趙洪元，高安翔

大慶油田工程建設(shè)有限公司，黑龍江大慶163453

1 工程概況

四川長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田集輸氣干線工程線路總長(zhǎng)為112.04 km，設(shè)計(jì)年輸氣能力40億m3，設(shè)計(jì)壓力6.3 MPa，管徑D 813 mm，材質(zhì)為L(zhǎng)485M。沿線山高坡陡，翻越都良山、云臺(tái)寺、川云山、江門峽等多處高長(zhǎng)陡坡地段，其中最大高差達(dá)900 m，最大坡度達(dá)80°以上（見(jiàn)圖1），且受地形、地質(zhì)限制，無(wú)法進(jìn)行削降坡處理，所以高長(zhǎng)陡坡地段的管道安裝施工成為整個(gè)工程施工的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

大慶油田工程建設(shè)有限公司在該工程B標(biāo)段的江門峽、云臺(tái)寺的高長(zhǎng)陡坡地段管道安裝施工中，通過(guò)采取精確定位測(cè)量、管段三維建模、索道運(yùn)布管、索道輔助管道組對(duì)、溝下組焊等系列技術(shù)措施，克服了特殊地形給施工帶來(lái)的困難，取得了良好的工程應(yīng)用效果。本文結(jié)合工程實(shí)踐，對(duì)高長(zhǎng)陡坡地段管道安裝施工的主要施工技術(shù)措施進(jìn)行闡述。

圖1 管道翻越云臺(tái)寺高陡坡地段

2 測(cè)量

山區(qū)高長(zhǎng)陡坡地段地勢(shì)起伏大、縱向轉(zhuǎn)角多、通視性差，設(shè)樁困難，采用RTK和全站儀配合進(jìn)行線路中線定樁放線測(cè)量。轉(zhuǎn)角處和變坡點(diǎn)是線路工程關(guān)鍵的控制位置，需增設(shè)加密樁。在每一處地形變化點(diǎn)設(shè)樁（一坎一樁），以便精確控制線路位置、計(jì)算調(diào)整線路角度、指導(dǎo)管溝開(kāi)挖[1]。測(cè)量復(fù)核無(wú)誤后，生成施工測(cè)量成果表。管溝開(kāi)挖成型后進(jìn)行精準(zhǔn)復(fù)測(cè)，出具管溝成型測(cè)量成果表。

3 管段建模

根據(jù)施工圖和測(cè)量成果表中的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，使用CATIA軟件分段建立管段三維模型（見(jiàn)圖2），可精確定位焊口位置，準(zhǔn)確測(cè)算出直管段長(zhǎng)度、冷彎管及熱煨彎頭角度。冷彎管及熱煨彎頭角度應(yīng)圓整取值，并與施工圖仔細(xì)比對(duì)，如兩者間出現(xiàn)偏差，應(yīng)及時(shí)與設(shè)計(jì)方聯(lián)系，進(jìn)行變更備案。管段可根據(jù)三維模型提前在坡下進(jìn)行預(yù)制施工，減少陡坡段現(xiàn)場(chǎng)焊接工作量，大幅提高施工效率。

圖2 CATIA建立的管段三維模型

4 運(yùn)輸索道系統(tǒng)安裝

高長(zhǎng)陡坡地段因地勢(shì)高差大、坡度大、石方多，施工便道、作業(yè)帶修筑困難，無(wú)法使用裝載機(jī)或吊管機(jī)等機(jī)械運(yùn)布管[2]，所以根據(jù)陡坡地形并結(jié)合施工經(jīng)驗(yàn)選用架設(shè)索道系統(tǒng)的方法解決運(yùn)輸難題。

4.1 索道系統(tǒng)構(gòu)成

該工程應(yīng)用的運(yùn)輸索道系統(tǒng)為雙主索設(shè)置，由主索（承載索）2條、牽引索1條、調(diào)節(jié)索（起重索）2條、吊裝滑車、滑輪組、卷?yè)P(yáng)機(jī)3臺(tái)、支架、錨固墩等構(gòu)成。索道系統(tǒng)安裝時(shí)，卷?yè)P(yáng)機(jī)設(shè)置在陡坡段下端，在陡坡上下兩端設(shè)置支架用來(lái)支撐鋼索，主索與兩端錨固墩固定，牽引索和起重索的上端均與錨固墩固定，下端由卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引（見(jiàn)圖3）。雙主索索道系統(tǒng)的2條主索為承載索，每條主索上各設(shè)一吊裝滑車，吊運(yùn)時(shí)采取跨雙主索雙滑車雙吊點(diǎn)，與單主索索道相比，更能確保吊運(yùn)過(guò)程的平穩(wěn)；由牽引索控制滑車在主索上的前后運(yùn)動(dòng)，由調(diào)節(jié)索通過(guò)滑車下的滑輪實(shí)現(xiàn)吊物的高度控制，且2條調(diào)節(jié)索可分別調(diào)整前后吊點(diǎn)高度，使吊物呈傾斜狀態(tài)，與單主索索道相比，更易于精確調(diào)整吊物的空間位置，不僅能實(shí)現(xiàn)運(yùn)布管，還能輔助管道焊口的組對(duì)。

