關(guān)于山地施工工藝的研究

徐瑞軒　彭月顯

摘 要：闡述了管道施工的發(fā)展歷史和傳統(tǒng)施工工藝，分析了目前管道施工中存在的問題，并展開對山地管道施工工藝的研究和分析。運用理論分析和試驗的方法，提出了山地管道建設中的機械化施工工藝。

關(guān)鍵詞：管道施工建設；機械化；山區(qū)；布管

中圖分類號：TE973.8 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0007-02

長輸管道建設是我國石油、天然氣運輸事業(yè)的重要組成部分。近年來，我國的長輸管道施工取得了較大的進展。山地管道施工是長輸管道施工的控制性分項工程，其施工條件復雜多變，施工環(huán)境具有山高、坡陡、谷深、變坡多、山水相連、進場道路少等特點。由于地形條件的限制，所以在山區(qū)施工的難度非常大。在石油、天然氣資源形勢日益緊張的情況下，加強山區(qū)長輸管道的研究有著重要的意義。

1 管道建設的發(fā)展歷史和趨勢

管道運輸是五大運輸方式之一，在世界上已有100多年的歷史。迄今為止，全世界的油氣管道干線長度已超過2×106 km。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界正在建設和規(guī)劃的輸氣管道總長度約8.2×104 km。在今后的15年內(nèi)，全世界管道的長度將以每年7%的增長率增長，其中，天然氣管道的建設占據(jù)了主導地位。

我國自1959年建成新疆克拉瑪依—獨山子輸油管道以來，油氣管道建設已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程。截至2010年年底，我國已建成的油氣管道約7.5×104 km，其中，原油管道為2×104 km，成品油管道為1.7×104 km，天然氣管道為3.8×104 km。已初步形成了“北油南運”“西油東進”“西氣東輸”“海氣登陸”的油氣輸送格局。

管道建設的蓬勃發(fā)展將使未來幾年成為我國油氣管道建設

的高峰期。隨著國外資源的大量引進、國內(nèi)資源的增儲上產(chǎn)和各地區(qū)市場的蓬勃發(fā)展，作為連接資源與市場的紐帶，管道必將得到長足的發(fā)展，其建設技術(shù)水平也在不斷提升。近年來，隨著西氣東輸、陜京線和蘭鄭長成品油管道等大型管道項目的建設，中國油氣管道技術(shù)在不斷提高，西部原油、成品油管道首次采用了雙管同溝并行敷設、站場合并建設的設計方案，輸油管道的自動化檢測技術(shù)也經(jīng)歷了一個由低級向高級的發(fā)展過程。

2 傳統(tǒng)的管道施工工藝

山區(qū)段管道建設施工工序：測量放線→管溝爆破、開挖→修整施工作業(yè)帶→彎管測量→細土回填→鋼管運輸→布管→組裝焊接（溝下焊接）→防腐補口、補傷→連接管頭→細土回填→恢復地貌→通球試壓→三樁埋設。

由于山區(qū)段管道沿線地表土層的土質(zhì)多變，且地勢起伏較大，所以，在管線翻山施工時，無論山體的坡度大小，都應以溝下焊接為主。不同點在于管道的組裝焊接，在困難段（縱坡≥30°、橫坡≥15°）施工時，管道的組焊可選擇多種方式（比如管線預制牽引、溝內(nèi)布管組焊等）；而管線在低山（10°≤縱坡<30°、8°≤橫坡<15°）敷設時，則主要選擇在溝內(nèi)布管組焊，施工時應注意落石、塌方等的現(xiàn)象。

3 管道施工的難點分析

3.1 山高、坡陡

山區(qū)地面的起伏坡度大，常規(guī)的管道施工爬坡和坡道作業(yè)能力難以滿足坡道施工的要求。因山水相連，且大多數(shù)設備的涉水能力較差，導致設備的通過能力較差，進而影響了施工進度。

