大口徑管道斜井穿越施工方法

摘要：本文針對豫西地區黃土臺塬和黃土沖溝地形較多的特點，提出了大口徑長輸管道在該地形下采用人工開挖斜井的方法進行施工，該施工方法投資省、施工方便、不破壞黃土塬結構，是一種經濟實用的好辦法。

關鍵詞：長輸管道 斜井穿越 黃土臺塬

0 引言

西氣東輸二線東段18標段段位于三門峽地區，全長126km，該段主要地形是黃土丘陵和黃土臺塬，沖溝和陡坡較多，有部分沖溝和陡坡高差達幾十米，甚至一百多米，如采用傳統的“大開挖”施工方法會造成占地面積多、土方工程量大、施工進度緩慢、施工安全隱患高、地貌恢復困難、水土流失嚴重等諸多問題。因此，在實際施工中，根據現場實際地形情況，在西二線東段18標段部分地段采用“人工打斜井法”和“溜管穿越法”進行管道安裝相結合的新型管道施工方法，即斜井穿越法，有效地解決了傳統“大開挖”帶來的諸多問題，保護了黃土塬脆弱的植被，增加了管道運行的穩定性。

斜井穿越法是在黃土梁上最大限度不破壞原始地貌的情況下，按照設計坡度和方向，在地面下進行人工掏洞挖掘，完成后，采用“一接一”溜管法進行管道安裝就位的施工方法。

1 施工工藝流程

測量放線→作業帶清理→施工便道修筑→人工開挖斜井→硅管管溝和回填溝開挖→施工平臺修筑→硅管套管和回填鐵皮敷設→第一段“二接一”管段預制→管道包裹→管道安裝就位→管道“一接一”焊接安裝就位→回填→水工保護→地貌恢復。

2 施工技術措施

2.1 測量放線

①復測轉角點，放出管道中心線、溜管預制場地及施工便道占地邊界線。溜管及預制場地一般都選擇在作業帶上，且占地尺寸為管道中心線兩側各20m(該尺寸小于自然段作業帶占地)。②原始地面高程測量：管道中心線確定后，對斜井穿越段進行地面高程測量，以確定斜井坡度和井口位置。③沖溝段斜井測量：對斜井兩端點高程進行測量，確定斜井坡度。④黃土梁地段斜井測量：對斜井兩端高程進行測量，同時還要對臺階之間的接點(埋深最小的臺階底部)進行測量。在這些關鍵點埋深滿足設計要求的情況下確定斜井坡度。⑤作業坑位置確定：作業坑由井口和坡道組成，井口是預制管段連頭焊接的地方，斜坡道是斜井、井口和地面之間的連接線，是人員、物料、土方對外輸送的通道。位置的選擇在保證能進行溜管作業的同時，還應保證周圍有足夠的場地用于堆放物料和棄土。

2.2 作業帶清理

根據測量結果，對預制平臺以及井口占地范圍內附屬物進行清理。

2.3 施工便道修筑

對于施工設備不能直接進入施工現場的地段，應修筑施工便道。

①黃土梁地段：在黃土梁地段施工設備不能直接進入施工現場，需修筑“Z”字型盤山道，“Z”字型盤山道寬度在5～8m間。②沖溝地段：在沖溝頂部施工設備一般不能直接進入，可利用附近小型沖溝或山間小道修筑施工便道。

2.4 作業坑開挖

在斜井作業施工前，首先要進行作業坑的開挖。井口的大小為坑底中心線兩側各2.5m，長度也為5m，深度應保證該點的設計埋深；斜坡道寬度應保證手推車和預制管段順利輸送，坡度為20°～25°。為了加快施工進度，該作業坑可通過機械挖掘完成。

2.5 人工開挖斜井

黃土塬土質為黃土，除表層風化形成沙土比較松軟外，底層比較堅硬，在采取一定的安全措施后，可進行斜井開掘。施工作業時，根據斜井坡度選擇斜井開挖方向，一般是從頂部向下開挖。在斜井頂端將卷揚機通過鋼絲繩與手推車相連，帶動手推車從洞里向洞外行走，從而將挖出的土方送至洞外的堆土區。為了確保手推車順利將土送到洞外，在送土過程中，需有一人始終扶著小車，以控制小車的行走方向。斜井坡度為20°～30°。斜井掘進施工中需注意的要點：

2.5.1 走向控制

開挖前，應在地面上定出斜井方向，并在斜井頂上地面打木樁。洞口形成后，在洞外斜井方向的延長線上打一排木樁，間距以1m為宜，并用細線將木樁相連以控制斜井方向。斜井開挖到一定長度后，將洞外控制引導到洞內壁上，同樣打上一排木樁，用細線相連以控制洞的掘進方向。

2.5.2 坡度控制

對最初掏挖的斜井洞口用儀器控制坡度。在逐漸掘進過程中，在洞壁上打一排木樁用細線相連，該線坡度即為斜井坡度。掘進過程中隨時測量此線與地面的垂直距離，即可準確控制坡度。

2.5.3 安全控制

①洞內照明：在洞外設置發電機，通過電纜向洞內供電照明。②洞內通風：為保證洞內工作人員呼吸暢通，在洞口放置一臺鼓風機，通過一根尼龍管向洞內供氣，隨洞掘進一起向內延伸。③洞內通訊：隨著洞的掘進，洞內、洞外人員之間的直接通話越來越困難。為進一步確保安全施工，使洞內、洞外人員及時溝通聯系，洞內、洞外人員各配置一部有線話機，以確保通訊暢通，另外還要配備哨子，一旦電話發生故障，立即使用備用的哨子，提醒洞內人員采取相應的應急措施。④風干：斜井掏完后，使洞自然風干3～4天，撤出安全支架。⑤在洞口作業坑外搭設遮雨棚，防止雨水進入洞內。⑥在遮雨棚外放置擋水墻，并沿墻挖排水溝。⑦每天施工完成后，把洞口遮擋，防止其他人員進入。

