沉管法在大口徑長輸管道工程中的應(yīng)用

1、<p>　　沉管法在大口徑長輸管道工程中的應(yīng)用</p><p>　　摘要: 敷設(shè)大口徑長輸管道在水網(wǎng)和沙漠地段，會遇到管溝不易成型、大型工程機(jī)械無法進(jìn)場等困難，帶來很大挑戰(zhàn)給管溝開挖和管道整體下溝。施工方法應(yīng)采用雙側(cè)沉管，可解決這一難題。我們進(jìn)行力學(xué)分析在對此工法中的管道承載問題上，采用此工法進(jìn)行施工的要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，我們結(jié)合工程實(shí)例介紹，提供有益的經(jīng)驗(yàn)為水網(wǎng)和沙漠地段的管道建設(shè)。 </p>

2、<p>　　關(guān)鍵詞:沉管法；管道；應(yīng)用 </p><p>　　中圖分類號： U23 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　隨著我國不斷開發(fā)的油氣田，已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用的大口徑長輸管道。管道不可避免要跨越河流，在管道工程建設(shè)過程中，經(jīng)過丘陵、岫巖、沙漠、山區(qū)、沖溝、沼澤等各種地帶，其中

3、帶來很大困難的是沙漠和水網(wǎng)地段的管道建設(shè)，如管材無法運(yùn)輸，管溝不易成型，大型工程機(jī)械無法進(jìn)等。增大的長輸管道管徑，沙漠和水網(wǎng)地段的施工難度進(jìn)一步加大。修筑作業(yè)帶、冬季施工、井點(diǎn)降水等方法是以前水網(wǎng)地段施工主要的施工方法，既增加了建設(shè)成本，又耽誤了建設(shè)工期。本文結(jié)合平泰線→西氣東輸冀寧聯(lián)絡(luò)線7標(biāo)與陜京二線輸氣管道→山西太原陽曲段5標(biāo)水網(wǎng)地段的施工經(jīng)驗(yàn)，對水網(wǎng)地段大口徑長輸管道的沉管法施工技術(shù)著重進(jìn)行介紹。 </p><

4、p><b>　　一、沉管法介紹 </b></p><p>　　沉管法：采用溝上組焊方式對水網(wǎng)地段管道的管道中心線上，然后開挖管溝在沿管道兩側(cè)，將管道自然降落到管溝內(nèi)的施工方法，是利用管道自身重力作用。在于施工比較容易組織是沉管下溝方法的優(yōu)點(diǎn)，減少臨時(shí)占地，能提高工效，操作簡便、作業(yè)人員設(shè)備安全可以得以保證，管道施工的各種質(zhì)量要求不會降低。沙子具有流動性和管溝不易成型的特點(diǎn)，所以這種方法

5、也適用于沙漠地段。 </p><p>　　二、沉管法管道受力分析 </p><p><b>　　1、力學(xué)模型 </b></p><p>　　管道下溝的方式見圖1(a)，管道下溝的受力狀態(tài)可簡化為受均布載荷的超靜定梁模型見圖1(b)： </p><p><b>　　圖1 </b></p>

6、<p><b>　　2、力學(xué)分析 </b></p><p>　　2.1由力學(xué)知識可知，支反力FRB和均布載荷Q在支點(diǎn)處產(chǎn)生的變形之和為零，因此： </p><p>　　2.2由材料力學(xué)可知： </p><p><b>　　可以求出： </b></p><p><b>　　A截面

7、的彎矩： </b></p><p><b>　　B截面的彎矩： </b></p><p>　　代入以上公式計(jì)算比較，得MA-MB>0，B截面彎矩比A截面彎矩大，B截面為最大危險(xiǎn)截面： </p><p><b>　　可以求出： </b></p><p>　　2.3梁C點(diǎn)撓度公式為:

8、</p><p><b>　　式中： </b></p><p><b>　　撓度/mm—f； </b></p><p>　　慣性矩/mm4—I; </p><p>　　應(yīng)力/MPa—δ； </p><p>　　抗彎截面系數(shù)/mm—W； </p><p>

9、;<b>　　外徑/mm—D； </b></p><p>　　均布載荷/(N/mm)—q； </p><p>　　彈性模量/MPa—E； </p><p>　　截面彎矩/(Kn.m)—M； </p><p><b>　　內(nèi)外直徑比—a； </b></p><p>　　總跨度/

