油氣輸送管道隧道穿越施工質量控制技術

楊祥海，祁 哲，肖景安

(川慶油建川東分公司，四川 成都 610213)

油氣輸送管道隧道穿越施工質量控制技術

楊祥海，祁 哲，肖景安

(川慶油建川東分公司，四川 成都 610213)

以管道輸送石油、天然氣是經濟、高效、安全的輸送方式，而保證油氣管道輸送安全的主體則是油氣管道施工過程中各工序的過程質量控制。由近幾年國家油氣管道重點工程建設項目可知，都或多或少的有隧道穿越施工，而隧道施工往往是工程施工的關鍵控制點。結合蘭-鄭-長輸油管道工程和西氣東輸二線管道工程，以及目前在建的中緬油氣管道工程，針對油氣管道施工過程中隧道穿越施工各工序質量控制以及如何降低施工成本提高施工進度做一簡要論述。

油氣管道；隧道穿越；質量控制

0 前言

油氣輸送管線由于輸送距離長、壓力高等特殊性，往往要經過戈壁、沙漠、森林、江、河、沼澤、隧道穿越、甚至無人區等，隨著科技的發展，油氣管道施工面臨著如何選用最佳工程結構和新材料，如何選擇最佳施工方案和先進的施工方法，以最大限度地提高施工質量和進度。在此就目前大口徑油氣管道隧道施工各工序質量控制過程做一簡要介紹。

1 油氣管道隧道穿越施工技術特點

1.1 油氣管道隧道穿越施工特點

油氣管道隧道穿越施工往往存在施工作業空間小、濕度大，人員、機具、設備相對較為集中，質量不易控制、易發生安全事故等特點。

1.2 隧道穿越施工準備

1.2.1 防腐管集散和噴砂除銹

在充分了解及掌握隧道內情況、確保隧道內各項滿足施工條件后進行防腐管的運輸。在運輸防腐管之前首先在隧道口選擇一塊相對平坦的地方作為臨時集散地，在防腐管到達集散地之后，再由組焊班組根據隧道內測量結果和管墩位置進行防腐管編號，為下一步布管做好準備。受隧道空間限制，在進行隧道內布管之前宜對管口兩端進行除銹涂刷底漆，以減少焊接檢測完成后在洞內噴砂除銹，從而避免不必要的安全事故發生。在隧道外噴砂除銹涂刷底漆推薦的最好方式是采用干膜防腐底漆，如圖1所示。

圖1 噴砂除銹

1.2.2 隧道內布管

隧道內布管之前應平整洞口，如遇地面濕滑可采用一定厚度的花紋鋼板進行鋪墊，同時將做管墩的基坑用鋼板進行臨時掩蓋。對于面積大于100 mm2的凹凸不平處應進行削平處理，以減少運管小車阻力，降低安全風險。在管道組焊中線采用反光漆或其他反光標識進行標注，并標識先前已經做好鋼管編號的標記，布管采取對號入座的方式進行。隧道內的臨時管墩推薦使用枕木并用抓釘相連各枕木，枕木與防腐管相接觸處應使用軟質材料進行襯墊，以免損壞防腐層。用枕木作為臨時管墩的優勢在于：枕木撤除較為方便，且可重復多次使用。此處質量控制點為：(1)事先確定好鋼管防腐等級和鋼管壁厚，同時在布管過程中注意保護防腐層和管端坡口。(2)反復測量核對鋼管長度以及彎管度數，防止管道靠壁及焊口處于永久性管墩位置。安全方面：一是控制進管速度；二是加強隧道通風。實時監測隧道內洞頂滲水情況，如果隧道內地面有坡度可以適當增設反光減速帶。

布管采用機械推進布管的方式進行，提高了布管工作效率。布管方式如圖2所示。

圖2 隧道布管

1.2.3 布管工序流程

布管工序流程如圖3所示。

圖3 布管工序流程

2 焊前準備質量控制

(1)在隧道開始組焊前，必須組織相關人員進行技術和安全方面的交底，同時做好進洞人員作業內容等方面的記錄。

(2)焊前準備工序流程：坡口加工→清口、清管→管道吊裝→組對→檢驗。

(3)坡口加工。

a.在現場應對管口按照焊接工藝要求中的形式進行加工，以滿足焊接施工需要。

b.坡口加工前嚴格按照規范要求清除坡口內外壁50 mm范圍內的一切污物；嚴格按照規范要求的坡口尺寸進行坡口加工，加工完的坡口要用坡口加工量規進行圓周檢查，保證加工精度。

