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1、中石油集团公司级施工工法（上报稿） 工 法 名 称：水网、沼泽、湿地地区大口径长输管道沉管下沟施工工法完成单位名称： 主要完成人： 目 录第1章 前言1第2章 工法特点1第3章 适用范围1第4章 工艺原理2第5章 施工工艺流程及操作要点2第6章 主要施工设备及劳动力组织8第7章 质量控制9第8章 安全措施12第9章 环保措施12第10章 效益分析12第11章 应用实例14第1章 前言长距离输油输气管道工程建设中，管沟开挖和管道下沟是重要的施工工序，关系到管道埋深能否达到设计要求，并影响着管道投产后的运行安全。在水网、沼泽、湿地等地区进行大口径长输管道施工时，由于受地表承载力低，管沟极易塌方、难
2、以成型等因素的影响，采用常规方法进行管道下沟作业面临极大的困难。西气东输二线(东段)第27、28标段线路工程，管道途经水田、泥塘、沼泽地貌，河塘、水网密布，沟渠纵横交错，地表常年积水，地下水位高，作业带表面泥泞，大型设备行走及吊装作业困难。管道设计为X80级、1219mm钢管，按照西气东输二线（东段）工程施工程序文件规定，该规格管道必须采用5台以上90t吊管机进行下沟作业，吊管机自重约60t，下沟时，吊管机加上所吊钢管的重量，地面承载力难以满足正常管道下沟作业要求。针对这一问题，管道三公司采用了沉管下沟施工工艺，有效地解决了管沟开挖及管道下沟难题，经总结形成了此工法。第2章 工法特点该工法与传
3、统管道下沟施工方法相比，具有以下特点：2.0.1 施工工艺简单实用，针对性强，便于操作； 2.0.2 减少了施工资源的投入，降低了施工成本； 2.0.3 有效缩短了施工工期； 2.0.4 安全性能高，降低了施工风险。第3章 适用范围该工法适用于大口径长输管道水网、沼泽、湿地等地质条件差、地下水位高、地表承载力低、管沟成型困难、普通吊管设备难以进行正常下沟作业的特殊地区施工。（如图3.0.1-1和3.0.1-2）图3.0.1-2 泥塘地段图3.0.1-1 水田地段图3.0.1-2 沼泽地段第4章 工艺原理沉管施工作业分为单侧沉管和双侧沉管两种方法，单侧沉管是将管道在距设计中心线一侧2.6m（以1
4、219mm管道为例）位置进行布管、焊接；双侧沉管是将管道在设计中心线位置进行布管、焊接。在焊缝无损检测、防腐补口、防腐层电火花检漏后，采用挖掘机分别在一侧或双侧进行管沟开挖，管道在自重力的作用下，附于管沟底部，使管道达到设计埋设深度，完成下沟的过程。第5章 施工工艺流程及操作要点5.1 工艺流程施工准备测量放线作业带清理运、布管组对焊接无损检测防腐补口补伤管沟中线确定管道位置调正防腐层检漏沉管下沟数字化测量管沟回填地貌恢复5.2 操作要点5.2.1 施工准备 1详细了解地下构筑物情况，对图纸原有和新发现的地下构筑物进行调查、勘测、明确位置。2准备钢管排架、钢板、涵管等材料，用于软地质段加固施工
5、便道及保证沟渠畅通。3施工作业前，熟悉施工图纸，对施工人员进行技术交底、HSE培训，学习掌握各工种的操作程序和技术控制要点。4准备防腐补伤材料及用于管道压载的编织袋，预先装填砂袋，置于作业带边缘不影响施工的位置。5沉管施工前通知硅管施工承包商及其它相关专业人员到场，配合沉管下沟施工，按要求随下随填。5.2.2测量放线1用全站仪对每个转角桩进行复测，放出管沟中心线、作业带及进场道路用地边界线。2在地下障碍物处设置醒目的警示标志，以保证施工中地下障碍物的安全。5.2.3作业带修筑1由于水网地区土壤长期被水浸泡，地基承载力差不能满足施工需要，首先在作业带两侧开挖边沟、围堰（如图5.2.3-1和5.2