3.2 變坡多

由于地形起伏較大、坡度變化大，施工過程中復合角度的彎頭多，無法形成連續(xù)預制，多數(shù)情況需要在坡道溝下組對焊接，所以彎管運輸、吊裝、組對等作業(yè)的施工難度大。

3.3 運輸困難

由于山區(qū)具有地偏、路窄、高差大等特點，使運輸布管既困難又危險，所以，物料運輸是山區(qū)管道建設必須解決的關(guān)鍵問題。

3.4 管溝石方的開挖和回填

山地地質(zhì)多為石方，在石方爆破成溝時，存在開溝難度大、危險性高、作業(yè)工期長、管溝施工時擾動大、潛在的危因素多等缺點。

綜上所述，山地施工的難點在于作業(yè)帶修筑、管溝的開挖和回填、運管布管和組對這4大主要工序，其中風險最大的環(huán)節(jié)是運管、穩(wěn)管和坡道起重環(huán)節(jié)。

4 機械化施工方案

山地管道施工比較復雜，應根據(jù)坡度的不同，結(jié)合機械設備適應坡道的作業(yè)能力來進行。山地施工根據(jù)坡道的坡度可分為以下4種情況：①平坡段為0°≤縱坡≤15°；②緩坡段為15°<縱坡≤25°；③大坡段為土方段25°<縱坡≤35°（石方段25°<縱坡≤30°）；④陡坡段為土方段35°<縱坡≤50°（石方段30°<縱坡≤50°）。

根據(jù)以上坡度劃分，設備配置如下。

4.1 平坡段

該工況的坡度在0°≤縱坡≤15°的范圍內(nèi)，在此坡度施工時，常規(guī)的管道施工設備（比如焊接工作站、吊管機和單斗挖掘機等）能夠沿坡行駛，均能滿足該工況的施工。對此情況，施工時可將管道直接布在管溝內(nèi)組對焊接，還可根據(jù)作業(yè)帶的情況，實施機械化流水作業(yè)或單兵機械化作業(yè)。

4.2 緩坡地段

該工況的坡度在15°<縱坡≤25°的范圍內(nèi)，常規(guī)設備在此坡度下施工時，需要做好相應的防護措施，例如掩木或修建小平臺等，也可以加裝簡單的裝置來增強設備的適應能力，例如防溜坡裝置（包括沙袋、液壓支腿等）、固管裝置等。

4.3 大坡段

該工況的坡度在土方段25°<縱坡≤35°（石方段25°<縱坡≤30°）的范圍內(nèi)，其坡度已經(jīng)超出了常規(guī)管道施工設備的工作坡度，需要改造設備或使用專用的山地施工設備。目前，已經(jīng)定型量產(chǎn)的設備為布管機、運管機和改造挖掘機。這三種機器如圖1、圖2和圖3所示。

摘 要：闡述了管道施工的發(fā)展歷史和傳統(tǒng)施工工藝，分析了目前管道施工中存在的問題，并展開對山地管道施工工藝的研究和分析。運用理論分析和試驗的方法，提出了山地管道建設中的機械化施工工藝。

關(guān)鍵詞：管道施工建設；機械化；山區(qū)；布管

中圖分類號：TE973.8 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0007-02

長輸管道建設是我國石油、天然氣運輸事業(yè)的重要組成部分。近年來，我國的長輸管道施工取得了較大的進展。山地管道施工是長輸管道施工的控制性分項工程，其施工條件復雜多變，施工環(huán)境具有山高、坡陡、谷深、變坡多、山水相連、進場道路少等特點。由于地形條件的限制，所以在山區(qū)施工的難度非常大。在石油、天然氣資源形勢日益緊張的情況下，加強山區(qū)長輸管道的研究有著重要的意義。

1 管道建設的發(fā)展歷史和趨勢

管道運輸是五大運輸方式之一，在世界上已有100多年的歷史。迄今為止，全世界的油氣管道干線長度已超過2×106 km。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界正在建設和規(guī)劃的輸氣管道總長度約8.2×104 km。在今后的15年內(nèi)，全世界管道的長度將以每年7%的增長率增長，其中，天然氣管道的建設占據(jù)了主導地位。