10、mm—L； </p><p><b>　　2.3分析計(jì)算 </b></p><p>　　取X70鋼，安全系數(shù)n=1.2，彈性模量E = 2.1x105MPa，[δ]= δS /1.2= 402.5MPa，屈服極限δS=483MPa。有關(guān)計(jì)算結(jié)果見表1： </p><p><b>　　表1 </b></p>&

11、lt;p>　　以上計(jì)算我們可以看出，在沉管施工過程中D1016mm等的各類大口徑管道，相應(yīng)的管道最大應(yīng)力為許用應(yīng)力，如果管溝深度超過極限撓度￡max，這個(gè)時(shí)候可能處于不安全狀態(tài)。所以在遇到這類沉管施工過程中，管溝的深度必須全程嚴(yán)格跟蹤，把它的極限撓度控制在￡max范圍內(nèi)。 </p><p><b>　　三、實(shí)例應(yīng)用 </b></p><p><b>　

12、　1、工程概況 </b></p><p>　　平泰線→西氣東輸冀寧聯(lián)絡(luò)線7標(biāo)與陜京二線輸氣管道5標(biāo)→山西太原陽曲段。人工修整階梯狀農(nóng)田的地勢，約在150m左右的每階長度，逐步升高的BF235樁至BF240樁。粉狀土，質(zhì)地均勻的地質(zhì)情況由施工圖紙?zhí)峁瑸镮II級的工程分級。 </p><p>　　歷史上本地段為河谷地帶，地下水位也很高，施工當(dāng)年夏季當(dāng)?shù)亟涤炅枯^大，是兩側(cè)山地降雨匯

13、水區(qū)，即使是少雨季節(jié)，導(dǎo)致水位升高在該段地下。地耐力下降較大，由于土壤含水率上升后，大型吊管機(jī)等重型履帶設(shè)備無法進(jìn)入，因?yàn)槭┕て陂g正值雨季。 </p><p>　　按照施工規(guī)范要求的陜京二線輸氣管道，必須有6臺70t以上吊管機(jī)同時(shí)作業(yè)，在管道整體下溝時(shí)，但因土壤承載力差的沼澤地段，無法在其上行走的70t吊管機(jī)，不能采取正常地段的整體吊裝下溝、溝上組焊的作業(yè)方法，要想確保管道建設(shè)的正常進(jìn)行，必須采取措施。 <

14、/p><p>　　2、總體方案的施工 </p><p>　　經(jīng)過反復(fù)勘察與現(xiàn)場調(diào)研，淤泥層較厚，管溝成型困難，在進(jìn)行多處試開挖中，現(xiàn)場試挖管溝的深度達(dá)到3m，淤泥淤滿只需1個(gè)多小時(shí)，不好的井點(diǎn)降水效果。同時(shí)采取適當(dāng)?shù)拇胧谠囬_挖時(shí)還發(fā)現(xiàn)作業(yè)條件，可以達(dá)到30 t吊管機(jī)的作業(yè)條件。確定采用雙側(cè)沉管法施工，是根據(jù)現(xiàn)場的情況，最大深度為3.5m的此段管溝設(shè)計(jì)，可以達(dá)到上述計(jì)算極限范圍值。 <

15、/p><p><b>　　2.1工藝流程 </b></p><p>　　恢復(fù)地貌→回填→陰極保護(hù)→輔助穩(wěn)管→沉管下溝→補(bǔ)口補(bǔ)傷→焊縫檢測→組焊→布管→加強(qiáng)作業(yè)帶→清理作業(yè)帶→修筑便道。 </p><p>　　2.2土壤處理或加固措施在施工作業(yè)通道上 </p><p>　　2.2.1采用土工格室法、土工布網(wǎng)片墊層法，在土質(zhì)松軟

16、時(shí)。增加地耐力方法是：在原地基上鋪設(shè)一層土工布，清除表面軟土以后，再鋪300~500mm干土，分層碾壓，在上鋪竹網(wǎng)片或鋼絲網(wǎng)片、格室網(wǎng)片上。 </p><p>　　2.2.2作業(yè)帶上鋪墊管排和木排，是根據(jù)現(xiàn)場施工情況，將管排鋪墊在施工作業(yè)帶上，是利用挖掘機(jī)和人工配合，以便設(shè)備行走的施工機(jī)具。施工完成后的一段管道，重復(fù)利用，將管排取出，鋪在下一段作業(yè)帶上。 </p><p>　　2.2.3可

