劉樹(shù)學(xué)

隧道內(nèi)油氣雙管敷設(shè)施工技術(shù)研究與應(yīng)用

劉樹(shù)學(xué)

隧道；油氣；雙管敷設(shè)；施工技術(shù)

用于敷設(shè)油氣管道的隧道一般為拱形斷面隧道，按照隧道地面的坡度形式劃分，隧道分為平直式和斜井式兩種。為方便施工及日后維修，油氣雙管在隧道內(nèi)常規(guī)敷設(shè)為并行方式，且雙管與隧道及雙管之間要保持一定的間距。

隧道內(nèi)油氣大口徑管道敷設(shè)的難點(diǎn)在于如何使運(yùn)布管和吊裝組對(duì)，尤其是兩條大口徑管道的運(yùn)布管、吊裝就位，互相制約，互為障礙，將會(huì)使施工難度成倍增加。以往隧道內(nèi)大口徑管道施工采用在隧道內(nèi)鋪設(shè)軌道，卷?yè)P(yáng)機(jī)配合牽引軌道小車(chē)布管、龍門(mén)吊組對(duì)管口的方式，施工勞動(dòng)強(qiáng)度大、工效低、成本高，且管道安裝就位后軌道不易拆除。為提高工效，減少施工后的遺留問(wèn)題，中國(guó)石油天然氣管道局組織技術(shù)團(tuán)隊(duì)集思廣益，集體攻關(guān)，決定采用新工藝進(jìn)行施工。針對(duì)平直式隧道內(nèi)雙管施工，研制出專(zhuān)用的隧道運(yùn)管車(chē)和隧道組對(duì)車(chē)進(jìn)行運(yùn)布管和吊裝組對(duì)；針對(duì)斜井式隧道內(nèi)雙管施工，采用“牽引法”進(jìn)行施工，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊管機(jī)配合，用裝有細(xì)土的麻袋碼砌順滑槽道，將預(yù)制管段牽引就位。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證，兩種工藝簡(jiǎn)單易行，快速高效，施工質(zhì)量高，安全有保障，屬于國(guó)內(nèi)先進(jìn)的施工工藝。

一、施工準(zhǔn)備

1.隧道主體驗(yàn)收

當(dāng)隧道主體施工單位將滿足管道安裝要求的隧道移交后，管道施工單位要組織施工技術(shù)、質(zhì)量、安全及測(cè)量人員對(duì)隧道進(jìn)行全面檢查。首先要檢查隧道底面坡度及平整度，然后是對(duì)隧道底面強(qiáng)度的檢查，因預(yù)制管段牽引滑行，隧道運(yùn)管車(chē)、隧道組對(duì)車(chē)運(yùn)布管時(shí)要在隧道內(nèi)反復(fù)行走，對(duì)隧道底面強(qiáng)度要求較高。

2.施工設(shè)備及機(jī)具材料準(zhǔn)備

施工設(shè)備主要有：隧道運(yùn)管車(chē)、隧道組對(duì)車(chē)、米勒焊機(jī)、發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)、焊條烘干箱、挖掘機(jī)、噴砂除銹設(shè)備、X射線機(jī)、超聲波檢測(cè)儀、上水泵、試壓泵、軸流式排氣扇，大功率卷?yè)P(yáng)機(jī)、吊管機(jī)、焊接工程車(chē)和翻斗車(chē)等。施工機(jī)具主要有：對(duì)口器、自制小滑車(chē)、三腳架、螺旋千斤頂、電錘、角向磨光機(jī)、滑輪、小推車(chē)、投光燈等。施工材料包括：焊條、焊絲、鋼絲繩、吊帶、動(dòng)力電纜、型鋼、枕木、對(duì)講機(jī)、麻袋、橡膠板等。

3.施工技術(shù)、質(zhì)量和安全交底

施工前，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求和隧道內(nèi)雙管施工的特點(diǎn)，各專(zhuān)業(yè)管理人員對(duì)施工人員進(jìn)行技術(shù)、質(zhì)量和安全交底，確保施工滿足設(shè)計(jì)要求，安全施工。