我國自1959年建成新疆克拉瑪依—獨山子輸油管道以來，油氣管道建設已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程。截至2010年年底，我國已建成的油氣管道約7.5×104 km，其中，原油管道為2×104 km，成品油管道為1.7×104 km，天然氣管道為3.8×104 km。已初步形成了“北油南運”“西油東進”“西氣東輸”“海氣登陸”的油氣輸送格局。

管道建設的蓬勃發(fā)展將使未來幾年成為我國油氣管道建設

的高峰期。隨著國外資源的大量引進、國內(nèi)資源的增儲上產(chǎn)和各地區(qū)市場的蓬勃發(fā)展，作為連接資源與市場的紐帶，管道必將得到長足的發(fā)展，其建設技術(shù)水平也在不斷提升。近年來，隨著西氣東輸、陜京線和蘭鄭長成品油管道等大型管道項目的建設，中國油氣管道技術(shù)在不斷提高，西部原油、成品油管道首次采用了雙管同溝并行敷設、站場合并建設的設計方案，輸油管道的自動化檢測技術(shù)也經(jīng)歷了一個由低級向高級的發(fā)展過程。

2 傳統(tǒng)的管道施工工藝

山區(qū)段管道建設施工工序：測量放線→管溝爆破、開挖→修整施工作業(yè)帶→彎管測量→細土回填→鋼管運輸→布管→組裝焊接（溝下焊接）→防腐補口、補傷→連接管頭→細土回填→恢復地貌→通球試壓→三樁埋設。

由于山區(qū)段管道沿線地表土層的土質(zhì)多變，且地勢起伏較大，所以，在管線翻山施工時，無論山體的坡度大小，都應以溝下焊接為主。不同點在于管道的組裝焊接，在困難段（縱坡≥30°、橫坡≥15°）施工時，管道的組焊可選擇多種方式（比如管線預制牽引、溝內(nèi)布管組焊等）；而管線在低山（10°≤縱坡<30°、8°≤橫坡<15°）敷設時，則主要選擇在溝內(nèi)布管組焊，施工時應注意落石、塌方等的現(xiàn)象。

3 管道施工的難點分析

3.1 山高、坡陡

山區(qū)地面的起伏坡度大，常規(guī)的管道施工爬坡和坡道作業(yè)能力難以滿足坡道施工的要求。因山水相連，且大多數(shù)設備的涉水能力較差，導致設備的通過能力較差，進而影響了施工進度。

3.2 變坡多

由于地形起伏較大、坡度變化大，施工過程中復合角度的彎頭多，無法形成連續(xù)預制，多數(shù)情況需要在坡道溝下組對焊接，所以彎管運輸、吊裝、組對等作業(yè)的施工難度大。

3.3 運輸困難

由于山區(qū)具有地偏、路窄、高差大等特點，使運輸布管既困難又危險，所以，物料運輸是山區(qū)管道建設必須解決的關(guān)鍵問題。

3.4 管溝石方的開挖和回填

山地地質(zhì)多為石方，在石方爆破成溝時，存在開溝難度大、危險性高、作業(yè)工期長、管溝施工時擾動大、潛在的危因素多等缺點。

綜上所述，山地施工的難點在于作業(yè)帶修筑、管溝的開挖和回填、運管布管和組對這4大主要工序，其中風險最大的環(huán)節(jié)是運管、穩(wěn)管和坡道起重環(huán)節(jié)。

4 機械化施工方案

山地管道施工比較復雜，應根據(jù)坡度的不同，結(jié)合機械設備適應坡道的作業(yè)能力來進行。山地施工根據(jù)坡道的坡度可分為以下4種情況：①平坡段為0°≤縱坡≤15°；②緩坡段為15°<縱坡≤25°；③大坡段為土方段25°<縱坡≤35°（石方段25°<縱坡≤30°）；④陡坡段為土方段35°<縱坡≤50°（石方段30°<縱坡≤50°）。

