丘陵地区长输管道带弯管下沟技术研究

郑明高

（中国石化集团江汉石油管理局油田建设工程公司，湖北潜江 433123）

丘陵地区长输管道带弯管下沟技术研究

郑明高

（中国石化集团江汉石油管理局油田建设工程公司，湖北潜江 433123）

巴西GASCAV天然气管道工程，由于地形起伏，管道的弯管用量大，施工采用沟上组焊带弯管下沟方式，因此根据地形确定管沟弯点、进行管沟开挖和管道下沟难度大。文章对弯管下沟的几种工况 （水平弯、纵向弯和迭加弯）进行了理论分析，提出了通过调整弯点位置、适当加大开挖量、控制施工工序等措施来解决工程难题，并成功地实施。

长输管道；沟上组焊；弯管下沟；施工

1 工程概述

巴西GASCAV天然气管道工程，是SINOPEC作为EPC总承包商承包的一个国际合作项目。管道全长303 km，管径711 mm （28in），设计压力10 MPa，管材为API 5L X70直缝管，壁厚分为11.9、14.3、15.9 mm）三种，管道全部沿巴西东海岸敷设。我单位承建的FRONT A标段全长78 km，其中在0～60 km之间，管道经过的区域为低山丘陵和河流湿地地段。丘陵高差不大，一般在30～50 m之间，坡度大部分在20°以下，设备可以直接行走，局部地段坡度在30°以上。在连续的两丘陵之间往往是河流湿地，长短不一，最长处分别位于27 km和57 km处，湿地连续长度都达到2 km。在施工中由于地形起伏频繁，管道的弯管用量极大，在前60 km的地段平均弯管用量达到20个/km以上。

2 施工方案的确定

若按照国内常规做法，一般是采用沟下焊方式施工，但除了该方法工效不高以外，业主严格的HSE管理将使我们在管沟内人员的保护上花费极大的精力和费用，因此经过慎重考虑，决定采用国际上通行的沟上组焊、带弯管下沟的方式施工。

3 需要解决的问题

带弯管下沟的主要难点有：

（1）由于管道是从一端逐步延伸到另一端，管道的边坡点在下沟过程中会变动，造成下沟后管道悬空或局部地段埋深不够。

（2）组对过程中根据地形确定管道弯点并组焊管道有困难。

（3）由于地形起伏，管道施工设备负重后对设备的安全性产生影响。

4 理论分析

管道下沟的实质就是管道的平移，将管道沿管沟方向平移到管沟内，若在直管段，平移时点位的变化对管道没有影响 （见图1）；若管道上带有弯管，则平移的过程中弯点也会平移，从而引起弯点的变化，这将对下沟质量造成极大的影响。

按照弯曲方向，管道在下沟过程中，沿下沟方向弯管可以分为水平弯、纵向弯和迭加弯 （既有水平角又有纵向角变化）三种，同时水平弯又可分为内弯和外弯两种；纵向弯也可分为上弯和下弯两种。下面就这几种弯曲情况，对下沟过程中弯点变化情况逐一进行分析。

4.1 水平弯

4.1.1 弯点位移量

由于管道下沟时管道以S形曲线平移到管沟内，在管道下沟后弯点往下沟方向之前伸展，如图2所示，伸展量为：

式中L——弯点位移量；

α——弯管的角度；

H——沟上管道与下沟后管道的距离，H2=M2+N2；

M——管道与管沟中心线的距离；

N——管沟的深度。

4.1.2 内弯弯管角度变化

由于下沟时管道呈S形曲线，即管道一部分在管沟内，另一部分在管沟外，因此在A点始终存在一个往管沟方向的力，这可以简化为以B点为固定端的简支梁模型，从该模型可以看出，这个力量使得弯管本身角度减小，因此在下沟过程中，在管沟的内弧上应超挖一些，使管沟内弧减小，以利于管道下沟，如图3所示。

4.1.3 外弯弯管角度变化

与内弯模型的分析相似，在下沟过程中，弯管角度减小，因此在管沟的外弧上应超挖一些，使管沟外弧加大， 以利于管道下沟，见图4。

4.2 纵向弯

4.2.1 弯点位移量

由于下沟时管道的S形曲线一直保持不变，见图5，弯点的位移情况与S线的弧长及管道平移的距离H有关，可以将此S形状的一端看成固定端，另一端作平移，则弯点位移量L为：

式中T——下沟时S弧的长度。

4.2.2 弯管角度变化

管道下沟后由于管道自重的影响，使得弯管角度减小，在管沟开挖过程中要注意在弯点处超挖，并在弯点管沟上坡段局部超挖，形成圆滑过渡。

5 施工要点

为了保证管道的下沟质量，确保管道与管沟的贴合性良好，要对下沟前的工序质量重点予以保证，主要有测量放线、布管、管沟开挖工序，其他工序与常规施工方式相同，在此不作赘述。

