巴河隧道管道安装施工技术

许 萍，胡修俊，高松竹

1.成都军区油料监督处，四川成都 610041

2.四川省天然气管道投资有限公司，四川成都 61000

3.中国人民解放军32603部队，四川成都 610051

1 工程概况

川东北-川西输气联络线工程巴河隧道位于四川省巴中市东南约10 km的光辉乡天宫庙，进口位于巴河东岸，隧道入口东北方向约60 m处有面积约1 450 m2的堰塘，南面方向约75 m处有面积约1 800 m2的堰塘；出口西北方向约50 m处有面积约2 400 m2的堰塘，西南方向约70 m处有面积约2 300 m2的堰塘。巴河纵断面示意见图1，两岸的井筒类型均为斜井，东岸斜井长度392.90 m，倾角25°；西岸斜井长290.47 m，倾角28°；平巷长321.56 m，坡度±3‰，隧道最低点位于两岸斜井井底。本设计斜井隧道总长度1 004.93 m，净宽3 m，净高3 m，净断面面积8.02 m2。

图1 巴河隧道纵断面示意

2 施工流程及施工准备

巴河隧道内管道采用低架型敷设，管段支承点为滑动支墩，支墩间距为15 m。管道安装施工工艺流程为：施工准备→平巷段运布管及安装→东西斜井段运布管及安装→补口补伤和管道就位固定→清管试压和连头贯通。

施工用电从隧道施工单位安装在两岸洞口的变压器处的户外箱接出，在隧道的两处洞口各设一个配电柜，从配电柜接出照明、通风、调度绞车等各种用电线路；在平巷段施工时，从隧道西岸导洞口配电柜处接入一根电力电缆至平巷段，并设4个配电箱，用于此段施工时的照明、通风、焊接等用电设施。

施工过程采用轴流风机通风方式，隧道内安装8台轴流风机（6用2备）以确保施工正常进行，同时配备防尘、防毒的过滤式呼吸面具40个。隧道内每隔11m安装100W防水防尘灯1盏，每隔20 m安装应急灯1盏。配备隧道专用对讲机4部，并在隧道内每隔100 m安装内部单线电话1部。

3 隧道内运布管

隧道斜井段运布管采用调度绞车和钢丝绳作牵引，用移动龙门架运管小车进行布管，平巷段管道从西岸斜井段运至平巷段西端，在平巷段东段底部转角处安装卷扬机作牵引进行运管。防腐管道在进隧道前，用火花检漏仪器检测，检漏合格后方可进隧道；同时还需对管口进行检查，管内的泥土、沙粒等杂物必须清扫干净，落实“清管三步法”要求。

3.1 平巷段运布管

平巷段采用逐根组焊的方式，在斜井段施工前需将平巷段管材运输到位，确定焊口分布图，计算管道及短接长度，按编号依次布入。采用移动龙门架运管小车运布管，用于通过斜平面隧道的钢管二次转运布管；用移动龙门架小车吊管并水平调整管头，使钢管能通过斜平面隧道，而后钢管在东段底部卷扬机的牵引下布置于指定位置。

（1）运管。平直段与隧道出口平面在一个平面上，开挖一个平面操作台（15 m×4 m），平台三面采用砂袋砌筑，防止塌方。在洞口用吊管机将管道逐一放置到移动龙门架运管小车上，并牢固固定每根管道，采用两个移动龙门架运管小车运输，小车与小车之间采用钢丝绳连接，如图2所示。

图2 移动龙门架运管小车运管示意

具体运管步骤为：第一，两岸各设一台2.5 t调度绞车，用于牵引移动龙门架运管小车，斜隧道处可用调度绞车控制下坡速度。第二，布管前应对管口尺寸进行检查，如有不合格者，应先行处理，合格后再吊上运管小车。第三，平巷内管道用东岸底部的卷扬机牵引小车运管就位。第四，拉钩稳管时用胶皮保护管材的坡口和管壁，捆绑管材处采用胶皮保护，防止防腐层破坏，运管时需要在枕木上垫胶皮以保护防腐管材。第五，对于移动龙门架运管小车导向轮对洞壁造成的损坏（导向轮采用特制橡胶轮胎，以减少对洞壁的损坏）以及运管过程中对隧道局部造成的损坏，应根据设计要求及规范要求进行修复。