c.對于制管焊縫的打磨，要求管內外打磨長度不少于300 mm，呈30°平滑過渡，并且要求與母材齊平。

(4)坡口清理和清管。

a.管端坡口不得有機械加工形成的內卷邊，若有則用銼刀或電動砂輪機清除。坡口清理滿足坡口加工要求。

b.清除管端25 mm內的污物、浮銹直至露出金屬光澤。

c.管口組對前用自制清管器將管內塵土、雜物清除干凈，并注意保護內涂層。

(5)鋼管吊裝。

a.隧道內管道吊裝采用移動吊架，移動吊架在移動到吊管位置后，必須將移動吊架固定，防止移動吊架滑動，并在滾輪下放置三角木，然后才能起吊管道。

b.鋼管吊裝時吊點置于鋼管(長度方向)的中心處，管道起吊高度為高于底板0.6～0.8 m。

c.采用一定柔性高強纖維尼龍吊帶起吊管道，以避免損壞防腐層。

(6)組對。

a.再次復核管子壁厚、防腐層規格和坡口加工質量。

b.清理管口與組對、焊接工序的時間間隔不宜過長，以避免二次清理。

c.對口要求嚴格按照焊接工藝規程執行，特別是嚴格控制對口間隙，管口處螺旋焊縫或直焊縫錯開100 mm以上。對于在坡口加工過程中出現的鈍邊過薄處的坡口，在對口時盡量使其處于3點、9點位置，避免在12點、6點位置，以避免燒穿。

d.隧道內對口采用內對口器。

e.嚴禁采用錘擊方法強行矯正管口。

(7)對口質量檢驗。組對后進行自檢、互檢，并由質檢員進行專檢。

3 隧道內焊接質量控制

3.1 隧道內組焊施工工序流程

組焊施工工序流程如圖4所示。

圖4 組焊施工工序流程

3.2 焊前準備

3.2.1 施焊工藝

隧道內的焊接工藝必須是經過驗證且在有效期內。

3.2.2 焊接人員

(1)所有參加隧道施工的人員要求身體健康，并且取得相應的資質證。

(2)熟悉“隧道穿越管道工程焊接工藝規程”和“焊接作業指導書”。

3.2.3 焊接設備

(1)焊接設備完好，并有專人負責。

(2)焊接設備性能滿足焊接工藝的需要。

(3)預熱器要滿足預熱溫度的需要，且處于完好狀態。

(4)配備經過權威機構鑒定測溫儀等測試儀器，且在有效期內。

3.2.4 焊接材料檢驗

(1)每個批號焊接材料必須具有產品質量證明書、合格證、出廠檢驗報告、運輸保管和使用說明書，進口材料還必須具有商檢證明。

(2)每個批號的焊接材料要經過工藝評定合格后才能投入使用。

(3)焊材外觀表面光滑、潔凈、無開裂、無銹蝕、油污和其他污物。

(4)具有良好的工藝性能、操作性能和成型能力。

3.2.5 焊材保管和運輸

(1)焊接材料嚴禁受潮以及油類等有害物質的侵蝕，在干燥通風的室內存放。

(2)碼放焊材的貨架離地高度大于等于300 mm，離墻距離大于等于100 mm，且堆放高度不超過規定的層數。

(3)在保管和搬運時應盡可能避免損壞焊接材料和包裝。

3.2.6 焊材使用

(1)設專人保管和發放焊接材料，并做好發放和回收記錄以及烘烤記錄。

(2)焊條必須放在焊條保溫桶內，保溫桶必須與就近的電源連接好。

(3)當天未用完的焊條或焊絲回取存放，或做好防潮處理。回收的焊條(絲)應單獨隔離保管。

(4)對于不能滿足施工要求的焊材，不得隨意丟棄，必須由專人負責回收進行集中處理。

3.2.7 焊接環境

在下列情況焊接時必須采取有效措施，否則嚴禁施焊：大氣相對濕度大于90%；環境溫度低于5℃；風速大于8m／s。

3.3 預熱

(1)預熱設備。管口預熱可采用環形火焰加熱器或中頻感應加熱器進行預熱，以保證管口加熱均勻。

(2)預熱溫度必須符合工藝規范要求。如果洞內濕度過大，應適當提高預熱溫度，采取防潮措施，并在距管口50 mm處測量。

(3)管口預熱在管口組對完畢檢查合格后進行，預熱完成后立即進行根焊道的焊接。

3.4 根焊質量控制

(1)根焊前重新檢查預熱溫度，預熱溫度必須滿足工藝要求。對于大口徑管道根焊時采用2～3名或者4名焊工同時對稱施焊，如圖5所示，必須保證根焊焊道有足夠的厚度和強度，避免根焊道過薄產生焊接裂紋。