圖3 雙主索運(yùn)輸索道系統(tǒng)示意

4.2 索道系統(tǒng)的受力校核計(jì)算

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際地形建立索道系統(tǒng)受力模型，進(jìn)行吊裝受力分析（見(jiàn)圖4），同時(shí)進(jìn)行受力校核計(jì)算，以保證索道系統(tǒng)運(yùn)行安全。

圖4 運(yùn)輸索道系統(tǒng)示意

最大吊裝荷載計(jì)算重力為：

式中：P為最大吊裝載荷實(shí)際重力，kN；K1為動(dòng)載系數(shù)（取1.2）；q為索道單位長(zhǎng)度自重，kN/m；L為跨距，m；Q為索道承載最大重力，kN；Q1為吊具重力，kN；Q2為最大吊物重力，kN。

則單根主索水平拉力為：

式中：f為索道垂度，m。

主索在支架頂部支撐點(diǎn)處的支反力為：

主索張力為：

主索選用2根準(zhǔn)30-6×19S-FC-1960鋼絲繩，查閱GB 26722-2011《索道用鋼絲繩》，其最小破斷拉力P0為596 kN，將數(shù)據(jù)代入計(jì)算公式，可得安全系數(shù)K=P0/T1K1≥3.0，符合GB 12141-2008《貨運(yùn)架空索道安全規(guī)范》規(guī)定，滿足施工安全要求。

牽引索最大張力T2=Pmax/sin38°（與地面夾角為38°），調(diào)節(jié)索（起重索）最大張力T3=Pmax/2，均選用準(zhǔn)20-6×19S-FC-1960鋼絲繩，查閱其最小破斷拉力為265 kN，安全系數(shù)經(jīng)計(jì)算均大于4.5，滿足施工安全要求。

選用10 t型號(hào)牽引索卷?yè)P(yáng)機(jī)1臺(tái)，選用5 t型號(hào)調(diào)節(jié)索卷?yè)P(yáng)機(jī)2臺(tái)，經(jīng)驗(yàn)算均可提供足夠的牽引力。

錨固墩采用C30鋼筋混凝土澆筑，同時(shí)栽6根準(zhǔn)36 mm圓鋼作為錨固點(diǎn)，對(duì)其所受抗拉力、抗拔力進(jìn)行校核，計(jì)算結(jié)果滿足安全要求。

支架使用規(guī)格為D 273 mm×8 mm的Q345無(wú)縫鋼管制作，為保持其穩(wěn)定性，在四根主肢之間添加橫撐。對(duì)其所受壓應(yīng)力進(jìn)行校核，計(jì)算結(jié)果滿足安全要求。

4.3 索道系統(tǒng)安裝調(diào)試

卷?yè)P(yáng)機(jī)基礎(chǔ)與錨固墩的混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度80%以上時(shí)，才能進(jìn)行卷?yè)P(yáng)機(jī)、支架、索道等的安裝。主索張拉完成后，安裝吊裝滑車（見(jiàn)圖5）。索道系統(tǒng)調(diào)試時(shí)，先檢查主索、牽引索、調(diào)節(jié)索連接是否牢固；再啟動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)牽引滑車沿索道進(jìn)行無(wú)負(fù)荷試運(yùn)行；過(guò)程中密切觀察受力支架有無(wú)幾何形變，滑車與軌道之間有無(wú)卡澀或跳動(dòng)，如果出現(xiàn)以上現(xiàn)象，應(yīng)停車檢查處理[3]；無(wú)負(fù)荷試運(yùn)行合格后，再以單次最大吊裝重量進(jìn)行負(fù)荷試運(yùn)行，程序和注意事項(xiàng)與無(wú)負(fù)荷試運(yùn)行相同，驗(yàn)收合格后方可投入正式使用。