根據(jù)以上坡度劃分，設備配置如下。

4.1 平坡段

該工況的坡度在0°≤縱坡≤15°的范圍內(nèi)，在此坡度施工時，常規(guī)的管道施工設備（比如焊接工作站、吊管機和單斗挖掘機等）能夠沿坡行駛，均能滿足該工況的施工。對此情況，施工時可將管道直接布在管溝內(nèi)組對焊接，還可根據(jù)作業(yè)帶的情況，實施機械化流水作業(yè)或單兵機械化作業(yè)。

4.2 緩坡地段

該工況的坡度在15°<縱坡≤25°的范圍內(nèi)，常規(guī)設備在此坡度下施工時，需要做好相應的防護措施，例如掩木或修建小平臺等，也可以加裝簡單的裝置來增強設備的適應能力，例如防溜坡裝置（包括沙袋、液壓支腿等）、固管裝置等。

4.3 大坡段

該工況的坡度在土方段25°<縱坡≤35°（石方段25°<縱坡≤30°）的范圍內(nèi)，其坡度已經(jīng)超出了常規(guī)管道施工設備的工作坡度，需要改造設備或使用專用的山地施工設備。目前，已經(jīng)定型量產(chǎn)的設備為布管機、運管機和改造挖掘機。這三種機器如圖1、圖2和圖3所示。

摘 要：闡述了管道施工的發(fā)展歷史和傳統(tǒng)施工工藝，分析了目前管道施工中存在的問題，并展開對山地管道施工工藝的研究和分析。運用理論分析和試驗的方法，提出了山地管道建設中的機械化施工工藝。

關(guān)鍵詞：管道施工建設；機械化；山區(qū)；布管

中圖分類號：TE973.8 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）16-0007-02

長輸管道建設是我國石油、天然氣運輸事業(yè)的重要組成部分。近年來，我國的長輸管道施工取得了較大的進展。山地管道施工是長輸管道施工的控制性分項工程，其施工條件復雜多變，施工環(huán)境具有山高、坡陡、谷深、變坡多、山水相連、進場道路少等特點。由于地形條件的限制，所以在山區(qū)施工的難度非常大。在石油、天然氣資源形勢日益緊張的情況下，加強山區(qū)長輸管道的研究有著重要的意義。

1 管道建設的發(fā)展歷史和趨勢

管道運輸是五大運輸方式之一，在世界上已有100多年的歷史。迄今為止，全世界的油氣管道干線長度已超過2×106 km。據(jù)統(tǒng)計，目前全世界正在建設和規(guī)劃的輸氣管道總長度約8.2×104 km。在今后的15年內(nèi)，全世界管道的長度將以每年7%的增長率增長，其中，天然氣管道的建設占據(jù)了主導地位。

我國自1959年建成新疆克拉瑪依—獨山子輸油管道以來，油氣管道建設已經(jīng)歷了50多年的發(fā)展歷程。截至2010年年底，我國已建成的油氣管道約7.5×104 km，其中，原油管道為2×104 km，成品油管道為1.7×104 km，天然氣管道為3.8×104 km。已初步形成了“北油南運”“西油東進”“西氣東輸”“海氣登陸”的油氣輸送格局。

管道建設的蓬勃發(fā)展將使未來幾年成為我國油氣管道建設

的高峰期。隨著國外資源的大量引進、國內(nèi)資源的增儲上產(chǎn)和各地區(qū)市場的蓬勃發(fā)展，作為連接資源與市場的紐帶，管道必將得到長足的發(fā)展，其建設技術(shù)水平也在不斷提升。近年來，隨著西氣東輸、陜京線和蘭鄭長成品油管道等大型管道項目的建設，中國油氣管道技術(shù)在不斷提高，西部原油、成品油管道首次采用了雙管同溝并行敷設、站場合并建設的設計方案，輸油管道的自動化檢測技術(shù)也經(jīng)歷了一個由低級向高級的發(fā)展過程。