(2)焊道的起弧或收弧處相互錯開30 mm以上，嚴禁在坡口以外的鋼管表面起弧。

(3)每處的結尾和接頭均應進行打磨，以防止接頭脫接。

(4)根焊時盡可能采用較短的電弧長度進行焊接，為保證根焊充分焊透，焊接時將焊條(絲)輕輕壓于坡口之上，保證2／3電弧在管口內部燃燒，以保證獲得足夠厚度的根焊焊道。

(5)根焊道100%完成后才能拆除內對口器；使用外對口器根焊時，拆除對口器前，要求根焊道的焊接完成比例不得小于整個焊道的50%，且呈對稱分布。

圖5 四人對稱施焊

3.5 填充焊

(1)填充焊在整個施焊過程中起著至關重要的作用，因此必須控制好各項工藝參數，保證每層的焊接質量。

(2)采用兩名焊工對稱施焊，使層間溫度符合規范要求。

(3)所有接頭或者凸出的焊道均應進行修磨，所有焊道表面先用動力鋼絲刷清理殘渣，同時層間間隔時間控制在10 min內以保證層間溫度，當層間溫度不能滿足工藝要求時必須進行二次加熱，使其達到規范要求。

(4)在進行后續焊道焊接前，前層焊道要求平滑過渡，應徹底清除前一焊道的缺陷。

(5)為保證焊接效率，目前大口徑油氣輸送管道施工通常采用自保護藥芯焊絲半自動焊，在滿足工藝要求的前提下，填充焊宜使用盡可能高的焊接電流和焊接電壓。

(6)當發生不可避免的燒穿前一焊道時，應采取與根焊道相同的焊接工藝進行修補，使其達到要求。

3.6 填充焊的質量控制

(1)半自動自保護焊焊接質量保證的一個關鍵是采用小的后拖焊接角度。在平焊位置，采用0°后拖角或推焊技術以獲得薄的焊道層厚度，保證平焊位置的機械性能；在立焊位置，采用0°后拖角度以避免立焊位置產生焊接氣孔；在仰焊位置，采用推焊技術以保證消除凸形焊道。

(2)根據半自動自保護焊的焊接特點，保持焊接電弧位于焊接熔池前方，帶著焊接熔池下行。

(3)焊接擺寬的控制和運用。對于半自動自保護焊，控制擺寬極為重要，過寬的焊接擺寬將造成焊接氣孔，而過窄的焊接擺寬將會產生凸形焊道，造成清渣困難和后續焊接困難。正確的焊接擺寬是保證坡口兩側充分熔合并圓滑過渡，防止產生死角。

(4)控制好焊接速度，每層焊接厚度不宜超過2.0 mm，以防止熔敷金屬下淌造成假焊或層間未熔合。

(5)對于當天不能完成的焊口，要求填充量不得低于母材壁厚的2／3，并用防水隔熱的保溫布進行包覆，第二天施焊時要按工藝要求進行加熱處理，使其達到規范要求。

3.7 蓋面焊

(1)蓋面焊之前，要求填充焊焊道表面平整，不得有過于凹凸不平的焊道表面存在，同時在管道立焊位置要求預留的坡口深度小于等于1.0 mm，必要時增加一道立填焊，在平焊位置和仰焊位置預留的坡口深度為2.0～2.5 mm，以保證該處位置的焊縫余高以及避免焊縫余高超高或在立焊位置蓋面層焊道表面低于母材。

