陡坡地段油氣管道索道運布管施工

陳豪，黃坤

1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都610500

2.川慶鉆探公司四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川成都610041

陡坡地段油氣管道索道運布管施工

陳豪1，2，黃坤1

1.西南石油大學石油與天然氣工程學院，四川成都610500

2.川慶鉆探公司四川石油天然氣建設工程有限責任公司，四川成都610041

在油氣長輸管道山區施工中，當管道穿越U型或V型陡峭溝谷時，普通運布管設備難以將管道運送至指定位置，從而成為大口徑油氣長輸管道施工的難點和制約工程按期投產的瓶頸。四川油建公司在中貴聯絡線工程和蘭成原油管道工程同溝段施工過程中，依據現場實際建立受力模型、進行受力計算與分析，利用索道運布管精確定位施工技術，成功完成了“指力溝”穿越，解決U型或V型陡峭溝谷運布管這一施工難題。經對比分析，該方法靈活方便，實用性強，經濟效果明顯。

陡坡；索道；運布管

索道運布管是利用帶有升降管道裝置的索道系統實現對山勢陡峭或山坡坡度≥30°的長陡坡和整體呈U字或V字等山坡面起伏變化頻繁的縱長坡地形、深切的沖溝和峽谷地形的運布管技術。其核心是索道設計技術，根據地形特點和荷載大小，依據懸索拋物線理論的力學計算分析，確定承載主索和起重索、牽引索的規格，按照結構力學理論計算桅桿高度及結構形式。精確定位技術則要求在焊接施工前，提前確定好焊道位置，彎頭（彎管）度數，開挖好焊坑，以滿足現場組焊要求。本文以中貴聯絡線工程和蘭成原油管道工程的雙管同溝并行段“指力溝”穿越為例，講述其具體應用。

1　工程實例

中貴聯絡線工程和蘭成原油管道工程的雙管同溝并行段“指力溝”穿越，施工圖樁號DAT028-DAT030，地處廣元市朝天區花石鄉，雙管凈間距1.5 m。

中貴聯絡線工程設計管道規格D 1 016 mm× 22.0 mm（X80鋼）、蘭成原油管道工程設計管道規格D 610 mm×11.9 mm（X70鋼）。整個“指力溝”穿越段面呈V形溝谷，溝谷兩邊分別為78°和59°的陡坡，由于坡度極陡，機械設備無法到達，再加上V形溝谷谷底為山間沖擊河流，且該處位于嘉陵江濕地保護區，管溝無法進行爆破施工，以免堵塞河道，破壞生態環境，所以只能在管溝邊用腳手架搭設人行梯步，方便人員行走及運送施工物資，然后利用人工開鑿管溝，精確定位焊道位置并開鑿焊坑，管溝形成后，搭建好焊接平臺，利用索道進行運布管和管道焊接施工。

2　施工方案

2.1索道總體設計

2.1.1索道穿越示意

由于中貴聯絡線工程單根鋼管質量較大（如一根12 m長的D1 016 mm×22.0 mm直縫管，加上其外防腐層，質量約為7 t），管道穿越V型溝谷，兩邊為陡崖，挖掘機、吊管機等傳統運布管機械設備難以將管道運送至管溝。結合以前承建的澀寧蘭、忠武線等管道工程的施工經驗，采用空中索道進行運布管（見圖1）。

圖1　索道穿越示意

2.1.2受力模型的建立

根據現場實際地形建立受力模型，吊裝受力分析如圖2～3所示。

圖2　吊裝受力分析示意

圖3　支點受力分析示意

2.1.3計算參數

索道跨度L=220 m，索道垂度f=13 m，動載系數K1=1.1，鋼管重力G1=70 000 N（按D1016mm× 22.0 mm×12 000 mm，并考慮絕緣層重量），吊索具重G2=4 500 N，則吊裝荷載G=G1+G2=74 500 N，索道單位長度自重q=53.1 N/m。

2.1.3.1受力計算

根據索道所受張力，選用φ 39 mm，6×37-170鋼絲繩作架空索道，破斷拉力P為786 800 N，則索道安全系數

主拖拉繩受力（拖拉繩與地面的夾角φ1=35°）T3=T1·cos β1/cos φ1=414 946 N。

拖拉繩受力（桅桿主拖拉繩采用φ46 mm，6×19-170鋼絲繩）的破斷拉力為1 160 300 N。

安全系數K2=3.27

桅桿受力N1=T3·sin φ1+T1·sin β1=281 064 N

卷揚機牽引力F牽=G·sin β1=9 363 N

2.1.3.2桅桿校核

桅桿用4根D 273 mm×8 mm無縫鋼管制作。桅桿單肢受力N=281 064 N；慣性矩J=5 856 cm4；鋼管橫截面積為F，則慣性半徑ρ=（J/F）1/2= 0.79 N/cm2；柔度系數λ=μh1/ρ=19.63；μ為長度系數，μ=1；h1為桅桿高度；折減系數ψ=0.254。