（2）布管。其一，管道发送到位后用移动龙门架运管小车将管道吊起，移动龙门架运管小车由调度绞车回牵至发送端口。其二，利用小车回牵时间人工撤除到位管段的枕木，将枕木用抓钉连接在一起制成临时支墩。第1根管道采用2个管墩，以后每根管道使用1个管墩，临时管墩不能设置在设计管墩位置上。平巷段的焊接施工采用布管到位1根焊接1根的方式。

3.2 斜井段运布管

（1）运管。东岸斜井段因在距洞口31.83 m处有1纵向转角，因而管道不能进行2接1运送，只能采用单根进行运送。因西斜井比东斜井长度短，施工周期相应比东斜井短，西斜井即便采用2接1方式运送也不能够提高整个工程的进度，所以西斜井也采用单根管运送的方式。东斜井段弯头位置的转角半径为62.3 m，因而需加大转角半径并保证管道通过时不接触到地面，此段施工时需将原隧道底板凿深。

（2）布管。第一，移动龙门架运管小车到达目的位置后，用移动龙门架上的葫芦吊起管道并卸下放在临时枕木支墩上，操作时应轻提轻放，严禁摔、撞、磕、碰，再用调度绞车把小车拉回，如此周而复始。第二，在坡道处进行管道组对时，为了防止管段向下串动，应在管段上加管箍并向上坡方向牵引管箍，通过管箍与管的摩擦使管段保持稳定；在管口与管口之间塞入间隙块，以保证对口间隙，同时为避免管道串动时撞伤坡口，采用导向葫芦进行焊口左右、上下组对间隙的调整。

3.3 布管牵引力计算

从西岸斜井运管，坡度28°，运管时牵引力计算如下：

式中：G1为单根管道自重，N；m为单根管道质量，kg；g为重力加速度，取g=9.8 m/s2；ρ为钢材密度，kg/m3，取ρ=7 850 kg/m3；V为单根管道体积，m3；D为管道外径，m，本工程D=1.016 m；d为管道内径，m；L为单根管道长度，m，取L=12 m；δ为管道壁厚，mm，本工程δ=21 mm。

经计算G1=60 570 N。2辆移动龙门架运管小车自重为G2=10 780 N。

最小牵引力计算如下：

式中：G为管道和小车的总重力，N；F为下滑力，N；α为隧道坡度，本工程中α=28°；T为摩擦阻力，N；f为下滑摩擦系数，摩擦系数取最小值0.2；Fmin为最小牵引力，N。

经计算得：F=33 497 N，Fmin=20 897 N。

同理可计算得出，东岸斜井段运管时所需最小牵引力为17 228 N，平巷段拖管所需最小牵引力为14 276 N。

4 钢丝绳和地锚

4.1 钢丝绳选型

由于采用动滑轮运布管，由上述计算结果可知，向隧道平巷段西端运送单管时的牵引力F西=Fmin/2=10 448.5 N，因此选用18NAT6× 19+NF1570型号的天然纤维芯钢丝绳（最小破断拉力为168 000 N）。取安全系数为5，不均匀系数为0.85，则钢丝绳的容许拉力为28 560 N，钢丝绳长度按740 m计算，重力为7 570 N，则钢丝绳容许拉力28 560 N＞10 448.5 N+7 570 N，满足要求。同理，东斜井选用18NAT6×19+NF1570型号的天然纤维芯钢丝绳也符合要求。

4.2 地锚稳定性计算

西岸钢丝绳的最大拉力为18 018.5 N，选2.5 t的调度绞车，钢丝绳作用力方向按水平方向考虑，则地锚拉力F的水平分力H应满足18 018.5 N的要求。西岸地锚采用预埋地锚，锚碇选取长度为7 m的φ273mm×7mm的钢管。计算简图如图3所示。

图3 地锚稳定性计算示意

地锚的稳定性按下列公式计算：

式中：G为土的重力，N；T为摩擦力，N；K为安全系数，一般取2；V为地锚所受荷载的垂直分力，N；F为地锚荷载，N；α为F与水平方向的夹角，（°）；b为压力区有限宽度，m；d为钢管外径，m；h为地锚埋置深度，m；l为钢管长度，m；γ为混凝土的密度，kg/m3；φ为土的内摩擦角，本工程取40°；f为摩擦系数，本工程取0.5；H为F的水平分力，N。