(2)對于蓋面焊的焊接工藝參數要求選用中等送絲速度，以便于控制；選用盡可能低的焊接電壓，避免焊接氣孔的出現。

(3)在平焊位置和仰焊位置，適當增加焊接擺寬，以避免焊縫余高超高。

(4)蓋面焊道完成后清理焊縫表面，要求清理干凈焊縫表面有礙檢測的熔渣、飛濺等，并對過高的焊縫余高進行修磨使其達到標準要求，但不得傷及母材。

3.8 外觀檢查及修補

清理完畢后仔細檢查焊縫的外觀質量，若缺陷超標，在焊口溫度未完全降低時及時修補。

4 隧道內不合格焊口的返修質量控制

油氣輸送管線是經過手工焊、自動或半自動焊形成的對接接頭，它和母材一起投入油氣輸送工程使用，因此不合格焊口的返修就顯得尤為重要。

4.1 焊口返修焊接工序

焊口返修焊接工序如圖6所示。

4.1.1 返修焊工的確定

返修焊工必須由經過專門培訓取得相應的合格證，并且是具有較強責任心和較高技能的人員擔任。

圖6 焊口返修焊接工序

4.1.2 返修焊接工藝

投入工程使用的返修焊接工藝必須是經過驗證合格的并有相對應的指導書。

4.2 返修焊接質量控制

(1)清除缺陷。

在準確定性缺陷后，采用角向砂輪機厚砂輪片(δ＝5 mm)清除缺陷部位，優點為：a.缺陷再現性好；b.開口寬度易于控制。如果是采用全壁厚返修，待打磨至適當深度時改用δ＝2.0 mm或δ＝2.5 mm厚切割砂輪片將其余部分切穿，同時清除背面毛刺。切忌硬性使用較厚的砂輪片將其切穿，因為容易導致開口間隙過大而不利于根焊焊接和保證根焊質量。

(2)坡口設計如圖7a所示。切忌采用如圖7b所示的坡口形式，因為在根焊完成以后，在A、B兩點處的熔渣不易清除，易導致層間夾渣，降低返修焊縫質量。

圖7 坡口設計

(3)在正式返修焊前，再對該焊口進行整體加熱，加熱溫度以不超過絕緣層耐受溫度上限為宜。

(4)焊道層設計如圖8所示。

(5)返修焊接時的注意事項。

a.無論是全壁厚或是半壁厚返修，對缺陷的準確定性和定位必不可少，當缺陷準確定位定性后，務必徹底清除缺陷，同時在返修焊接過程中仔細觀察熔池的變化，根據熔池形狀隨時調整焊條角度和焊接電流。每層的接頭應相互錯開，仔細清理層間焊渣，避免產生新的缺陷。返修焊接完成后仔細檢查焊縫表面質量，去除過高的焊縫余高并使其與母材圓滑過渡。

