放绳，将钢管缓慢溜放至管沟内完成布管。

图6 索道运管

5 管道安装施工

因运管方向为自下而上，为了避免运管与管道组焊相互干扰，管道安装施工顺序为自上而下[4-8]。与一般地段的管道安装施工不同，因受地形限制，管道的组对、焊接均须在管沟内管道正式敷设位置完成。

5.1 管道组对

高长陡坡地段因钢管自重较大，人力组对困难，可借助索道系统、千斤顶配合外对口器进行焊口组对[9-15]。组对时，通过2条调节索（起重索）的收放来调节钢管前后高度及倾斜角度，通过牵引索调整钢管前后位置，组对间隙的细微调节由千斤顶配合外对口器完成（见图7）。管道组对时务必精确控制带冷弯管和热煨弯头管段的角度指向。

图7 使用外对口器组对焊口

5.2 管道焊接

管道焊接采用适应性强、抗风能力好的纤维素焊条打底+药芯自保护焊丝半自动向下焊填充、盖面工艺。因设计对陡坡段管道无损检测要求较高，要求焊后100%UT和100%RT检测，所以精选技能过硬的成熟焊工施焊，力保焊接一次合格率。因陡坡坡度较大，焊口实际位置从接近斜40°～80°以上，且D 813 mm×11 mm钢管组对坡口开口较宽，所以要求填充、盖面焊接采取排道焊。

5.3 管道固定

陡坡地段管道施工方向自上而下，决定了管道固定点在组焊管道上坡方向，因而为防止管道受重力作用发生下滑，应在每段管道焊接完成后及时进行固定。当40°≤坡度＜60°时，每10 m设置1道固定管卡；当坡度≥60°时，每5 m设置1道固定管卡。管卡采用锚杆连接固定于岩体上，锚杆植入深度≥2.5 m，管卡与管道之间垫20 mm厚橡胶板隔离。

6 结束语

高长陡坡地段管道线路安装的施工难点主要来源于其特殊地形、地势，必须结合其特性采取针对性的施工技术措施。精确定位测量和管段三维建模技术的配合应用，可将施工图转为三维立体呈现，为提前深度预制创造条件；索道的架设可克服地形限制，解决陡坡运输难题，实现高效运布管，并能辅助管道焊口组对；管道沟下组焊是高长陡坡地段地形、地势下的最优施工方法。

以上施工技术措施已在西南油气田建设难度最大、风险最高的集输管道建设项目——长宁页岩气田集输气干线工程中实践应用，并取得了良好效果，可供今后同类山区陡坡地段管道线路工程的安装施工参考和借鉴。