4.配備滅火器

為保證施工安全，隧道內(nèi)每個(gè)作業(yè)面配備4臺(tái)干粉滅火器。

5.配備氧含量測(cè)試儀和可燃?xì)怏w報(bào)警儀

為保證隧道內(nèi)施工人員的健康與安全，每個(gè)施工作業(yè)面配置1臺(tái)氧含量測(cè)試儀和1臺(tái)可燃?xì)怏w報(bào)警儀，施工時(shí)定時(shí)測(cè)量施工作業(yè)面的氧含量和可燃?xì)怏w含量。

6.配備救護(hù)車(chē)輛和應(yīng)急藥箱

為防止意外，在隧道外配備1臺(tái)救護(hù)車(chē)輛，施工作業(yè)面配備1個(gè)應(yīng)急藥箱，保證應(yīng)急救護(hù)工作能及時(shí)啟動(dòng)。

二、平直式隧道內(nèi)雙管施工

采用“隧道運(yùn)管車(chē)＋隧道組對(duì)車(chē)”方法進(jìn)行施工，工藝簡(jiǎn)單，工序銜接緊湊合理，安全高效，施工結(jié)束后沒(méi)有遺留問(wèn)題。

1.施工流程

具體施工流程如圖1所示。

圖1 施工流程圖

2.測(cè)量放線

根據(jù)施工圖紙和測(cè)量成果表對(duì)隧道口、隧道內(nèi)的管線走向進(jìn)行測(cè)量放線。在隧道的進(jìn)出口設(shè)置兩個(gè)水準(zhǔn)基標(biāo)，以控制進(jìn)出口管線的高程。

3.運(yùn)布管

隧道運(yùn)管車(chē)將隧道外兩種管材逐根運(yùn)到隧道內(nèi)，通過(guò)2臺(tái)隧道組對(duì)車(chē)將單根管道從運(yùn)管車(chē)上吊起，布放在預(yù)定的位置。隧道運(yùn)管車(chē)運(yùn)管時(shí)，為了保證運(yùn)管車(chē)平穩(wěn)受控，行駛時(shí)要控制行走速度，行走速度控制在1米/秒以?xún)?nèi)。運(yùn)管前方要有專(zhuān)人負(fù)責(zé)導(dǎo)引運(yùn)管車(chē)前進(jìn)，隧道內(nèi)照明要有保證。

4.組對(duì)焊接

鋼管的移動(dòng)就位和組對(duì)采用2臺(tái)隧道組對(duì)車(chē)，組對(duì)車(chē)具有實(shí)現(xiàn)鋼管的垂直和平面移動(dòng)的功能。兩根管道焊接前的精確組對(duì)采用內(nèi)對(duì)口器或外對(duì)口器進(jìn)行。管道預(yù)熱采用燃燒液化石油氣的環(huán)形火焰加熱器。管道焊接采用“手工焊打底＋半自動(dòng)焊填充、蓋面”的焊接方法。完成一道焊口根焊和熱焊后，隧道組對(duì)車(chē)放下管道使其就位于預(yù)先設(shè)置好的臨時(shí)枕木支墩上，枕木支撐高度不小于400毫米。管道就位在支墩后，完成焊道的填充、蓋面。然后隧道組對(duì)車(chē)向前移動(dòng)，進(jìn)行下一個(gè)焊口的組對(duì)，同時(shí)移動(dòng)焊接設(shè)備到這個(gè)焊接作業(yè)面，開(kāi)始該道焊口的根焊和熱焊，如此循環(huán)，直到完成隧道內(nèi)兩條管線的焊接。

5.無(wú)損檢測(cè)

隧道內(nèi)管道焊口檢測(cè)是通過(guò)100%射線和100%超聲波檢測(cè)，應(yīng)符合《石油天然氣鋼制管道無(wú)損檢測(cè)》（SY/ T4109-2005）的相關(guān)規(guī)定，Ⅱ級(jí)以上焊縫為合格。管道焊口射線檢測(cè)使用內(nèi)爬行器式射線檢測(cè)儀。