圖8 焊道層設計

b.當同一焊口有多處返修時，應確保每一處返修完畢無誤后再進行下一處的返修，禁止同時打開多處缺陷，以避免因受力不均勻而產生裂紋缺陷。

c.待整個缺陷返修完成后，必要時進行保溫處理。

d.返修焊接環境要求與正常施焊時相同。

e.對于返修不合格焊口的處理：要求從線路中割除，在割除時應將前次焊接的熱影響區一并切除。再次焊接時采用連頭焊接工藝進行。

5 隧道內防腐補口質量控制

管道防腐是在所有焊口檢測合格的基礎上進行。防腐補口工序流程如圖9所示。

圖9 隧道口防腐補口工序流程

5.1 表面清理

(1)將焊口兩側150 mm范圍內的油污、泥土等清理干凈。

(2)清除焊縫及其附近的毛刺、焊渣、飛濺焊瘤等。

(3)焊口兩側PE涂層切成小于等于45°的坡角。

5.2 預熱

(1)管口加熱時，加熱溫度宜為50℃～60℃，在管道兩側兩人對稱進行，加熱均勻，特別是鋼管底部與側面的溫度一致，以徹底清除鋼管表面水分。

(2)加熱后，測量管子表面上下左右4個點溫度，達到要求后，方可進行除銹。

5.3 加熱

采用火焰加熱補口部位，加熱溫度符合成品加熱。完畢后立即測量管子表面上下左右4個點溫度，4點溫差小于等于±5℃。

5.4 涂刷底漆

溫度達到工藝要求后，將有損傷的防腐底漆按照廠家使用說明書調配并均勻涂刷，同時保證底漆厚度大于等于120 μ m。

5.5 安裝熱收縮帶

非彎頭口安裝收縮套時，先將熱收縮套挪到補口位置，再去掉套內外保護層，調整收縮套兩端搭接長度，使其均勻搭接，熱收縮套與主體防腐層的搭接寬度大于等于100 mm。

5.6 加熱熱收縮帶

(1)采用專用液化氣火焰噴槍，調好火焰長度和溫度，以火焰不冒黑煙為宜。

(2)由三人對稱從中間沿環向快速擺動火焰進行加熱，逐漸向端部移動。加熱熱收縮帶過程中，不斷排擠干凈套內空氣，以免產生氣泡，如圖10所示。

圖10 熱收縮帶加熱

(3)熱收縮加熱帶安裝加熱時，先進行縱向接縫和固定片加熱，火焰軸向擺動，并擠出空氣。

(4)在安裝熱收縮加熱帶時，加熱火焰不可對準一點長時間噴烤，以免燒壞或烤焦聚乙烯基層，發生碳化現象。

(5)熱收縮套收縮后，表面應光滑平整，無皺折、氣泡，涂層兩端坡角處與收縮套貼合緊密，所有接縫處有粘膠均勻溢出。

5.7 外觀檢查

(1)補口處光滑平整、無皺折、鼓泡，涂層兩端坡角處與熱收縮帶貼合緊密。

(2)表面無燒焦碳化現象。

5.8 電火花檢漏

表面檢查合格后，用電火花檢漏儀進行檢漏，檢漏電壓滿足設計要求的電壓，無漏點為合格。

5.9 現場補傷

(1)防腐層檢漏。使用電火花檢漏儀或環形圈檢漏，檢漏電壓15 kV，以不擊穿為合格。發現漏點應作明顯標記，留待補傷人員補傷。

(2)破損處直徑小于等于30 mm的損傷(包括針孔)，采用補傷片補傷。補傷時，先將補傷處的泥土、污物清理干凈，用火焰噴槍加熱表面，并將傷口周圍切成斜茬，然后涂上熱熔膠加蓋補傷片，加熱后補傷片表面無氣孔，四周有粘膠溢出。熱收縮帶與原防腐層搭接寬度不小于100 mm。

(3)直徑大于30 mm的損傷，先用補傷片進行補傷，然后用熱收縮帶包覆。

(4)對于在隧道內做了剝離試驗的焊口，其補傷方式與直徑大于30 mm的補傷要求相同。

(5)管墩砌筑、管卡安裝。在管道防腐的同時可進行管墩砌筑，管道防腐補傷和永久性管墩達到技術要求后，將管道就位于永久性管墩。此時還必須進行電火花檢測，對發現的漏點及時進行補傷，電火花檢測合格后才能安裝管卡，管卡與管道之間用一定厚度的軟質襯墊，以保護管道絕緣層。

(6)待隧道內管道全部就位后，進行單體試壓，整個試壓工序完成后即可進行隧道外的連頭焊接。

(7)安全注意事項。在整個隧道施工過程中必須事先制定周密的HSE應急計劃，必須每天進行安全交底，做好進出洞人員登記，對于臨時來訪人員也必須進行安全告知，并做好登記。同時加強隧道內通風，做好防觸電措施，控制隧道內施工作業時間和進洞人員數量，以避免不必要的安全事故發生。

6 結論

采用此種方法進行隧道穿越施工，較傳統隧道外組焊后采用鋪設軌道用卷揚機拖進方式的隧道管線安裝有很大的優勢，不僅能夠較好地控制各工序質量，還能夠最大限度的降低施工成本，縮短施工周期。

Quality control technology of oil and gas pipeline constructed in tunnel

YANG Xiang-hai，QI Zhe，XIAO Jing-an
(CCDC Petroleum Construction Co.，Ltd.，Chengdu 610213，China)

Pipeline transportation of oil，natural gas is economic，efficient and safe transportation method，and the main part that ensure the safety of the pipeline transportation is the process of quality control of various processes in the oil and gas pipeline construction process.In the national oil and gas pipeline construction projects in the recent years,，there is some tunnel crossing constructions，and the tunnel construction is often the key to quality control points，combined with the Lan-zheng-chang oil pipeline project and Second pipeline of West-East natural gas transmission project as well as the Myanmar oil and gas pipeline project which are currently used the technology constructed in tunnel.This paper discusses about the process of quality control of various processes of tunnel crossing in the oil and gas pipeline construction process and how to reduce construction costs and to improve the construction schedule.

oil and gas pipeline；tunnel crossing；quality control

TE973.4

B

1001-2303(2012)04-0070-06

2011-08-24

楊祥海(1971—)，男，四川成都人，高級技師，主要從事管道施工建設和焊工技能培訓工作。