2.6 電纜溝和回填溝開挖

斜井開挖完成后，要根據設計圖紙要求和回填施工要求，在斜井底部兩側各開挖一條300mm×300mm的溝槽，以敷設硅管套管和回填用的鐵皮，如圖1所示：

2.7 硅管套管和回填用鐵皮安裝

在斜井管道安裝前，首先將硅管套管和回填用的鐵皮安裝完成，鐵皮安裝時要注意鐵皮不能露出地面，以免溜管時損壞管道防腐層。

2.8 溜管操作坑開挖及管段預制平臺修筑

在斜井施工期間，在距離井口一定距離的作業帶上平整出一塊管段預制場地，并在斜井開挖結束后，在井口處開挖出溜管作業場地（安裝卷揚機和滑輪組的操作場地）。

2.9 卷揚機、滑輪組的安裝和第一段“二接一”管段預制

①將卷揚機和滑輪組安裝在操作坑內。如圖2所示。②在平臺上進行兩根鋼管“二接一”管段的焊接預制，并嚴格按照管道施工工藝進行管道的焊接、無損檢測和防腐，以確保管道焊接和防腐質量。

2.10 管道包裹

溜管作業過程中，管道防腐層和收縮套最容易受到損傷，因此，在溜管前，應用柔性物(草袋、毛氈)將管道包裹，外表用竹片保護，鐵絲捆扎牢固，以確保防腐層和收縮套(帶)不受到損傷。

2.11 預制管段安裝就位

將預制好的第一個“二接一”管段的一端(斜井底端方向)焊接封頭，然后用吊管機(加長桿)直接將該預制管段吊放到斜井內，當第一個預制管段尾端接近洞口時停止溜管，然后與第一臺卷揚機聯接固定。

2.12 管道“一接一”安裝就位

當第一個“二接一”管道就位后，采用吊管機吊裝下一根管道進行對口、焊接、無損檢測、防腐和管道包裹。然后將管道與第二臺卷揚機聯接固定，解除第一臺卷揚機的聯接，之后啟動第二臺卷揚機慢慢放松鋼絲繩，管道在自身的重力下下滑，當管道下滑到一定位置時，再聯接第1臺卷揚機，解除第二臺卷揚機的聯接，如此交替進行，直到管道到達預定位置。

當管道到達預定位置后，再重復以上工作，直到斜井全部管道安裝完畢。

2.13 回填

管道安裝就位后斜井井壁與管道之間存在空隙，采用普通的回填方式難以填實。針對這種情況，西氣東輸二線東段EPC項目部組織運行單位、業主和設計在內的各參建單位，聘請專家做了進一步論證。根據論證結果，斜井內回填采用黃土泥漿填充的施工方法。為了防止管道在泥漿回填過程中漂浮，必須在單獨試壓完成后，管道有水的情況下進行泥漿填充。主管穿越前在井內開挖溝槽，用鍍鋅鐵皮制作泥漿溜槽，管道穿越完成后，用攪拌機將泥漿攪拌均勻，沿泥漿溜槽下滑填滿斜井內的空間。

①填充材料：黃土泥漿采用斜井開挖的黃土，加水和適量的添加劑拌和而成。添加劑可選用腐植酸鈉和水玻璃等。腐植酸鈉（HA—Na）為烏黑晶亮、有光澤的無定性顆粒，無毒無臭無腐蝕，極易溶于水，在漿體中用作降粘、降濾失劑，可增加漿體的流動性；水玻璃為硅酸鈉溶液狀態，硅酸鈉在以水為分散劑的體系中為無色、略帶色的透明或半透明粘稠狀液體，硬化后具有較高的強度，作為添加劑時可提高材料的強度，提高漿體硬化速度。②施工所需設備、材料：需泥漿攪拌機2臺，稱量設備1臺，鍍鋅鐵皮（厚2mm，用量根據斜井長度確定）。③泥漿配合比見表1：

④泥漿溜槽制作：斜井開挖完成后，在斜井底板上，緊貼順氣流方向左側開挖寬30cm、深30cm小溝槽，將用鍍鋅鐵皮加工成的溜槽（30cm深，30cm寬）一節一節嵌入小溝槽，形成泥漿溜槽。鍍鋅鐵皮高度不能超過斜井底板，防止穿越施工時損傷防腐層。⑤斜井填充：主管試壓完成后，在管道內有水的情況下，在斜井頂部井口用泥漿攪拌機將泥漿按標準配比攪拌均勻，然后順溜槽將泥漿灌入斜井底部。為防止斜井底部泥漿的壓力過大發生泄漏，可先在斜井底部沿斜井先灌注10～15m長度，待泥漿凝固后再向上填充。

2.14 水工保護和地貌恢復

由于采用斜井施工，水工保護及地貌恢復工程量較小。因此只需要對管道焊接預制場、施工便道處和斜井進出口處進行地貌恢復和水工保護即可。

3 結束語

通過人工挖掘斜井與“一接一”溜管技術相結合，解決了傳統的“大開挖”法存在的諸多施工和社會問題。這種工藝具有明顯的“安全、節省、環保”優勢，是攻克大中型沖溝、臺地、黃土坡等黃土塬地區進行管道施工的有效方法。

參考文獻：

[1]孫毅力，王芝銀等.《穿越黃土陡坡管道斜井支護方式》，油氣儲運，2008年第4期.

[2]程家富，葉繼東等.《開挖斜(豎)井在陡坡處敷設長輸管道的施工方法》，石油工程建設，2000年10月第5期.