情況 7 設(shè)d(v)=9,則f3(v)≤?」=4,且ch(v)=9-4=5。由權(quán)轉(zhuǎn)移規(guī)則知9-點(diǎn)轉(zhuǎn)給3-點(diǎn),3-面權(quán)值,當(dāng)9-點(diǎn)作為三角形的外鄰點(diǎn)時(shí)也轉(zhuǎn)給三角形權(quán)值。

6.補(bǔ)口

隧道穿越段管道的補(bǔ)口采用熱收縮帶，噴砂除銹等級(jí)為Sa2.5級(jí)。施工方法如下：噴砂除銹使用干燥的石英砂，運(yùn)進(jìn)隧道內(nèi)的石英砂要采取防潮措施；在隧道外設(shè)置空壓機(jī)，用小滑車(chē)運(yùn)送輕型砂罐、補(bǔ)口帶、石英砂等工具物料到作業(yè)點(diǎn)；補(bǔ)口作業(yè)從隧道的一側(cè)由外向里進(jìn)行，當(dāng)進(jìn)行到隧道中部時(shí)停止作業(yè)，搬到隧道的另一側(cè)再進(jìn)行補(bǔ)口作業(yè)。

7.試壓

隧道內(nèi)管道單獨(dú)試壓，試壓介質(zhì)采用潔凈水，強(qiáng)度試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力的1.5倍，嚴(yán)密性試驗(yàn)壓力為設(shè)計(jì)壓力，試壓合格后將水放凈，割除試壓頭。

8.袋裝細(xì)土包裹

管道試壓合格后，按設(shè)計(jì)要求用袋裝細(xì)土包裹隧道內(nèi)管道，包裹均勻穩(wěn)固切實(shí)起到保護(hù)管道作用。細(xì)土用翻斗車(chē)運(yùn)至隧道洞口附近，人工裝入編織袋后運(yùn)入隧道內(nèi)，進(jìn)行人工回填?；靥顝乃淼乐虚g向兩端進(jìn)行。

袋裝細(xì)土將管道包裹嚴(yán)密后，及時(shí)進(jìn)行碎石土回填。碎石土回填施工分段進(jìn)行。回填也是自隧道中間向兩端進(jìn)行。

10.與主管線連頭

隧道內(nèi)管道試壓合格后，將水放凈割除試壓頭，通過(guò)熱煨彎頭和冷彎管與隧道外主管線進(jìn)行連頭。

三、斜井式隧道內(nèi)雙管施工

采用“牽引法”進(jìn)行斜井段隧道內(nèi)雙管敷設(shè)，在斜井隧道內(nèi)利用內(nèi)裝細(xì)土的麻袋鋪設(shè)墊層，并在兩管中心線兩側(cè)碼砌400毫米高的護(hù)墻，形成“U”型順滑通道。在隧道入口處焊接管段,利用卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊管機(jī)配合分段將一條預(yù)制管道牽引發(fā)送就位,再以同樣的方法完成另一條管道的焊接及牽引發(fā)送就位作業(yè)。

1.工藝流程

施工工藝流程如圖2所示。

圖2 施工工藝流程圖

2.鋪設(shè)墊層、碼砌U型槽

為保護(hù)防腐管，在斜井隧道底部鋪設(shè)200毫米厚內(nèi)裝細(xì)土的麻袋墊層，并分別在兩條管線線位兩側(cè)碼砌400毫米高的隔垛，形成U型滑槽。

