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淺析管道在穿越河流中的常用方法

文檔作者：張玉波文檔來源：大慶油田工程建設有限公司管道公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年04月07日
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百家爭鳴 Chenmical Intermediate 122 當代化工研究 2016·05淺析管道在穿越河流中的常用方法Ｏ 張玉波（大慶油田工程建設有限公司管道公司  黑龍江 163000）摘要：長輸管道的施工中經常會碰到河流穿越的問題,如何實現(xiàn)高效的穿越是施工中面臨的一個重要問題。本文主要是探討相關穿越方法,包括開挖穿越和非開挖穿越,并對各類穿越方法的優(yōu)缺點、適用范圍和施工過程進行探討,尋求更為合理、有效的河流穿越方式。關鍵詞：管道;穿越;開挖中圖分類號：T 文獻標識碼：AAnalysis on the Common Method for Pipeline in River TranversingZhang Yubo（Pipeline Company of Daqing Oilfield Engineering Construction co., LTD, Heilongjiang, 163000）Abstract：In the process of long-distance pipeline construction,problem of river traversing often appear, so how to realize the highlyefficient traversing is one important problem for the construction.This paper mainly discusses the related traversing methods, including excavationtraversing and non-excavation traversing, besidestakes analysis on the advantages and disadvantages of varioustraversingmethods,range of application,and construction process to seek a more reasonable and effective way of river traversing.Key words：pipeline；traversing；excavation從敷設方式的不同，可將長輸管道河流穿越技術劃分為開挖穿越和非開挖穿越。開挖穿越是溝埋穿越，通過在河床上進行成溝、敷設和回填的方式實現(xiàn)。而非開挖穿越可分為隧道兩大類：隧道穿越和定向鉆穿越。定向鉆穿越河流技術是一項綜合管道穿越技術，綜合了公路、鐵路的橫孔鉆機與定向鉆井技術。多應用于大型河流的穿越，如松花江、長江、黃河等。在受地質條件限制無法穿越時采取隧道的方式。在管道鋪設的發(fā)展中，從最初的裸露向溝埋，到定向鉆再到隧道，安全性逐步提升。為提升油氣長輸管道的建設水平，就需要對相關的工程和技術加大研究力度，實現(xiàn)安全、高效的長輸管道建設。一、開挖穿越在開挖穿越施工中，在河道內采用機具挖掘到指定深度，在管溝內鋪設管道后進行敷設，采取穩(wěn)管措施來對管道進行固定。相對于裸露敷設，開挖穿越有著更好的安全性，在施工周期和施工工藝方面都有一定的優(yōu)越性，適用于多種河床的河流。也存在一定的缺點，開挖穿越容易受季節(jié)性干擾，施工會破壞河道，且較長時間的水下作業(yè)，在穿越的過程中，主槽的施工深度較難達到設計值，存在著一定的安全隱患。在西氣東輸油氣管道穿越黃河施工中，就有采取此方案設計。在確定溝埋穿越的位置方面，不會對水域規(guī)劃產生影響，選取良好施工條件、沒有嚴重水流沖淤且具有較穩(wěn)定岸坡的位置，同時要采取相關防護措施來對兩側進行加固。施工的過程主要分為三步：成溝、敷設和回填。