直接鋪管技術在中俄東線天然氣管道龍河穿越的應用

摘 ?要：隨著管道建設步伐快速，直接鋪管技術日趨成熟，這項技術在俄東線天然氣管道龍河穿越實踐中得到的成功應用。文章從直接鋪管設計強度校核和施工工藝角度對直接鋪管技術進行論述研究，為今后管道敷設技術提供寶貴的經驗。

關鍵詞：接直鋪管 ?管徑 長距離 地層 設計 施工

一、工程地質

① 黏土：黃褐色，團粒結構，可塑，干強度及韌性高，有光澤，無搖振反應，土質不均勻，局部夾粉土薄層，上部為0.40m左右的耕植土。該層分布于整個場區，厚度1.20m～2.80m;

② 粉土：灰黃色，稍密，濕，干強度及韌性低，無光澤反應，搖振反應中等，土質較均勻，密實度好。該層分布于整個場區，未揭露。

二、 直接鋪管設計參數

2.1 穿越曲線設計

借鑒國外工程經驗和設備能力，綜合考慮埋深及穿越處的地質條件、沖刷深度、勘探線位置等因素，設置入土角為6°，出土角為8°。穿越水平長度為598m。

考慮管道受力和直接鋪管機設備能力，穿越管段的曲率半徑為1500D;

2.2 管道強度校核

穿越管段對施工階段和使用階段進行強度核算，施工階段進行試壓工況應力校核，使用階段應進行運營工況應力校核。管段應力應按各設計工況作用的最不利組合進行核算。穿越管段頂推過程應力計算及校核如下：

（1）泥漿外壓產生的環向應力：

（2）管段頂推產生的軸向應力：

（3）穿越彈性敷設產生的彎曲應力：

（4）疊加后的各單項應力：

（5）當量應力：

（6）應力校核：

經核算，本工程直接鋪管穿越管道在頂推過程中管道及防腐層強度滿足要求。

2.3 推管機選擇

推管機推力主要為克服直接鋪管機掘進迎面阻力、管壁與巖土之間的摩阻力、管道與泥漿之間的粘滯力以及管道屈曲產生的摩阻力。按照《油氣輸送管道工程頂推法穿越設計規范》Q/SY GDJ 0460-2016中推薦頂推力計算方法計算頂推力為161t，取3.5倍安全系數的情況下計算頂推力為564t。考慮目前直鋪管經驗并不是特別豐富，推管機應具備一定推力的安全儲備，推管機的推力不應小于800t，特殊情況下還應有備用推管機。根據本工程管道要求，選擇設備外徑約1.3m的掘進機頭，根據地層勘測成果，穿越地層主要為黏土層，掘進機頭應選擇泥水平衡式，并配置相應的刀盤，機頭扭矩不應小于120kN/m。

三、施工工藝

3.1施工流程

3.2 始發和接收基坑

始發基坑尺寸為22m×6.8m，深度為4.5m，主要為直接鋪管機始發和掘進需要。基坑采用鋼板樁支護，在深度范圍內設置兩道腰梁，第一道腰梁位于高程5.5m位置，第二道腰梁位于高程3.2m位置處。第一道腰梁設置為全長，第二道腰梁僅局部設置。腰梁之間采用橫撐或斜撐支撐。支撐、腰梁皆采用基坑開挖前應做好降水工作，降水方式宜采用管井降水，地下水位應降至基坑底1m以下，如遇大雨天氣，應采取措施進行排水，確保開挖過程中基坑內無水。施工完成后，鋼板樁應拆除并回收。

始發基坑尺寸為22m×6.8m，深度為4.5m，主要為接收鋪管機。基坑采用鋼板樁支護，在深度范圍內設置一道腰梁，腰梁位于高程5.4m位置，沿鋼板樁全長設置。圍檁之間采用橫撐或斜撐支撐。基坑開挖前應做好降水工作，降水方式宜采用管井降水，地下水位應降至基坑底1m以下，如遇大雨天氣，應采取措施進行排水，確保開挖過程中基坑內無水。施工完成后，鋼板樁應拆除并回收。

3.3 場地布置

本工程涉及直接鋪管施工、兩側一般線路段施工以及光纜套管穿越施工，為了合理利用場地面積及減少征地費用，因此場地布置和臨時征地綜合考慮。

入土側施工場地約為50（長）×50m（寬）。

出土側施工場地約為30m（長）×30m（寬）。

穿越管道組焊所需場地約620m（長）×28m（寬）

3.4 施工技術要求

（1）直接鋪管設備應根據地層情況，采用泥水平衡式掘進機，推管機應具備一定推力的安全儲備，根據計算和國外工程經驗，推管機的推力不應小于800t，考慮本工程是國內首次采用直接鋪管工法，建議設置兩臺推管機，一備一用。

（2）穿越軸線平面允許偏差為±250mm，豎向允許偏差為0～-400mm。

（3）推管機管道夾持裝置應與管道焊縫處保持不小于500mm的距離。

（4）施工時應至少保證推管機后部有10m的管道與始發角度一致。

（5）穿越段管道應采用滾輪架或者發送溝發送，最大程度減小穿越管道在洞外的摩擦力。

（6）泥漿應采用環保泥漿，且能夠回收循環使用，建議采用CMC泥漿體系，膨潤土采用高效膨潤土。

（7）泥漿主要應考慮較低的濾失量和良好的流變性，較薄的泥餅厚度，形成良好的護壁作用，同時還應具備較低的摩擦系數，良好的潤滑性能。

（8）穿越用泥漿配制應采用潔凈水，正式開工前，必須采用現場的水樣，結合所穿地層的具體情況對泥漿配方進行必要的修正，應避免鈣離子和鎂離子對泥漿性能的影響，當泥漿性能穩定并滿足工程需要后，中間不能更換泥漿配方，不能更換其它品牌的膨潤土和水。

（9）配制形成的泥漿性能應根據地質條件試驗室試驗確定。

（10）泥漿應進行回收循環利用，應采用振動篩除砂，經過泥漿回收系統處理后循環使用的泥漿含砂量不宜大于0.5%。同時應采用離心機進行除泥，保證泥漿處理后的性能，維持泥漿性能的穩定。

（11）施工過程中應盡量保證連續推管作業。

（12）由于本工程為黏土層穿越，穿越層位黏土層較為密實，穿越過程中可能發生抱管現象，施工單位應根據地層特點選擇相應的泥漿和掘進設備，并做好應急預案。

四、結論

龍河穿越2020年3月末開始施工，5月中旬結束，歷時僅58天。直接鋪管技術較定向鉆穿越節省工期、減少泥漿使用、節約工程投資約322.5萬元，最主要的是對同類穿越工程具有十分現實的指導意義。

參考文獻

[1]《油氣輸送管道穿越工程設計規范》[S]北京 中國計劃出版社2013年 P21-22

[2]《油氣輸送管道穿越工程施工規范》[S]北京 中國計劃出版社2008年 P19、P20-22

作者簡介：馬馳 ?男 ?1985年出生 工程師 ?2008年畢業于遼寧石油化工大學油氣儲運專業 ?現在中油遼河工程有限公司從事油氣管道設計工作。

中油遼河工程有限公司 ?遼寧盤錦 124010