硬质土质长输管道沉管下沟施工方法研究

刘博

沉管法是利用管道自重结合水的浮力，将管道浮运、缓慢下沉的施工方法。过去，长输管道下沟通常使用挖掘机挖沟—吊管机下沟方法；近些年来，在金属长输管道施工方面，在沙漠及大面积水网地带管沟完全不能成型，曾经使用过沉管法下沟施工。

我公司在中缅油气管道工程第二、三标段约160km施工中，在硬质土质“土壤分级为Ⅳ”地段首次使用沉管法施工。中缅油气管道第二、三标段地貌特点为：属山前冲洪积细土平原，土壤分级为Ⅳ级，沿线底层均为杂砂岩、千枚岩、石英岩，土层稍湿，硬塑状，夹有薄层粉细砂，孔隙较发育，干强度较低，韧性低，地下水位埋深小于3.0m，水塘及水渠水网穿越段地下水位小于2m。

实践证明，沉管法与通常的挖沟机挖沟—吊管机下沟法相比有机动灵活、节约造价等优点，且其施工安全性、焊口质量均可保证。

一、施工方法阐述

1、施工方法创新点和特点

该方法成功解决了硬质土质（土壤分级为Ⅳ）地区大口径、大壁厚长输管道沉管下沟这一主要课题，从而打破了管道沉管下沟只能应用于水网地区或沙漠地区，实现了管沟成形较好地区管道自重力下沟的理论论证和实践应用，取得了良好的效果。

1.1本施工方法创新点

1）通过可行性论证。根据焊接工艺评定报告和管道管材各项物理化学参数，具体论证了此施工方法的可行性和施工中焊口安全性，避免了以往单凭经验、无明确理论基础支持的施工方法，具科学性。

2）对硬塑状土质地带形成管沟沉管与沙漠地带、水网地带沉管下沟作了明确比较。

①在沙漠及大面积水网地带曾经使用过沉管法下沟施工，以上两种土质松软，一边挖一边塌方，最终形成V形管沟，沉管下沟过程中管道母线始终与管沟壁接触，不存在明显悬空段，V形管沟坡度大，容易控制管道缓慢匀速下沉。早在2002年西气东输一线25标段施工时，即采用过沉管法通过了江苏省镇江和常州两市大面积水网地区；在2010年西气东输陕京二线靖榆段延长线施工时，也采用了沉管法通过毛乌素沙漠段。

②本工程中，在“土层稍湿、硬塑状的岩土工程分级为Ⅱ级”地段使用沉管法施工。该地带土质形成管沟特点为管沟壁不完全塌方，机械开挖形成梯形微小坡度开口管沟，管沟壁对管道产生阻力较小，并且管道存在悬空段，管道沉管过程中不易控制管道缓慢匀速下沉，管道容易突然下滑出现扁口、焊口断裂破坏或焊口内伤，造成事故或形成隐患，通过控制每次下沟长度小于9.5m，控制了管道缓慢匀速下沉，保证了管道下沟的安全性。

1.2工法特点如下

优点：1）具有工效高，方便管理的特点；2）具有安全性高，安全设施投入少的特点：由于沉管施工减少吊装作业，对员工的作业难度及施工风险大为降低，消减了风险因素。

2、适用范围

本工艺适用于管沟土质为硬质土质（土壤分级为Ⅳ）的杂砂岩地段沉管下沟施工。

3、工艺原理

3.1简述。利用挖掘机在管道一侧并贴近管道直接开挖，使管道缓缓沉入沟底，达到设计埋深的施工方法，为提高工程综合进度将会具有决定性的作用。

3.2开挖工艺要求：3.2.1前道工序已通过监理确认，开挖人员及设备材料已确定；3.2.2对施工人员进行技术交底，确认管沟中心线；3.2.3确定好管沟中心线和布管焊接中心线；3.2.4开挖管沟中心线即挖掘机挖斗操作最近距钢管管壁不超过1m，链轨板距管壁大于1m，确保挖掘机配重旋转空间，倒土位置可根据地形和施工作业带宽度确定，开挖起头要超过管端不少于3m为宜；3.2.5根据情况对管道进行适当的位置调正；3.2.6开挖作业时，挖斗要平稳轻放；3.2.7为避免管道壁防腐层破损或管道壁与挖斗相撞造成管道壁出现内凹现象，沉管前端头位置必须距挖斗大于10m，否则将出现掏挖动作，无法保证管道不被破坏；3.2.8对于沟底存在砾石、卵石的地段，在开挖时应超挖200mm；3.2.9在进行沟底细土垫层的摊匀时，应使用特制的长柄齿杷，严禁有人在管底摊铺细土；3.2.10沟底有积水的地段，应及时进行小回填，并引排水沟；3.2.11开挖同时测量人员应进行管顶高程，发现有与图纸不符的处应立即停止挖沟，整改措施到位后方可继续进行作业；3.2.12挖方时应采取先表层再下层的顺序，管沟开挖处断面应呈缓坡状，防止大面积土层突然塌落；3.2.13沉管下沟后，按照规范中下沟条款进行验收。

4、质量控制

沉管时进行管沟开挖及回填所遵循的主要标准、规范、图纸如下：

5、主要安全措施

5.1沉管过程中严禁人员沟下作业；5.2严禁人员在悬空管道上站立或行走；5.3沉管长度必须得到有效控制，必须缓缓沉管，每段距离必须一致，保证焊口不被拉断或出现内裂纹；5.4增加安全监控力度，保障安全操作。

6、环保措施效果

减少设备，减少能源消耗及排放；减小了作业面，减小植被破坏。

7、效益分析

本工程节约70t吊管机3台下沟工作量，根据定额每天下沟按1.1km计算，则下沟需36天。

7.1節省直接费用合计59.12万元，通过预算软件计算综合取费68.66万元。详细直接费用如下：①70t吊管机内部租赁费用2800元/天台（外部租赁费用为7000元）*3台*36天=30.24万元；②吊管机燃油费用1400元/天台*3台*36天=15.12万元；③修理维护保养费用估值为6万元；④吊管机往返拉运费用0.4元/t.km*3台*70t/台*540km=4.536万元；⑤吊管机指挥、操作及司索人员费用8人*36天*56.8元/人天=1.636万元；⑥客货两用值班车220元/台天*2台*36天=1.584万元。

7.2增加费用3.4万元，如下：①挖掘机组超挖深0.25m费用增加3.4万元；②防腐补口补伤比预算定额增加46处，在定额内，费用不增加。

因此累计节省资金68.66-3.4=65.26万元。

8、应用实例

9、可推广范围

根据论证部分计算公式，可将其它管径、壁厚不同管道沉管下沟安全长度计算出来，在四级土质地区实行沉管下沟施工。

二、结束语

本文研究论证了硬质土质大口径长输管道沉管下沟施工方法的可行性，对该施工方法进行了阐述和总结，同时针对沙漠地带、水网地带沉管下沟施工方法做了比较。

通过现场应用，给整个工程带来了积极的影响，相比传统的下沟施工，有应用灵活、节约造价等优点。在硬质土质大口径长输管道沉管下沟施工中是一种极有推广价值的工艺。