輸氣管道受洪災致損的搶修設計

慕 園,羅志鵬,陳莎莎,姚偉偉

1.四川國銳工程設計有限公司西安分公司,陜西西安 710018

2.陜西省天然氣股份有限公司,陜西西安 710016

3.中國石油天然氣管道工程有限公司,河北廊坊 065000

1 管道洪災致損分析

2021年8月19 日起，藍田縣局部地區出現大暴雨，造成藍田縣境內的312國道、省道部分塌方、沖毀，沿途部分電力、通信中斷。受持續強降雨影響，藍橋河出現了大型罕遇洪水。近河敷設的藍田段管道受洪水沖擊嚴重，較長距離管道出現露管、懸空，見圖1。部分管道遭受流石沖擊出現防腐層破損、凹坑等嚴重變形，見圖2。

圖1 管道懸空、露管情況

圖2 管道防腐層破損、管體凹坑

分析洪災致損原因，主要為以下兩點：第一，多年平均水位的水面寬度雖小于40 m，但兩山夾河谷的地形極易雍水。河床地層以砂礫石層和巖石層為主，且河床較淺。受地層影響，水流下切程度小，加劇了洪水對灘地、岸坡的橫向沖刷。按中小型工程設防的管道，其埋深略淺。第二，受地形制約，附近居民存在侵占河道的情形，河斷面變窄，導致流速加快，進而加重對灘地、岸坡的沖蝕。部分管段在凹岸灘地敷設，灘地雖經人為拓寬，但未改變凹岸為迎水受沖面的本質[1-4]。

2 搶修設計要點

2.1 修復方式論證

若通過補強等方式進行維修加固，需對管道的安全適用性進行全面評價[5]，包括對管道外防腐層的檢漏、焊縫的風險排查、管道變形情況的量測、懸空及大移位管段的應力分析等評價內容[6]。評價周期較長、檢測費用相對昂貴[7]且不能徹底消除風險。

鑒于管道安全現狀和搶險工期限制，宜用改線換管或原位換管方式進行修復。若沿河谷改線，管道與房屋間距較近，協調難度大，且與災后重建存在沖突。若改線至山脊敷設，需大量砍伐林地和爆破巖石，線路長，工期長，成本高，且易受地質災害影響。為解決管道企業希望既徹底又快速完成修復的訴求，應采取原位換管修復。

2.2 換管原則

換管原則宜根據管道受損程度制定。對于無移位、無變形、露管長度短且防腐層較完好的管段，可僅做回填壓覆以確保管頂埋深即可。對于存在移位、變形、露管長度長或防腐層破損較嚴重管段，則需開挖換管并深埋。

2.3 開挖敷設方案

結合洪水沖刷特征，按照管道穿越工程挖溝法穿越設計要點[8]，進而制定管溝開挖及敷設方案，見表1。

表1 開挖敷設方案

開挖敷設方案分三類，以巖層段開巖槽混凝土滿澆埋管、砂土層地段深埋換管為主。開挖敷設橫斷面見圖3～圖5。

圖3 巖石地層開挖敷設橫斷面/m

圖4 河道內砂石（砂土）段地層開挖敷設橫斷面/m

圖5 河灘地砂石（砂土）段地層開挖敷設橫斷面/m

2.4 換管段增加壁厚

新換管道的直管、冷彎管壁厚選用6.3 mm，熱煨彎管壁厚采用7.1 mm，相比原管道5.6 mm壁厚有所增加，主要基于以下考慮：

（1）鑒于近年來北方極端氣候，洪水事件整體呈頻發、重發的趨勢[9]和本次管道嚴重受損的情況，宜適當增加壁厚，以提高本質安全。

（2）原管道沿線與道路并行距離近，與多處拱橋有交叉，考慮道路、橋梁修復可能對管道的擠壓影響，應適當增加壁厚以提高抗外壓穩定性。

（3）管道長距離近河敷設，管道周邊土壤環境較潮濕，土壤中含有的硫化物或大量微生物會對管道防腐層產生破壞，加快管道的腐蝕速率[10]。

（4）搶險工期緊，河道段作業條件差，極易因施工疏忽造成管壁減薄。

2.5 連頭技術要求

連頭作為關鍵工序，類似工程除執行GB 50369—2014《油氣長輸管道工程施工及驗收規范》外，還建議參考以下兩點技術要求。

（1）應選擇平坦地段的直管段作為連頭位置，自連頭位置起向原管道和新管道各外延至少兩根管子長度，修建連頭作業溝。連頭點兩側管道的自由端長度應大于50D（D為管道直徑）。

（2）管道組對時，兩端鋼管進行適當的支撐和調整，避免懸空長度大于6 m[11]。管道組對軸線偏差不應超過3°。

3 搶險修復實施

（1）險情發生后，陜西省天然氣股份有限公司立即組建管道搶險現場指揮部，結合防汛預案進行集中討論，對露管、懸空段管道先行采取壓覆穩固的臨時保護措施，然后采取專家會診方式，科學分析洪災至損原因，充分論證修復方式，確立換管修復的總體原則。

（2）為確保向商洛不間斷供氣，搶修期間原管道不停輸，通過近距離并行原管道敷設新換管道的方式，僅在動火連頭期短暫停輸，以實現管道連通。新換管道組對、焊接及無損檢測合格后，下溝回填。經清管、測徑與試壓后，進行干燥。按統一口令和施工技術要求，各標段機組對不連續多處換管段實施同步連頭、整體貫通。

（3）在遇有巖石與砂礫石交接處，通過打縱向斜槽平滑過渡或輔以彎管過渡敷設，提高管道對管溝巖土層的適應性。對于巖石地層間隔存在有短距離砂礫石地層的區段，按照巖石地層進行開挖敷設，能夠滿足管道敷設安全要求，也便于現場施工組織設計。靠近山腳的順河敷設管道，通過改移至山腳，采取內鑿巖石槽口+外筑混凝土擋墻的方式，徹底消除了管道受水流沖刷的影響。

（4）為及時解決搶險現場突發情況，現場采取簽署四方確認單形式快速明確存在問題和解決方案，顯著提高了搶險實施效率。

4 結束語

（1）管道選線工作至關重要。合理選線是保證管道安全運行的基礎，也是降低管道事故概率的重要措施[12]。選線不僅要結合地區現狀，還需充分結合沿線居民生活狀況、區域發展建設情況。

（2）對于河道段換管搶修，洪水裹挾的砂石堆積層使河床抬升，為避免管道埋深不足，通過現場試挖驗證，采用現狀河流同一橫斷面河床最低點作為開挖基準，按下挖既定深度內是否見巖層來確定不同管道敷設方式的方法，具有適用性強、操作簡便的優點。

（3）焊接是技術活動也是一項重要工序，焊接質量直接決定工程成敗。河道空氣濕度大、峽谷風速集中、山區晝夜溫差變化大等因素都不利于焊接，除配備更加有效的焊接保障措施外，更應對焊接標準提出嚴格的要求。通過適當提高焊接要求，倒逼工程公司嚴格執行焊接規程，從源頭控制質量。例如，設計方參考管道抗震規范[13]，提出了根部焊縫缺陷、裂紋焊縫、連頭焊縫缺陷不允許返修，采用割口處理、重新焊接的硬性要求。