6、.3-2），将作业带内的积水通过边沟排到作业带以外，同时对作业带进行晾晒。图5.2.3-2边沟、围堰边沟、围堰图5.2.3-1边沟、围堰边沟、围堰2在经过沟渠时，采用加过水涵管或架设管排的方法，保证水系畅通，并满足施工设备通行需要。（如图5.2.3-3和5.2.3-4）图5.2.3-4 管排图5.2.3-3过水涵管5.2.4运、布管图5.2.4船形爬犁运管1对于晾晒后具有较好地面承载力的地段，采用炮车运管，用吊管机进行布管。2对于承载力差的地段，可采用挖掘机牵引船形爬犁运管。（如图5.2.4）3单侧沉管的地段，在管壁距离管沟中心线一侧2m的位置布管；双侧沉管地段，将管道直接布在管沟中心线上。5
7、.2.5组对、焊接、防腐补口管线在沟上进行组对、焊接，焊口经无损检测合格后，立即进行防腐补口作业，施工方法及质量要求同一般地段。5.2.6管沟中心线确定及管道位置调正1按设计位置提前放出管沟中心线。2对于管道位置不能满足沉管要求的，沉管前将管道位置重新进行调正。5.2.7防腐层检漏沉管下沟前，提前对防腐层进行电火花检漏，对检查出的漏点及时进行防腐补伤，经复检合格后，进行沉管下沟作业。5.2.8沉管下沟1沉管中管道最大应力计算下面仅以121918.4mm管材为例进行应力计算1）已知：管道单重：q544.8kg/m；X80钢的管材许用应力为：5500kg/cm2 ；管线的弹性模量：2.1106kg
8、/cm2 。2）管道允许的最大弯矩：由公式：maxMmaxX1得：Mmax/ X11.13108 kgcm式中：X1为常数。3）单层最大开挖深度核算：由公式：MmaxL2X2 得管道最大悬空长度：L64.4m根据公式：HL4X3得出管道最大悬空高度：H4.59m式中：X2、X3分别为常数。2一般要求1）依据施工图纸，将设计深度、高程标注在管道醒目位置上，为操作手和检查人员提供现场技术数据，特别是陡坡、低洼、沟渠等特殊地段应重点标记。2）管沟开挖前，按设计位置进行管道阴极保护接线的焊接及防腐施工，并预留足够长度的电缆。3）管端采用钢板进行封堵、满焊，外部用收缩带密封。4）将管端摆到预定位置，沉管
9、时，先将表层土剥离并放到作业带边缘，以保证生熟土分开。单侧沉管堆放在管沟的一侧，双侧沉管可堆放在管沟的两侧。由于土壤的承载力较差，土堆距管沟边缘应保持在1.5m以上。沉管从管段的一端开始，开挖起点要超过管端不少于3m为宜。当管沟开挖到一定长度后，管端在重力的作用下开始下沉，继续开挖，管端贴附于沟底。随着开挖的进行，管道依靠自身重量自然、平稳沉降至管沟底部，完成沉管施工。5）通过计算得知，沉管时单层开挖深度小于4.59m就能满足管道的强度要求，当管沟深度大于4.59m时应采用分层开挖的方式进行沉管作业，为防止管道因应力过大发生变形，应在管沟端开挖斜坡过渡段。6）地下障碍物穿越段，沉管前与障碍物所
10、有者协商，在沉管过程中将其临时断开，沉管完成后再进行连接；如果障碍物不能临时断开，在障碍物前后预留一定的距离管道不焊接，待两侧管道沉管完成后，进行穿越施工。沉管过程中发现未知障碍物时，应立即停止沉管作业，查明障碍物具体位置和类别，通知相关部门到达现场，待确定施工方案后进行下一步工作。图5.2.8-1单侧沉管3单侧沉管当受作业带宽度等因素制约时，采用单侧沉管，即使用一台挖掘机在管道中心线侧进行管沟开挖沉管下沟的方法。1）单侧开挖时，钢管管壁距管沟中心线不超过2m，机械设备链轨板距管壁距离为1m，即贴近管道支墩外侧，确保挖掘机配重旋转空间，避免给管道外壁防腐层带来损伤，返土方向可根据地形和施工作业
11、带宽度确定。2）管沟开挖过程中，可采取分段开挖的方法进行挖沟，以减小管道因自身重力产生的应力。3）单侧沉管的适用范围：单侧沉管适用于场地狭小、作业带宽度受限地段的下沟作业。4双侧沉管在管道的两侧各采用一台挖掘机同时进行开挖作业，利用钢管的自重及弹性缓慢地沉入沟底，完成沉管施工。图5.2.8-3沼泽中双侧沉管图5.2.8-2水田段双侧沉管要求两台挖掘机在同一位置、同一方向、同时作业，开挖速度要一致。双侧沉管的适用范围：适用于场地较宽、地势平坦的水田、沼泽、湿地、流砂、淤泥等地段的下沟作业。5管道埋深验收管道沉管下沟后，及时进行管道埋深检查和管道数字化信息的采集工作，管道埋深应符合设计要求，沟底宽
