输气管道受洪灾致损的抢修设计

慕 园,罗志鹏,陈莎莎,姚伟伟

1.四川国锐工程设计有限公司西安分公司,陕西西安 710018

2.陕西省天然气股份有限公司,陕西西安 710016

3.中国石油天然气管道工程有限公司,河北廊坊 065000

1 管道洪灾致损分析

2021年8月19 日起，蓝田县局部地区出现大暴雨，造成蓝田县境内的312国道、省道部分塌方、冲毁，沿途部分电力、通信中断。受持续强降雨影响，蓝桥河出现了大型罕遇洪水。近河敷设的蓝田段管道受洪水冲击严重，较长距离管道出现露管、悬空，见图1。部分管道遭受流石冲击出现防腐层破损、凹坑等严重变形，见图2。

图1 管道悬空、露管情况

图2 管道防腐层破损、管体凹坑

分析洪灾致损原因，主要为以下两点：第一，多年平均水位的水面宽度虽小于40 m，但两山夹河谷的地形极易雍水。河床地层以砂砾石层和岩石层为主，且河床较浅。受地层影响，水流下切程度小，加剧了洪水对滩地、岸坡的横向冲刷。按中小型工程设防的管道，其埋深略浅。第二，受地形制约，附近居民存在侵占河道的情形，河断面变窄，导致流速加快，进而加重对滩地、岸坡的冲蚀。部分管段在凹岸滩地敷设，滩地虽经人为拓宽，但未改变凹岸为迎水受冲面的本质[1-4]。

2 抢修设计要点

2.1 修复方式论证

若通过补强等方式进行维修加固，需对管道的安全适用性进行全面评价[5]，包括对管道外防腐层的检漏、焊缝的风险排查、管道变形情况的量测、悬空及大移位管段的应力分析等评价内容[6]。评价周期较长、检测费用相对昂贵[7]且不能彻底消除风险。

鉴于管道安全现状和抢险工期限制，宜用改线换管或原位换管方式进行修复。若沿河谷改线，管道与房屋间距较近，协调难度大，且与灾后重建存在冲突。若改线至山脊敷设，需大量砍伐林地和爆破岩石，线路长，工期长，成本高，且易受地质灾害影响。为解决管道企业希望既彻底又快速完成修复的诉求，应采取原位换管修复。

2.2 换管原则

换管原则宜根据管道受损程度制定。对于无移位、无变形、露管长度短且防腐层较完好的管段，可仅做回填压覆以确保管顶埋深即可。对于存在移位、变形、露管长度长或防腐层破损较严重管段，则需开挖换管并深埋。

2.3 开挖敷设方案

结合洪水冲刷特征，按照管道穿越工程挖沟法穿越设计要点[8]，进而制定管沟开挖及敷设方案，见表1。

表1 开挖敷设方案

开挖敷设方案分三类，以岩层段开岩槽混凝土满浇埋管、砂土层地段深埋换管为主。开挖敷设横断面见图3～图5。

图3 岩石地层开挖敷设横断面/m

图4 河道内砂石（砂土）段地层开挖敷设横断面/m

图5 河滩地砂石（砂土）段地层开挖敷设横断面/m

2.4 换管段增加壁厚

新换管道的直管、冷弯管壁厚选用6.3 mm，热煨弯管壁厚采用7.1 mm，相比原管道5.6 mm壁厚有所增加，主要基于以下考虑：

（1）鉴于近年来北方极端气候，洪水事件整体呈频发、重发的趋势[9]和本次管道严重受损的情况，宜适当增加壁厚，以提高本质安全。

（2）原管道沿线与道路并行距离近，与多处拱桥有交叉，考虑道路、桥梁修复可能对管道的挤压影响，应适当增加壁厚以提高抗外压稳定性。

（3）管道长距离近河敷设，管道周边土壤环境较潮湿，土壤中含有的硫化物或大量微生物会对管道防腐层产生破坏，加快管道的腐蚀速率[10]。

（4）抢险工期紧，河道段作业条件差，极易因施工疏忽造成管壁减薄。

2.5 连头技术要求

连头作为关键工序，类似工程除执行GB 50369—2014《油气长输管道工程施工及验收规范》外，还建议参考以下两点技术要求。

（1）应选择平坦地段的直管段作为连头位置，自连头位置起向原管道和新管道各外延至少两根管子长度，修建连头作业沟。连头点两侧管道的自由端长度应大于50D（D为管道直径）。

（2）管道组对时，两端钢管进行适当的支撑和调整，避免悬空长度大于6 m[11]。管道组对轴线偏差不应超过3°。

3 抢险修复实施

（1）险情发生后，陕西省天然气股份有限公司立即组建管道抢险现场指挥部，结合防汛预案进行集中讨论，对露管、悬空段管道先行采取压覆稳固的临时保护措施，然后采取专家会诊方式，科学分析洪灾至损原因，充分论证修复方式，确立换管修复的总体原则。

（2）为确保向商洛不间断供气，抢修期间原管道不停输，通过近距离并行原管道敷设新换管道的方式，仅在动火连头期短暂停输，以实现管道连通。新换管道组对、焊接及无损检测合格后，下沟回填。经清管、测径与试压后，进行干燥。按统一口令和施工技术要求，各标段机组对不连续多处换管段实施同步连头、整体贯通。

（3）在遇有岩石与砂砾石交接处，通过打纵向斜槽平滑过渡或辅以弯管过渡敷设，提高管道对管沟岩土层的适应性。对于岩石地层间隔存在有短距离砂砾石地层的区段，按照岩石地层进行开挖敷设，能够满足管道敷设安全要求，也便于现场施工组织设计。靠近山脚的顺河敷设管道，通过改移至山脚，采取内凿岩石槽口+外筑混凝土挡墙的方式，彻底消除了管道受水流冲刷的影响。

（4）为及时解决抢险现场突发情况，现场采取签署四方确认单形式快速明确存在问题和解决方案，显著提高了抢险实施效率。

4 结束语

（1）管道选线工作至关重要。合理选线是保证管道安全运行的基础，也是降低管道事故概率的重要措施[12]。选线不仅要结合地区现状，还需充分结合沿线居民生活状况、区域发展建设情况。

（2）对于河道段换管抢修，洪水裹挟的砂石堆积层使河床抬升，为避免管道埋深不足，通过现场试挖验证，采用现状河流同一横断面河床最低点作为开挖基准，按下挖既定深度内是否见岩层来确定不同管道敷设方式的方法，具有适用性强、操作简便的优点。

（3）焊接是技术活动也是一项重要工序，焊接质量直接决定工程成败。河道空气湿度大、峡谷风速集中、山区昼夜温差变化大等因素都不利于焊接，除配备更加有效的焊接保障措施外，更应对焊接标准提出严格的要求。通过适当提高焊接要求，倒逼工程公司严格执行焊接规程，从源头控制质量。例如，设计方参考管道抗震规范[13]，提出了根部焊缝缺陷、裂纹焊缝、连头焊缝缺陷不允许返修，采用割口处理、重新焊接的硬性要求。