從成溝形式的不同可將其分為五大類，即液化法、氣舉法、挖泥船挖溝法、爆破法以及圍堰法等。圍堰成溝施工主要是通過隔離水流進行溝槽開挖。在設定位置處通過臨時堤壩來將管道兩側的水流進行阻擋，通過對應的導流方法后進行溝槽開挖和管道敷設，在完成所有施工項目后拆除圍堰。在此法施工中，比較容易成溝以及其埋藏深度，管道的過河操作較為簡單，不需要使用大型牽引設備，多用于季節(jié)性河流或小型河流。但是圍堰的過程有著很大的施工量，影響到了河道，通常不用于通航或是大流量的河流。在水下成溝穿越中有一種方法是爆破成溝法，主要是通過在河底采用炸藥進行爆破而獲得管溝，以此來實現(xiàn)管道的敷設。此法多用于通航河流和河床堅硬地段，由于此爆炸多形成不均勻管溝，在埋深方面不太容易達到設計值，且會破壞環(huán)境。為發(fā)揮此法的優(yōu)勢，通常與其他成溝方式相結合來應用。在挖泥船挖溝法中，在設計斷面位置上，通過挖泥船進行管溝挖掘，油氣管道在入水前焊接好，通過相關牽引設備進行拖拽到設計位置后安裝。采用此法不需要圍堵操作就可以實現(xiàn)水底挖溝操作，且較容易達到設計埋深，有著廣泛的應用。但是對于較硬河床或是水深較淺的不太適用。較為典型的案例是紅花套長江穿越，通過應用各種挖泥船的配合，展現(xiàn)了大型河流穿越的較高水平。氣舉成溝法是通過牽引設備來將加有配重的管段置于預定位置后放入河流底部，通過氣舉船上的氣舉泵對管道側面的泥砂進行清除，管段會下沉到制定深度。液化成溝法與氣舉法類似，只是通過射水泵替代氣舉泵，不是將泥砂吸走而是使其達到液化狀態(tài)，以此實現(xiàn)管道的下沉。在實際施工應用中，通常會綜合應用兩類方法，先通過液化法將泥砂液化，再通過氣舉法將之吸走，能實現(xiàn)更好效果，具有投資小、工期短且不收回淤影響等優(yōu)點，但埋深相對較淺，且不能用于硬河床情況。二、非開挖穿越1.定向鉆穿越在非開挖穿越方法中，定向鉆穿越是一種較為先進，也是應用較多的一種穿越方式。在其施工中，首先是在河底采用定向鉆機進行導向孔的鉆進，將擴孔器安裝在鉆通河道后的出土端上，在高壓泥漿的沖切作用下實現(xiàn)擴孔操作，通過萬方數(shù)據(jù)Chenmical Intermediate當代化工研究 123 百家爭鳴 2016·05移動活動卡盤，使得擴孔器在擴孔的過程中向前行進，重復擴孔操作后可使得鉆孔直徑超過穿越管直徑，敷設管段是將其與擴孔器相連，在拉動設備作用下完成操作。定向鉆穿越所需的岸邊場地較小，不會因水流沖刷、季節(jié)等因素影響，施工費用低、工期短且不會影響到航線。其缺點是一但發(fā)生故障，檢修的難度和成本都很高，特別是需要敷設備用復線時。有一些河流不適用此方法，如沒有回拖場地和彈性敷設條件的復雜地質結構的河流，以及堅硬巖石河床、卵石河床等。從國內的施工水平來看，多數(shù)工具適用的范圍在低于20m的卵石層以及單軸抗壓強度低于120MPa的巖層。在進行管道敷設過程中，要有高標準的防腐場地以及焊接水平，能實現(xiàn)一次性回拖，而對于穿越長度和管徑都大的穿越工程，更需要足夠的回拖和施工場地。在穿越管道的分段組焊接過程中，盡管回拖技術有所應用，但對施工人員還是提出了很高要求。在定向鉆穿越的設計中，主要包括幾個參數(shù)的制定，如穿越深度、曲率半徑、出土角和入土角等。在大型長輸管道施工中要盡可能采取直敷設。從非開挖穿越技術的發(fā)展來看，水平定向鉆穿越有著越來越廣泛的應用。進行設計的過程中需要主要的問題包括以下四類：首先是通過對水文地質資料進行分析來設計最大穿深，以鉆探勘察的手段來對土層的分布和相關力學指標，以此來分析河床的穩(wěn)定程度；其次是以實際施工中鉆機的機械性能來設計穿越條件，保證鉆機和穿越長度、鉆機桿孔徑與鉆徑之間的匹配性，鉆機不能應用于礫卵石地段；再者針對較差的地質條件時做好新問題的預防和解決方案，如土壤液化區(qū)、泡泉區(qū)和厚卵石層地段時容易出現(xiàn)地面沉降、管涌以及塌陷坑等；最后是要保證管道防腐層的性能，通常可選用加強級3層PE，保證防腐層與鋼管的黏結性，同時防腐層需要保證自身的韌性和強度，對于回拖施工中補口收縮套脫落的問題可通過保護套的方案來避免。