3.卷?yè)P(yáng)機(jī)的選擇與安裝

（1）卷?yè)P(yáng)機(jī)的選擇。管段在斜井處的受力分析如下：斜井上自然放置的管段主要受到3個(gè)力的作用，自重力、斜井底面對(duì)管段的支撐力和管段與隧道底部?jī)?nèi)裝細(xì)土麻袋墊層間的靜摩擦力。在隧道外距離隧道入口15米左右處安裝卷?yè)P(yáng)機(jī)，卷?yè)P(yáng)機(jī)必須穩(wěn)固在混凝土基礎(chǔ)上。根據(jù)卷?yè)P(yáng)機(jī)的安裝使用說(shuō)明書(shū)要求，在施工現(xiàn)場(chǎng)澆筑混凝土基礎(chǔ)。

4.隧道外管段預(yù)制、牽引就位

首先進(jìn)行第一條管道預(yù)制及牽引就位作業(yè)。在隧道口利用三腳架配合吊管機(jī)完成第一根管與牽引頭的組對(duì)作業(yè)。牽引頭與管道焊接完成后，卷?yè)P(yáng)機(jī)通過(guò)鋼絲繩與牽引頭連接，鋼絲繩經(jīng)過(guò)定滑輪和卡環(huán)與牽引頭上的焊接拉耳相連。第一預(yù)制管段焊接完成后，待焊口溫度冷卻到環(huán)境溫度后，啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)和吊管機(jī)，牽引預(yù)制管段下滑，當(dāng)預(yù)制末段末端管口移動(dòng)至洞口1米左右時(shí)，利用卷?yè)P(yáng)機(jī)本身的鎖定功能，鎖定卷?yè)P(yáng)機(jī)，使預(yù)制管段停留在預(yù)定位置。繼續(xù)在預(yù)制管段上組對(duì)下一根管道，焊接完成后，解除卷?yè)P(yáng)機(jī)的鎖定，啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引加長(zhǎng)后的預(yù)制管段下滑就位。如此循環(huán)，直至完成整個(gè)斜井段管道的組對(duì)焊接及牽引就位作業(yè)。

管道牽引放管前檢查隧道底板鋪設(shè)的袋裝細(xì)土墊層是否平整，不平處要進(jìn)行修整，防止管段在牽引就位過(guò)程中因袋裝細(xì)土墊層不平出現(xiàn)偏移。預(yù)制管段放管就位時(shí)速度要控制好，放管速度不能超過(guò)0.2米/秒，卷?yè)P(yáng)機(jī)放繩要緩慢進(jìn)行，對(duì)口的吊管機(jī)也通過(guò)管道末端牽引繩配合控制管段，防止向下滑動(dòng)管段失控，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)專(zhuān)人指揮。

5.無(wú)損檢測(cè)、補(bǔ)口、試壓及與主管線連頭

斜井式隧道內(nèi)管道無(wú)損檢測(cè)、補(bǔ)口、試壓及與主管線連頭與平直式隧道相比，大致相同，不再贅述。

6.袋裝細(xì)土包裹及碎石土回填

袋裝細(xì)土包裹采用人工方式進(jìn)行，施工方向是從斜井隧道底部開(kāi)始，逐漸向上進(jìn)行直到施工到高點(diǎn)洞口。碎石土回填也采用人工方式進(jìn)行，施工從高點(diǎn)洞口開(kāi)始，逐漸向下進(jìn)行，直到施工到隧道底部。

經(jīng)過(guò)平直式和斜井式隧道內(nèi)雙管敷設(shè)施工的成功實(shí)例，驗(yàn)證了平直式隧道采用“專(zhuān)用隧道運(yùn)管車(chē)＋隧道組對(duì)車(chē)法”、斜井式隧道采用“牽引法”施工完全可行，兩種工藝有效解決了斜井段隧道雙管敷設(shè)施工難題，與軌道小車(chē)法施工相比，速度快、用料省、成本低、人員勞動(dòng)強(qiáng)度小、經(jīng)濟(jì)高效，且后期隧道回填省時(shí)省力，沒(méi)有遺留問(wèn)題，社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益顯著，推廣應(yīng)用前景良好。

（作者單位：中國(guó)石油天然氣管道局國(guó)內(nèi)事業(yè)部）

10.3963/j.issn.1006-8864.2014.5.023