5.1 测量工序

由于要事先考虑管道的转点及变坡点，因此测量工序是极为重要的工序。在测量工序中要完成管道变坡点、弯点、布管表的制作，并在后续工作中严格遵照执行。

测量前要进行作业带清扫，根据业主提供的桩位定出作业带边线，然后用推土机或平地机将作业带清扫干净，尽量去除作业带内的土包和凹坑，然后进行管道测量。此工作要有专门的测量小组完成，一般有1个工头，2个标尺手，2个测算员，1个测量员。他们的主要职责是对每个管段进行测量和编号，并且打桩标明它们在管路中的位置，此外还要计算弯管。

工作重点如下：

（1）管段编号和测量：首先对全部管段进行编号，编号的原则可以按照kmxx/xx方式进行， “/”前的数字表示具体的千米数，后面的数字表示该管段在该千米内的焊口顺序号。

（2）打桩标明其在线路上的位置，在打桩时应注意使管段错位半根管长，以利于机组焊接施工。

（3）弯管计算与测量：在弯管测量时需要注意把标尺置于变坡点的前方。

角度计算 （见图6）：如果坡度是正的，且坡度前面切线角度减小，这样就形成了上弯；如果坡度为正，而前面切线是更大的正坡度，则形成下弯。反之亦然。因此计算角度时，代数符号不同的相加，代数符号相同的相减，即按 “同号相减，异号相加”的原则，形成该处的实际弯管角度，如果该处同时还存在着一个水平转角，则形成了一个迭加弯，迭加弯的计算可以采用经验公式：最大角度+最小角度/3。

图6 弯管计算示意

（4）弯管测量完成以后，应根据测量结果完成布管表及弯管表，并注明弯管起弯点的具体位置。

5.2 布管工序

布管方案对弯管的数量和管沟开挖有很大的影响。管道布管要严格按照布管表进行，如果该处的弯点确实不能通过改变弯管上的起弯点和适当加大开挖量来调整的话，应在该处预留短节来调整弯点的位置。

5.3 管沟开挖

管沟开挖工序对下沟质量也有很大的影响。在管沟开挖之前应先按照前述原理，在每一弯管处标明开挖的位置，并打桩标明在有水平弯的地方，将管沟适当加宽0.3～0.5 m（主要是加宽朝向管道一侧的管沟），并预先确定管道下沟后弯点的位置。

在垂向弯管处，也要预先确定弯点的前移量，并在弯点处加深管沟0.3～0.5 m，在弯臂处形成圆滑过渡，不能有凸台，以免由于支点搁住管道使弯管不能就位。

6 地形起伏对安全性的影响

丘陵山区地形起伏大，高程变化频繁；地表有纵向坡度或横向坡度，或两种坡度皆有。丘陵山区地带一般按照坡度将施工难度划分为四个等级：

一级：纵向坡度为8°～15°；或者开挖后横向坡度为8°～15°的台地。

二级：纵向坡度为15°～22°；或者开挖后横向坡度为8°～15°的台地。

三级：纵向坡度为22°～30°；或者开挖后横向坡度为15°～30°的台地。

四级：纵向坡度为30°以上的地区。

对于第一、二等级的坡地，设备可以放置，施工安全性较高。对于第三等级的坡地，作业设备难以稳固，负重状况下易失稳而倾覆，安全性较差，因此需要采取特殊的措施，对施工设备予以保护。通常采取的措施是：在坡顶设一台锚固设备，如大马力的推土机，将各台在坡上作业的吊管机用钢丝绳互相串联起来，并与坡顶锚固设备相连。这些设备共进退，并使之相互牵制。至于在第四等级的坡地上施工，还需要采取沟下焊的方式进行。

7 理论分析的工程应用 （见图7）

图7所示为巴西GASCAV天然气管道工程里程6 km处，整个管沟开挖注意了水平和纵向点位的变化，我们可以通过管道弧点位置和管沟弧点位置的对比以及管道角度和管沟弧线角度的对比看到理论在工程上的成功应用。

Study on Lowering Long-distance Pipeline with Bent Pipes into Trench

ZHENG Ming-gao（Oilfield Construction Engineering Co.of Jianghan Petroleum Administration,SINOPEC,Qianjiang 433123， China）

In Brazil GASCAV Natural Gas Pipeline Project,a number of bent pipes are needed because of big terrain undulation.The construction method is as follows∶assembly welding of pipeline with bent pipe is carried out on ground，then the pipeline is lowered into trench,which brings difficulties in determining bent point of the trench,trenching and lowering pipeline into trench.The theoretical analyses on operation ways of lowering pipelines with horizontal bend,longitudinal bend or superposed bend are performed.Some measures such as adjusting bent point position,rationally increasing excavation volume and controlling construction procedure are provided and the problems are solved successfully.

long-distance pipeline;assembly welding outside trench;lowering pipeline with bent pipes into trench;construction

TE973

B

1001－2206（2010）02－0100－03

郑明高 （1971-），男，湖北汉川人，高级工程师，1994年毕业于西安石油学院焊接专业，现从事油田地面建设技术管理工作。

2009-10-26