12、度应满足敷设硅管要求。5.2.9管道回填1沉管到位后，应及时进行管沟回填。2管沟回填前将阴保电缆线一端引至地表，并做好标识，方便后续阴极保护测试桩的施工。5.2.10 地貌恢复管沟回填完后进行地貌恢复和水工保护施工。 对于小型河流的河岸除需要恢复到原地貌外，还要按设计和河务管理部门的要求进行水工保护，以保护河床及管线。第6章 主要施工设备及劳动力组织6.1 主要施工设备（沉管下沟方法用量）表6.1 主要施工设备表序号设备名称规格型号单位数量备注1挖掘机320DL台4挖方、回填 2吊管机70t台2摆管3发电机75kW台2水泵用电4潜水泵4台6抽水5电火花检漏仪DC30台1防腐检漏6客货车CA10
13、32HW5L2辆1运输材料7全站仪TCR802台1测量放线8RTK（台式GPS）E650台1数字化测量9防腐补口补伤设备套1防腐补口补伤注：表中为双侧沉管施工用设备数量，单侧沉管施工减少1台挖掘机。6.2 劳动力组织（沉管下沟作业人员）表6.2 劳动力组织情况表序号工种名称数量备注序号工种名称数量备注1机组长17起重工22技术员18机械操作手73质量员19汽车驾驶员14HSE管理员110电工15防腐工211普工46测量工212合计23注：表中为双侧沉管施工人员数量，单侧沉管施工减少1名机械操作手。第7章 质量控制7.1 执行标准7.1.1 油气长输管道工程施工及验收规范（GB50369-200
14、6）7.1.2 输气管道工程设计规范GB50251-20037.1.3 油气输送管道穿越工程施工规范GB50424-20077.1.4 西气东输二线管道工程线路工程施工技术规范Q/SY GJX01097.1.5 西气东输二线管道工程管道防腐层补口补伤技术规范Q/SY GJX01137.1.6 西气东输二线东段工程管沟开挖作业指导书X2-E-M-ZL-WG-00047.2 关键部位的质量控制7.2.1 管道埋深控制1按照施工图纸将管沟设计深度、高程进行标注，沉管时用测量仪器对沉管深度进行监测，确保管道埋深达到设计要求。沉管下沟完成后，立即进行管道竣工测量，并及时进行管沟回填及其它后续施工。2为防
15、止泥土回淤，导致管沟深度不够，一般地段要求比设计沟深超挖200mm；在地下水位高、渗水量大的地段，为防止漂管发生，应及时进行排水，必要时在管道顶部采用砂袋进行压载处理。3沉管下沟时，要求测量工作与挖沟沉管同步进行，一般地段每道焊口测量一次；穿河、穿路、纵向弯头和弯管、变坡点等关键地段增加测量频率，对检查出深度不够的位置立即进行整改，保证管道埋深符合要求。4管道下沟后，管道应与沟底表面贴实且放到管沟中心位置，严禁出现管底悬空。回填后管顶覆土厚度应符合设计要求，不得出现浅埋。7.2.2防腐层保护施工中加大对管道防腐层检验频次和现场管理力度。1沉管之前，采用电火花检漏仪对管道外防腐层进行检查，特别注
16、意检查管墩底部，对查出的漏点立即进行补伤处理。2.沉管下沟时在管道外防腐层缠绕一定长度、厚度为10mm的橡胶板，根据沉管的位置随时移动，防止挖掘机作业时碰伤防腐层和管道。3开挖时，挖斗要平稳轻起轻放，设备旋转配重不得贴近钢管防腐层，要保持一定的安全距离，保证挖掘机旋转倒土时不碰伤防腐层。4为了保证防腐层无漏点，除开工前对操作手进行严格的技术交底和技术培训外，施工中还要派防腐工在现场进行随机补伤作业。对于开挖过程中出现的防腐层漏点，应停止沉管开挖作业，及时进行防腐补伤，经电火花检漏合格后再继续沉管作业。6在管道下沟回填后，进行地面音频检漏，如有漏点及时进行开挖补伤。7.2.3 占地控制措施1严格