桅桿壓應力σ=N/（ψ·F）=120 N/cm2＜[σ]，因此桅桿是安全的。

2.2測量放線

根據設計施工圖控制樁坐標、管道線路水平轉角度數、縱向彎頭度數、管溝開挖深度要求等數據，采用全站儀或RTK進行中線定樁放樣測量，定樁測量包括加密樁（縱向變坡樁、間距50 m直線加密樁、曲線加密樁）和標示樁（變壁厚樁、穿越樁、變徑樁、變防腐層樁、地下障礙物起止樁等）的測設。所有的標示樁也可作為加密樁使用。測量時可以在每一處地形變化點設樁（即一坎一樁），并在該樁上設定挖深，以便內業計算調整角度、校核埋深及指導掃線、開挖。測量數據經復核無誤后，導入長輸管道測量成果處理系統軟件，生成施工測量成果表。數據處理計算時應對挖深的數據進行修改調整，實現熱煨彎頭度數圓整。

2.3管溝開挖成型及復測

由于該段地處嘉陵江濕地保護區，為了減少生態破壞，采用靜態爆破結合人工開挖的方式形成管溝，開挖出的土石方運送至指定棄渣場進行堆放。管溝開挖成型后應組織復測，復測應包括轉角樁、加密樁、標示樁的測量。成型管溝的中線偏差和溝底標高偏差應符合GB 50369-2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》8.3.2管溝驗收和設計文件的相關要求，并出具管溝成型測量成果表，根據該測量成果表進行冷彎彎管、熱煨彎頭和直管長度需求的申報拉運工作，冷彎彎管、熱煨彎頭的使用度數與設計施工圖出現偏差時，應及時變更備案。

2.4焊坑開挖

管道運送至指定堆管場后，對到場管材進行順序編號，根據每根管材長度，依據復測成果表計算出每個焊道的具體位置，采用人工進行焊坑開挖。

2.5人行梯步搭設

為了方便施工過程中施工機具的運送和人員的通行，利用腳手架及木板沿管溝邊沿搭設人行梯步共272級，用安全網進行四周防護，在每個焊道位置搭設支路，方便焊接時人員的通行和設備物資的運送。

2.6地錨澆筑

根據現場施工布置，如圖4所示，在穿越起止樁平臺位置挖一長×寬為6 m×6 m、深度為4 m基坑，采用C25混凝土澆筑0.1 m厚底部墊層，地錨坑內用φ39 mm，6×37-170鋼絲繩捆綁D 273 mm無縫鋼管，用于牽拉鋼絲繩，固定門型桅桿，C25混凝土現澆主地錨（見圖5）。用同樣的方法澆筑兩個副地錨，用于牽拉固定卷揚機。

圖4　主地錨結構示意

圖5　主地錨澆筑

2.7門型桅桿的制作及安裝

門型桅桿高7 m，采用D 273 mm×8 mm無縫鋼管焊接而成。在門型桅桿安裝位置提前挖好0.5 m深的支撐腿預埋坑，采用吊車將4個支撐腿調平后，采用C30現澆混凝土進行澆筑，增強桅桿支撐腿的穩定性（見圖6）。

圖6　門型桅桿制造安裝

2.8索道架設

先人工架設一φ13 mm，6×37施工鋼絲繩，再利用此施工繩牽引索道進行索道架設，索道架設完并調整好初始垂度后，分別將索道在兩主地錨坑和兩桅桿上鎖固。

2.9運布管

通過一臺40 t吊管機將管道運送至索道邊的上管位置，用10 t吊帶綁扎固定鋼管首尾兩個吊點，捆綁完成后在鋼管的兩端設置一根φ20 mm白綜繩進行溜尾，以控制鋼管運行的方向。開始布管時，分別在陡坡的兩側設置一名布管指揮人員，手持對講機進行溝通，一臺卷揚機進行放管，另一臺卷揚機進行牽引，鋼管運送時應緩慢、平穩。當鋼絲繩將管道牽引至既定位置上方后，將管道緩慢溜放至管溝指定焊坑位置進行管道組對焊接（見圖7）。

圖7　索道運布管

2.10管道焊接

根據焊接工藝要求，采用半自動焊工藝：根焊采用HOBART TRI-MARKMETALLOY80N1金屬粉芯焊絲+MILLER PipePro 450RFC焊機的RMD氣體保護焊技術；填充蓋面采用HOBART FABSHIELD X80自保護藥芯焊絲+直流焊接電源。由于該段地形特殊，施工難度大，項目部選派了焊接技術更為熟練的焊工進行施工，同時嚴格控制了焊前預熱和層間溫度等焊接工藝的執行情況。