從施工過程來對定向鉆進行分析，其過程主要分為施工前的準備、導向孔鉆進、預擴孔、管道回拖和恢復地貌幾個方面。施工前的準備包括設備、調校控向系統(tǒng)、鉆機組裝、就位錨固件等試運轉，做好測量和放線，提前挖好錨固坑。在穿越施工中的一個重要參數(shù)就是泥漿的配比，設定合理的值來實現(xiàn)良好造壁、降低摩擦阻力以及提升沖刷土層效果等。泥漿的護壁性、攜砂能力與泥漿的切力和黏度成正比，提升該值還可對井筒進行有效清潔，提升井壁的穩(wěn)定性，避免井筒垮塌。泥漿的有效回收處理在減少施工成本的同時也降低了占地面積，減少環(huán)境污染。施工過程中為保證鉆桿的穩(wěn)定性，需對泥漿進行合理配置，對鉆具配合進行優(yōu)化，有效調節(jié)回拖速度。2.隧道穿越隧道穿越主要應用于不適應定向鉆等其他穿越方式的環(huán)境，通常為堅硬地質條件河床。其施工不受水量和季節(jié)的影響，過程較為簡單，能獲得較好的施工質量，后期的維護成本較低，且隧道在開發(fā)和擴容方面更具優(yōu)勢，但是由于施工的時間較長，提升了整體成本。該方法穿越河床的形式通常為倒梯形，由于隧道需要周圍的穩(wěn)定層具有良好的巖性，這就需要施工前對地質和地形情況進行全面的調查、分析。在具體的實施過程中還會因管道的固定方式不同和斷面形式的不同而有所區(qū)別。常見的穿越方法包括鉆爆、盾構和頂管等。在幾類方法中，頂管法的工藝相對成熟，該方法的優(yōu)點包括較小的截面、較低的造價和較快的施工速度，通常應用在千米之內、軸線為直線的穿越，無法應用于軸向彎曲的情況。其施工主要是通過中繼裝置接力來對超長距離頂管進行頂進，通常頂管套管為鋼筋混凝土或鋼套管，在固定管卡后再進行注砂，最后注水泥漿固管。在頂管過程中，管子會受到土壤較大的阻力，必須保證頂力來順利前行。根據(jù)頂管所需的最大頂力來對相關設備的性能進行選擇。頂管有三種方法，擠壓出土法、管內出土法以及外擠壓頂進去。盾構法是通過應用盾構機和配套設備進行挖進的方法，先在地面進行鋼筋混凝土預制環(huán)片預制，挖進中進行拼裝而形成隧道。此法多用于軟地基地質，如土、砂和巖石等，安全性較高，能有效保證施工進度，不受通航、水文以及氣候等因素影響，但是施工工藝過于復雜，進尺過于慢，需要較長的工期，在地質條件不同下需設計對應的盾構機，水下施工還需設置接收井和發(fā)送井等附屬建筑，整體工程的造價過高。根據(jù)以往的施工經驗看出，在施工前再次核實地質報告圖，分析施工受斷層影響情況。盾構機在行進中在遵守安全施工的前提下，可對泥漿的濃度、粘性和密度進行適度上調，以此來獲得更好的穩(wěn)定性和造墻作用。嚴格控制管片拼裝，避免錯臺和錯縫的出現(xiàn)，盾構機的操作要嚴格遵守操作規(guī)程，有效控制其姿態(tài)來保證施工安全。鉆爆法是在河床底部設計深度下通過爆炸和鉆孔的方式來獲得通道來形成管道通過的隧道。相對于盾構法，此法不需要盾構機等貴重設備，整體成本相對較低，適應的直徑和長度范圍較大，在堅硬底層有良好的適應性，但需要較高的地質條件，需要較高的安全性，施工工期較長，后期的維護量大，需要較大的排水量。由于對巖石層的高要求，通常施工的隧道處于河床下較大深度，提升了施工的困難性。在設計和施工中需要考慮的重點是涌水的防治，其性能直接決定了工程的成敗和質量，這就需要對注漿工藝、設備和材料的選用上加大投入和重視。隨著配套技術的發(fā)展，管道穿越河流逐步從開挖敷設發(fā)展到非開挖敷設。定向鉆穿越技術因破壞小、成本低、速度快而得到廣泛應用。為提升管道穿越技術的發(fā)展還需要相關從業(yè)人員和研究人員加大投入，應用更多新技術和新材料。參考文獻[1]黃福祥.大口徑長輸管道內環(huán)縫自動焊設備及工藝研究[D].天津大學,2009.[2]王志瑛.油氣管道大開挖河流穿越施工風險評價技術研究[D].西南石油大學,2014.[3]楊德彪.管道濕陷性黃土災害風險評價技術研究[D].西南石油大學,2014. 【作者簡介】張玉波（1977~），女，大慶油田工程建設有限公司管道公司，研究方向：長輸管道設計。

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