2 傳統(tǒng)的管道施工工藝

山區(qū)段管道建設施工工序：測量放線→管溝爆破、開挖→修整施工作業(yè)帶→彎管測量→細土回填→鋼管運輸→布管→組裝焊接（溝下焊接）→防腐補口、補傷→連接管頭→細土回填→恢復地貌→通球試壓→三樁埋設。

由于山區(qū)段管道沿線地表土層的土質(zhì)多變，且地勢起伏較大，所以，在管線翻山施工時，無論山體的坡度大小，都應以溝下焊接為主。不同點在于管道的組裝焊接，在困難段（縱坡≥30°、橫坡≥15°）施工時，管道的組焊可選擇多種方式（比如管線預制牽引、溝內(nèi)布管組焊等）；而管線在低山（10°≤縱坡<30°、8°≤橫坡<15°）敷設時，則主要選擇在溝內(nèi)布管組焊，施工時應注意落石、塌方等的現(xiàn)象。

3 管道施工的難點分析

3.1 山高、坡陡

山區(qū)地面的起伏坡度大，常規(guī)的管道施工爬坡和坡道作業(yè)能力難以滿足坡道施工的要求。因山水相連，且大多數(shù)設備的涉水能力較差，導致設備的通過能力較差，進而影響了施工進度。

3.2 變坡多

由于地形起伏較大、坡度變化大，施工過程中復合角度的彎頭多，無法形成連續(xù)預制，多數(shù)情況需要在坡道溝下組對焊接，所以彎管運輸、吊裝、組對等作業(yè)的施工難度大。

3.3 運輸困難

由于山區(qū)具有地偏、路窄、高差大等特點，使運輸布管既困難又危險，所以，物料運輸是山區(qū)管道建設必須解決的關(guān)鍵問題。

3.4 管溝石方的開挖和回填

山地地質(zhì)多為石方，在石方爆破成溝時，存在開溝難度大、危險性高、作業(yè)工期長、管溝施工時擾動大、潛在的危因素多等缺點。

綜上所述，山地施工的難點在于作業(yè)帶修筑、管溝的開挖和回填、運管布管和組對這4大主要工序，其中風險最大的環(huán)節(jié)是運管、穩(wěn)管和坡道起重環(huán)節(jié)。

4 機械化施工方案

山地管道施工比較復雜，應根據(jù)坡度的不同，結(jié)合機械設備適應坡道的作業(yè)能力來進行。山地施工根據(jù)坡道的坡度可分為以下4種情況：①平坡段為0°≤縱坡≤15°；②緩坡段為15°<縱坡≤25°；③大坡段為土方段25°<縱坡≤35°（石方段25°<縱坡≤30°）；④陡坡段為土方段35°<縱坡≤50°（石方段30°<縱坡≤50°）。

根據(jù)以上坡度劃分，設備配置如下。

4.1 平坡段

該工況的坡度在0°≤縱坡≤15°的范圍內(nèi)，在此坡度施工時，常規(guī)的管道施工設備（比如焊接工作站、吊管機和單斗挖掘機等）能夠沿坡行駛，均能滿足該工況的施工。對此情況，施工時可將管道直接布在管溝內(nèi)組對焊接，還可根據(jù)作業(yè)帶的情況，實施機械化流水作業(yè)或單兵機械化作業(yè)。

4.2 緩坡地段

該工況的坡度在15°<縱坡≤25°的范圍內(nèi)，常規(guī)設備在此坡度下施工時，需要做好相應的防護措施，例如掩木或修建小平臺等，也可以加裝簡單的裝置來增強設備的適應能力，例如防溜坡裝置（包括沙袋、液壓支腿等）、固管裝置等。

4.3 大坡段

該工況的坡度在土方段25°<縱坡≤35°（石方段25°<縱坡≤30°）的范圍內(nèi)，其坡度已經(jīng)超出了常規(guī)管道施工設備的工作坡度，需要改造設備或使用專用的山地施工設備。目前，已經(jīng)定型量產(chǎn)的設備為布管機、運管機和改造挖掘機。這三種機器如圖1、圖2和圖3所示。