4.4 管道運(yùn)輸及布管

圖5 吊裝滑車安裝

索道驗(yàn)收合格后進(jìn)行管道運(yùn)輸及布管，在坡腳構(gòu)建臨時(shí)堆管場(chǎng)地，運(yùn)管方向自下而上，先用裝載機(jī)或吊管機(jī)按施工圖和鋼管（或管段）編號(hào)順序依次將鋼管運(yùn)送至索道上管位置，用吊帶與平衡桿將鋼管在吊裝滑車上固定穩(wěn)妥，再啟動(dòng)牽引索卷?yè)P(yáng)機(jī)帶動(dòng)鋼管沿索道行走（見(jiàn)圖6），運(yùn)輸過(guò)程應(yīng)控制平穩(wěn)，速度在8～15 m/min，到達(dá)指定位置后停止，然后啟動(dòng)調(diào)節(jié)索卷?yè)P(yáng)機(jī)放繩，將鋼管緩慢溜放至管溝內(nèi)完成布管。

圖6 索道運(yùn)管

5 管道安裝施工

因運(yùn)管方向?yàn)樽韵露?，為了避免運(yùn)管與管道組焊相互干擾，管道安裝施工順序?yàn)樽陨隙耓4-8]。與一般地段的管道安裝施工不同，因受地形限制，管道的組對(duì)、焊接均須在管溝內(nèi)管道正式敷設(shè)位置完成。

5.1 管道組對(duì)

高長(zhǎng)陡坡地段因鋼管自重較大，人力組對(duì)困難，可借助索道系統(tǒng)、千斤頂配合外對(duì)口器進(jìn)行焊口組對(duì)[9-15]。組對(duì)時(shí)，通過(guò)2條調(diào)節(jié)索（起重索）的收放來(lái)調(diào)節(jié)鋼管前后高度及傾斜角度，通過(guò)牽引索調(diào)整鋼管前后位置，組對(duì)間隙的細(xì)微調(diào)節(jié)由千斤頂配合外對(duì)口器完成（見(jiàn)圖7）。管道組對(duì)時(shí)務(wù)必精確控制帶冷彎管和熱煨彎頭管段的角度指向。

圖7 使用外對(duì)口器組對(duì)焊口

5.2 管道焊接

管道焊接采用適應(yīng)性強(qiáng)、抗風(fēng)能力好的纖維素焊條打底+藥芯自保護(hù)焊絲半自動(dòng)向下焊填充、蓋面工藝。因設(shè)計(jì)對(duì)陡坡段管道無(wú)損檢測(cè)要求較高，要求焊后100%UT和100%RT檢測(cè)，所以精選技能過(guò)硬的成熟焊工施焊，力保焊接一次合格率。因陡坡坡度較大，焊口實(shí)際位置從接近斜40°～80°以上，且D 813 mm×11 mm鋼管組對(duì)坡口開(kāi)口較寬，所以要求填充、蓋面焊接采取排道焊。

5.3 管道固定

陡坡地段管道施工方向自上而下，決定了管道固定點(diǎn)在組焊管道上坡方向，因而為防止管道受重力作用發(fā)生下滑，應(yīng)在每段管道焊接完成后及時(shí)進(jìn)行固定。當(dāng)40°≤坡度＜60°時(shí)，每10 m設(shè)置1道固定管卡；當(dāng)坡度≥60°時(shí)，每5 m設(shè)置1道固定管卡。管卡采用錨桿連接固定于巖體上，錨桿植入深度≥2.5 m，管卡與管道之間墊20 mm厚橡膠板隔離。

6 結(jié)束語(yǔ)

高長(zhǎng)陡坡地段管道線路安裝的施工難點(diǎn)主要來(lái)源于其特殊地形、地勢(shì)，必須結(jié)合其特性采取針對(duì)性的施工技術(shù)措施。精確定位測(cè)量和管段三維建模技術(shù)的配合應(yīng)用，可將施工圖轉(zhuǎn)為三維立體呈現(xiàn)，為提前深度預(yù)制創(chuàng)造條件；索道的架設(shè)可克服地形限制，解決陡坡運(yùn)輸難題，實(shí)現(xiàn)高效運(yùn)布管，并能輔助管道焊口組對(duì)；管道溝下組焊是高長(zhǎng)陡坡地段地形、地勢(shì)下的最優(yōu)施工方法。

以上施工技術(shù)措施已在西南油氣田建設(shè)難度最大、風(fēng)險(xiǎn)最高的集輸管道建設(shè)項(xiàng)目——長(zhǎng)寧頁(yè)巖氣田集輸氣干線工程中實(shí)踐應(yīng)用，并取得了良好效果，可供今后同類山區(qū)陡坡地段管道線路工程的安裝施工參考和借鑒。