2.11無損檢測

按照設計施工圖要求，該特殊地段管道組焊完成后進行100%超聲波探傷和100%X射線探傷，達到二級為合格。

2.12管道防腐

根據設計要求采用聚乙烯熱收縮帶補口，底漆干膜厚度不小于200μm，全部采用中頻加熱安裝方式。對于熱煨彎管與直管段之間的環焊縫補口先采用壓敏膠型聚乙烯熱收縮帶，再對熱煨彎管端部的雙層熔結環氧粉末涂層裸露部分纏繞聚丙烯冷纏帶。

2.13管溝回填

由于該段地勢陡峭，無法修筑管溝截水墻進行擋土。故該段采用C25現澆混凝土的方式進行回填，首先用8 mm厚橡膠板對管道進行包裹纏繞，防止在混凝土澆筑過程中損傷管道防腐層。

3　經濟效果及評價

3.1施工成本低且對環境破壞性小

傳統的吊管機、挖掘機等運管設備需要修筑運送管道設備行走的便道，在山區陡坡段施工中，勢必通過削峰降坡、修筑繞行便道等方式形成設備行走通道，對山區林地的開挖破壞大，開挖后的土石方易滾落或隨雨水流失，而采用索道運布管均能減少上述環境破壞。同時，該段施工成本節約了48萬元，詳見表1。

表1　經濟效果對比

3.2索道布管裝置簡單易行

在本段施工中采用索道運布管施工工藝，與傳統運布管施工相比，解決了陡坡地段吊管機等設備無法將管道運送至管溝邊沿的施工難題，采用的機具設備也相對簡單，主要包括：鋼絲繩、卷揚機、滑輪組、自制門型桅桿等。

3.3施工速度快且安全性高

現場經過測算，采用索道運布管與傳統的吊管機等設備運布管相比，速度快、平穩性好、安全性高。通過卷揚機牽引能靈活地將管道運送至指定位置，在管道組對環節也能靈活升降。

3.4可作為后期工程材料的運輸通道

在管道焊接施工完成后，管溝回填所需要的石材、水泥、砂等建筑材料也可以通過該索道運輸，節約了大量的人力、物力。

3.5吊裝組對性能較差

在施工過程中發現，管道運送就位后，只能利用手動葫蘆提升調節進行管口組對，因而其組對速度相對較慢。

4　結束語

空中索道具有結構簡單、容易操作、需用施工材料設備較少、施工費用低、工期短、不受施工現場環境限制等優點。隨著國內油氣長輸管道建設速度的提升，特別是西南地區大口徑管網的長遠規劃，在以后的施工中，類似地形將層出不窮，索道運布管+精確施工定位技術將為以后類似工程的施工提供有效的參考和借鑒。

[1]王凱，程勝霞，杜偉．索道布管方法在陜京二線輸氣管道工程施工中的應用[J].石油化工建設，2006，28（6）：40-43．

[2]初寶民．控制索道用于大型跨越工程施工[J]．石油工程建設，1998，24（5）：26-28.

Construction ofTransporting and Distributing Pipes for Oiland Gas Pipelines in Steep Slope Area

CHEN Hao1，2，HUANG Kun1
1.Petroleum and NaturalGas Engineering College of Southwest Petroleum University，Chengdu 610500，China
2.CCDC Sichuan Petroleum Construction Co.，Ltd.，Chengdu 610041，China

In the construction of long-distance oil and gas pipelines in mountainous areas，when pipeline crossing U or V shaped steep valleys，application of common equipment for transporting and distributing pipes to designated location is difficult，which becomes the bottleneck in large diameter pipeline construction.In the construction of the pipeline section for two pipelines laying into one trench in Zhong-GuiLinking-up Pipeline Project and Lan-Cheng Crude OilPipeline Project，Sichuan Petroleum Construction Co.，Ltd.established mechanical model based on practical field situation and conducted computation and analysis，utilized the cableway technique for accurately transporting and distributing pipes to the designed location，and successfully solved the difficult key problem of pipeline crossing U or V shaped steep valleys.It was proved through comparative analysis that this technique is convenient,practicaland economical.

steep slope；cableway；transportation and distribution of pipes

10.3969/j.issn.1001-2206.2016.05.015

陳豪（1984-），男，四川遂寧人，工程師，2008年畢業于中國石油大學，長期從事油氣田地面建設。

Email：405923683@qq.com

2016-05-16；

2016-06-02