17、控制施工作业范围，施工机具必须在作业带内和施工便道上通行。2加强对施工人员的培训和教育，提高他们的责任心和环保意识，在施工中自觉地做好环保和水土保持工作，最大限度地减少对环境的损害和超占地现象的发生。3对于含水量高的软土或流沙地段，管沟开挖时，利用作业带两侧的边沟、临时围堰，将挖出的土方挡在作业带内，防止开挖出的淤泥、流沙等流入农田中，造成超占地的发生，土方堆放时从作业带边沿向内侧堆放。4沉管施工应保证一次沉挖到位，避免修沟和二次挖沟造成超占、多占地现象发生。第8章 安全措施8.0.1 沉管施工现场设置警示标志，如警示牌、警示灯、警示带等。人群密集区域，施工现场设置警戒线。在挖掘机旋转工作半径
18、内不得有人，无关人员严禁进入现场。8.0.2沉管下沟不得与其它施工工序交叉进行作业。8.0.3 沉管下沟过程中，在无有效安全防护措施的前提下，管沟内不得有任何施工人员。8.0.4 沟下进行竣工测量、埋设硅管和警示带时，必须在沟上设专人进行监护，以保证发生险情能及时通知沟下人员。8.0.5 沉管施工时，如遇到地下障碍物，应采取有效措施进行保护。穿越地下障碍物时先和障碍物所属部门进行联系，征得同意后方可施工，HSE监督员应到场进行监督，穿越位置两侧5m管沟采用人工进行开挖，5m之外采用机械挖沟。电(光)缆、管道两侧各3m均采用人工回填夯实，回填土内不得含有石头或其他有可能损伤电(光)缆、管道的物体
19、。第9章 环保措施9.0.1施工中的油污、废料集中回收，统一进行处理。9.0.2管道回填完成后，及时进行地貌恢复，保证河流、水渠畅通，满足灌溉和防汛的需要。第10章 效益分析沉管施工方法简便易行，与常规施工方法在同类地区施工相比，相对减少了大型施工设备的数量及现场搬迁次数，施工安全性高，降低了施工成本，提高了施工效益。10.1社会效益分析应用本方法，具有施工工艺简单，能够更好地保证施工质量和安全等优点，在该类地区采用沉管施工方法是传统施工方法下沟效率的1.5倍。10.2经济效益分析传统施工方法和沉管方法的施工费用对比，如表10.1所示（以1219mm管道每施工1km所发生的费用为例）。表10.
20、1 经济效益分析表序号费用项目费用对比主要施工机具投入传统施工沉管施工传统施工沉管施工1主要设备台班费用6.5万元5.1万元采用5台90t吊管机，1台单斗挖掘机；2台70t吊管机配合，2台4台单斗挖掘机开挖管沟2施工措施费用2万元1.1万元使用大量浮板、管排用于吊管机、单斗挖掘机行走与传统施工相比可节约45%的技术措施费用3合 计8.5万元6.2万元4节省费用2.3万元采用本工法施工每公里管线可节约费用2.3万元。西气东输二线(东段)工程第27标段、28标段共计45km采用沉管下沟工艺，总计节约费用为：45km2.3万元/km = 103.5万元第11章 应用实例沉管施工方法在多个工程中得到了
21、应用，其中：1利比亚ZOC输气管道工程，管道全长为206.361km，管径为1066.8mm，管道地处撒哈拉沙漠，共计穿越5处沼泽地，总长度5.06km。由于地下水位高、土质为粉细砂、地表承载力低，全部采用双侧沉管方法进行施工。 2兰郑长成品油管道工程第12标段，管径为660mm，管道穿越湿地1处，总长度2.7km，全部是水稻田，由于地下水位高，地表承载力低，管沟成型差，施工过程中采用沉管方法进行施工。3西气东输二线(东段)工程第27标段，管道全长为120.544km，管径为1219mm，管道途经江南水网段，其中25km管线在施工中采用沉管方法进行施工。4西气东输二线(东段)工程第28标段，管道全长为92.114km，管径为1219mm，管道途经江南水网段，地下水位高、淤泥、流沙段多，管沟难以成型，地表承载力低，大型吊管设备无法进行下沟施工，其中20km管线在施工中采用沉管方法进行施工。 本工法设备投入量少，施工方法简便易行，节省了施工费用，取得了良好的经济效益，为今后大口径管道在类似地区施工提供了借鉴，同时对沙漠地区管道下沟也同样具有推广应用前景。