本工程l=7m，h=2.5m，γ=2500kg/m3，经计算得知：V=10 403 N，G=59 872 N，T=9 010 N，2×10 403 N＜59 872 N+9 010 N，因此地锚的稳定性满足要求[1]。东岸也设置同样的地锚，同理计算也满足要求。

5 隧道内管道安装方法

（1）平巷段隧道管道安装。第一，进行单根逐根组对，采用移动龙门架、千斤顶配合对口器进行组对施工；第二，焊接采用下向焊接工艺，根焊采用AWSE6010φ4.0 mm纤维素焊条，半自动焊的填充盖面采用AWS E71T8-Ni1Jφ2.0 mm自动保护药芯焊丝焊接；第三，焊缝外观检验合格后，进行无损探伤，本段探伤采用双百探伤，对穿越管段环向焊缝进行100%超声波探伤和100%射线照相检验，质量达到标准要求。

（2）隧道斜井段管道安装方法。采用在隧道口调度绞车牵引、斜井段全程移动龙门架导向、配套滑车进行拖管就位的安装方式。组对焊接完成后用枕木支撑，支撑高度略高于管底，设计高度取350 mm。隧道内斜井段组焊连头时，采用四木塔配合千斤顶进行组对。四木塔顶面水平，支腿根据坡度调整长度，将支腿处地面凿平。管口组对前应将管内赃物和杂物清除干净，落实“清管三步法”，管端50 mm范围内无污物，并要注意对内涂层进行保护，每天收工和午餐休息时要封临时盲板。采用外对口器进行对口，且要在管道根焊完成50%以上时，方可将其撤离。

（3）隧道管道无损检测。斜井隧道无损检测采用移动爬行器，对每天的焊口在次日进行无损检测，当场洗片，合格后进行补口作业。

（4）补口作业施工。在隧道进出口处先进行管道补伤、电火花检测，合格后管道才能进隧道布管。在隧道内组对焊接和无损检测合格后进行喷砂除锈、补口作业，并再次进行补伤和电火花检测。

（5）滑动墩管卡安装。其一，管道补口、补伤工序完成后，进行管卡安装。其二，安装前检查管卡位置，当焊道位置与管座位置重合时，需错开滑动支座；由于支墩在管道安装后进行浇注，因此应预埋地脚螺栓；浇注养护后按设计图纸要求进行管卡安装。其三，平巷隧道安装滑动管卡80只，同时垫好10 mm厚橡胶板80块；东岸、西岸隧道斜井段分别安装滑动管卡75只、54只，同时垫好10 mm厚橡胶板129块；安装前检查管卡位置，当焊道位置与管座位置重合时，错开滑动支座（距离不小于1 m），组对时控制焊道位置。

（6）管道清管、测径、试压。本工程对平巷和两斜井管道采用整体清管、测径、试压方法，具体过程依照GB 50423—2007《油气输送管道穿越工程设计规范》要求进行。

（7）地貌恢复。施工完成后，将隧道内施工所用的电缆、电话、电话线、上水管道以及施工过程中产生的垃圾采用移动龙门架运管小车运送出隧道，地面施工所用设备拆除后恢复地貌。平巷段管道就位在滑动支座上，并拆除滚动支座。根据相关要求，在隧道进出口设立警示牌[2-7]。

6 结束语

长输管道隧道穿越的安装施工可划分为许多环节，如材料供应、队伍组织、资源配置、外协征地等。其中材料供应为重中之重，隧道内运、布管的进度直接对焊接机组的施工进度产生影响，而且隧道内作业空间受限，加之在大斜度隧道内运、布管，其风险更高，挑战更大。因此隧道内运、布管所用的拉运工具、布管工具、布管方式应满足上述要求。本工程中隧道斜井段、平巷段的运、布管通过采用调度绞车、卷扬机和钢丝绳等作牵引，用移动龙门架运管小车进行运管，设置临时管墩进行布管，较好地满足了焊接施工机组的施工进度要求，实现了预期的工程目标。