直接铺管技术在中俄东线天然气管道龙河穿越的应用

摘  要：随着管道建设步伐快速，直接铺管技术日趋成熟，这项技术在俄东线天然气管道龙河穿越实践中得到的成功应用。文章从直接铺管设计强度校核和施工工艺角度对直接铺管技术进行论述研究，为今后管道敷设技术提供宝贵的经验。

关键词：接直铺管  管径 长距离 地层 设计 施工

一、工程地质

① 黏土：黄褐色，团粒结构，可塑，干强度及韧性高，有光泽，无摇振反应，土质不均匀，局部夹粉土薄层，上部为0.40m左右的耕植土。该层分布于整个场区，厚度1.20m～2.80m;

② 粉土：灰黄色，稍密，湿，干强度及韧性低，无光泽反应，摇振反应中等，土质较均匀，密实度好。该层分布于整个场区，未揭露。

二、 直接铺管设计参数

2.1 穿越曲线设计

借鉴国外工程经验和设备能力，综合考虑埋深及穿越处的地质条件、冲刷深度、勘探线位置等因素，设置入土角为6°，出土角为8°。穿越水平长度为598m。

考虑管道受力和直接铺管机设备能力，穿越管段的曲率半径为1500D;

2.2 管道强度校核

穿越管段对施工阶段和使用阶段进行强度核算，施工阶段进行试压工况应力校核，使用阶段应进行运营工况应力校核。管段应力应按各设计工况作用的最不利组合进行核算。穿越管段顶推过程应力计算及校核如下：

（1）泥浆外压产生的环向应力：

（2）管段顶推产生的轴向应力：

（3）穿越弹性敷设产生的弯曲应力：

（4）叠加后的各单项应力：

（5）当量应力：

（6）应力校核：

经核算，本工程直接铺管穿越管道在顶推过程中管道及防腐层强度满足要求。

2.3 推管机选择

推管机推力主要为克服直接铺管机掘进迎面阻力、管壁与岩土之间的摩阻力、管道与泥浆之间的粘滞力以及管道屈曲产生的摩阻力。按照《油气输送管道工程顶推法穿越设计规范》Q/SY GDJ 0460-2016中推荐顶推力计算方法计算顶推力为161t，取3.5倍安全系数的情况下计算顶推力为564t。考虑目前直铺管经验并不是特别丰富，推管机应具备一定推力的安全储备，推管机的推力不应小于800t，特殊情况下还应有备用推管机。根据本工程管道要求，选择设备外径约1.3m的掘进机头，根据地层勘测成果，穿越地层主要为黏土层，掘进机头应选择泥水平衡式，并配置相应的刀盘，机头扭矩不应小于120kN/m。

三、施工工艺

3.1施工流程

3.2 始发和接收基坑

始发基坑尺寸为22m×6.8m，深度为4.5m，主要为直接铺管机始发和掘进需要。基坑采用钢板樁支护，在深度范围内设置两道腰梁，第一道腰梁位于高程5.5m位置，第二道腰梁位于高程3.2m位置处。第一道腰梁设置为全长，第二道腰梁仅局部设置。腰梁之间采用横撑或斜撑支撑。支撑、腰梁皆采用基坑开挖前应做好降水工作，降水方式宜采用管井降水，地下水位应降至基坑底1m以下，如遇大雨天气，应采取措施进行排水，确保开挖过程中基坑内无水。施工完成后，钢板桩应拆除并回收。

始发基坑尺寸为22m×6.8m，深度为4.5m，主要为接收铺管机。基坑采用钢板桩支护，在深度范围内设置一道腰梁，腰梁位于高程5.4m位置，沿钢板桩全长设置。围檩之间采用横撑或斜撑支撑。基坑开挖前应做好降水工作，降水方式宜采用管井降水，地下水位应降至基坑底1m以下，如遇大雨天气，应采取措施进行排水，确保开挖过程中基坑内无水。施工完成后，钢板桩应拆除并回收。

3.3 场地布置

本工程涉及直接铺管施工、两侧一般线路段施工以及光缆套管穿越施工，为了合理利用场地面积及减少征地费用，因此场地布置和临时征地综合考虑。

入土侧施工场地约为50（长）×50m（宽）。

出土侧施工场地约为30m（长）×30m（宽）。

穿越管道组焊所需场地约620m（长）×28m（宽）

3.4 施工技术要求

（1）直接铺管设备应根据地层情况，采用泥水平衡式掘进机，推管机应具备一定推力的安全储备，根据计算和国外工程经验，推管机的推力不应小于800t，考虑本工程是国内首次采用直接铺管工法，建议设置两台推管机，一备一用。

（2）穿越轴线平面允许偏差为±250mm，竖向允许偏差为0～-400mm。

（3）推管机管道夹持装置应与管道焊缝处保持不小于500mm的距离。

（4）施工时应至少保证推管机后部有10m的管道与始发角度一致。

（5）穿越段管道应采用滚轮架或者发送沟发送，最大程度减小穿越管道在洞外的摩擦力。

（6）泥浆应采用环保泥浆，且能够回收循环使用，建议采用CMC泥浆体系，膨润土采用高效膨润土。

（7）泥浆主要应考虑较低的滤失量和良好的流变性，较薄的泥饼厚度，形成良好的护壁作用，同时还应具备较低的摩擦系数，良好的润滑性能。

（8）穿越用泥浆配制应采用洁净水，正式开工前，必须采用现场的水样，结合所穿地层的具体情况对泥浆配方进行必要的修正，应避免钙离子和镁离子对泥浆性能的影响，当泥浆性能稳定并满足工程需要后，中间不能更换泥浆配方，不能更换其它品牌的膨润土和水。

（9）配制形成的泥浆性能应根据地质条件试验室试验确定。

（10）泥浆应进行回收循环利用，应采用振动筛除砂，经过泥浆回收系统处理后循环使用的泥浆含砂量不宜大于0.5%。同时应采用离心机进行除泥，保证泥浆处理后的性能，维持泥浆性能的稳定。

（11）施工过程中应尽量保证连续推管作业。

（12）由于本工程为黏土层穿越，穿越层位黏土层较为密实，穿越过程中可能发生抱管现象，施工单位应根据地层特点选择相应的泥浆和掘进设备，并做好应急预案。

四、结论

龙河穿越2020年3月末开始施工，5月中旬结束，历时仅58天。直接铺管技术较定向钻穿越节省工期、减少泥浆使用、节约工程投资约322.5万元，最主要的是对同类穿越工程具有十分现实的指导意义。

参考文献

[1]《油气输送管道穿越工程设计规范》[S]北京 中国计划出版社2013年 P21-22

[2]《油气输送管道穿越工程施工规范》[S]北京 中国计划出版社2008年 P19、P20-22

作者简介：马驰  男  1985年出生 工程师  2008年毕业于辽宁石油化工大学油气储运专业  现在中油辽河工程有限公司从事油气管道设计工作。

中油辽河工程有限公司  辽宁盘锦 124010