17、以采用鋪設(shè)厚度為20mm的鋼板通過在個(gè)別地段局部。 </p><p>　　2.2.4檢測、防腐補(bǔ)口、組焊 </p><p>　　作業(yè)帶的承載力基本能滿足需要，在經(jīng)過前期的準(zhǔn)備，開始進(jìn)行焊接流水作業(yè)在半自動焊機(jī)組，進(jìn)行防腐補(bǔ)口，經(jīng)無損檢測合格后，然后準(zhǔn)備下溝進(jìn)行電火花檢漏。 </p><p>　　2.2.5沉管下溝與管溝開挖 </p><p>

18、　　塌方很嚴(yán)重在采用沉管法下溝時(shí)，只能采取階梯式開挖，管溝開挖斷面較大，其開挖斷面如圖2所示： </p><p><b>　　圖2 </b></p><p>　　能保證設(shè)備行走，在降水以后，表而較干燥時(shí)，但水仍然排不出去，在原地貌以下1.8m處，基本為淤泥，在水下開挖中。將開挖的淤泥置于新開挖的基槽中，為減少對周圍環(huán)境的破壞。將為了增加承載力而鋪墊的排管及砂石、排木清

19、除，在管道下溝前。 </p><p>　　鋼管兩側(cè)對稱布置挖掘機(jī)，在平直地段，沿管道方向。為防止管道防腐層的損壞，可在管段上鋪墊膠皮，在開挖的附近，然后開始倒退挖溝從管段的一端。必須由專人指揮在挖溝時(shí)，前后同時(shí)作業(yè)在兩側(cè)挖掘機(jī)開挖時(shí)，開挖時(shí)呈八字形。采用2個(gè)斷面同時(shí)開挖在管溝開挖時(shí)，后面4臺挖掘機(jī)開挖第2層，前面2臺挖掘機(jī)開挖第1層。要盡可能減少對生態(tài)環(huán)境的破壞和對周圍環(huán)境的污染，在根據(jù)國家建一流綠色工程的理念中

20、，將第2層開挖的淤泥置于基槽中，在開挖第1層的挖方圖(干土)挖基槽時(shí)，淤泥對環(huán)境污染需嚴(yán)格控制。 </p><p>　　由于土質(zhì)松軟，管道接觸溝壁不會損壞防腐層，在管道沿溝壁沉降過程中。出現(xiàn)嚴(yán)重塌方現(xiàn)象是在作業(yè)管溝挖開1h后，不斷向上涌的管溝下部淤泥，沿管道兩側(cè)不斷掏挖，需兩臺挖掘機(jī)同時(shí)進(jìn)行，將管道下部的土擠向兩邊是靠管道的自重，最后沉到設(shè)計(jì)標(biāo)高處。準(zhǔn)備了多臺潛水泵，為防止地下水位高造成管道下不到溝底的情況發(fā)生，

21、以保證管道順利下溝，根據(jù)實(shí)際情況隨時(shí)抽水。為防止下部的淤泥將管道抬高，在管道下到溝底后，用砂袋進(jìn)行壓管，沿管道每隔一段的距離，管端必須封死在下溝時(shí)，以免其他雜物及水進(jìn)入管內(nèi)。 </p><p>　　2.3地貌恢復(fù)及回填 </p><p>　　立即組織人員回填，經(jīng)電火花檢漏儀確認(rèn)無漏點(diǎn)后。將土推回管溝內(nèi)，需用挖掘機(jī)配合推土機(jī)，同時(shí)工程施工需進(jìn)行陰極保護(hù)，禁止直接回填時(shí)用大塊、硬塊，以免管道防

22、腐層碰傷。在管溝位置，埋設(shè)標(biāo)志樁。地面回填成梯形臺階。再用雷迪檢測儀確認(rèn)無漏點(diǎn)后，在回填結(jié)束后，施工完畢后進(jìn)行地貌恢復(fù)工作。 </p><p><b>　　結(jié)束語 </b></p><p>　　總之，我國的管道建設(shè)已經(jīng)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，每年正在以約25%的速度遞增的管道總里程，沿途不僅會穿越水網(wǎng)沼澤地段在管道建設(shè)中，而且還會通過多種復(fù)雜地質(zhì)地區(qū)如水田、沙漠等。這種雙

23、側(cè)沉管施工方法簡單實(shí)用，還能縮短工期，在我們通過的力學(xué)分析證實(shí)，它必將在中俄輸油管道、西氣東輸二線、西氣東輸三線等工程穿越沙漠地段與水網(wǎng)沼澤中得到廣泛的應(yīng)用。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]現(xiàn)行建筑施工規(guī)范大全[M].機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.2010. </p><p>　　[2]鋼結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范