浅谈长输管道河流穿越大开挖施工技术

李文波 彭新凯 刘宏远 赵虎 武建强

摘要：大型河流穿越一直是长输管道工程的重点、难点，如何提高河流穿越施工效率成为保证施工工期的首要任务，以克拉苏气田输气管道工程（大北-克拉2段）为例，针对河流穿越施工工序进行详细介绍，并对施工过程中的重点、难点进行突出讲解，并提出解决、应对措施，旨在为新疆地区类似管道工程积累宝贵经验。

关键词：长输管道河流穿越大开挖施工技术

中图分类号：TU74文献标识码： A

从环境影响评价考虑，河流穿越应优先考虑水平定向钻穿越、盾构穿越、钻豹穿越顶管隧道等方式。考虑到综合地质、气候以及工程造价等情况，克拉苏气田输气管道工程（大北-克拉2段）大型河流穿越采用大开挖进行穿越。

1 工程概况

塔里木油田公司克拉苏气田输气管道工程（大北-克拉2段），全线位于新疆阿克苏地区拜城县境内，起点为大北处理厂、终点为克拉2清管站，线路长度88.6km，主线路管材型号D813×11mm。本工程是为西气东输轮南首站提供可靠的起源，对促进经济发展、提高人民生活水平、加强民族团结及促进社会稳定等方面均具有重要意义。

本长输管道工程沿线穿越喀普斯浪河（穿越长度635m）、台勒维丘克河（穿越长度701m）、卡拉苏河（穿越长度593m）等3条大型河流。

2 施工机组配置

为满足工程需要、保证施工进度，需组织三个施工机组：土建机组，负责河流的导流围堰、管沟开挖、稳管、回填、地貌恢复以及水工保护的施工；焊接机组：负责管道主体焊接过程中的布管、组对、焊接；防腐机组：负责穿越管段的防腐补口。

3 施工工序

第一段施工工序：施工准备→技术交底→测量→分段围堰导流→测量方位→管沟开挖→管道布管、组焊、无损检测→补口补伤→下沟、压载→管沟回填→音频检漏→管线试压→围堰拆除→地貌恢复

另一段施工工序：测量→另一段围堰导流→测量方位→管沟开挖→管道布管、组焊、无损检测→补口补伤→下沟、压载→管沟回填→音频检漏→管线试压→围堰拆除、导流渠回填→地貌恢复。

4 施工方法

4.1 导流围堰

施工导流的基本方法分为全段围堰导流法和分段围堰导流法。三条河流穿越长度较长、且流水量较大，为保证施工安全，采用分段围堰导流法，导流施工技术计算如下：

A≥KQ/VC 式中：

A—导流渠的横截面积（㎡）；

K—许用系数，一般为1.2～1.5；

Q—穿越段内的最大水流量（m³/s）。

导流渠布置要点：（1）利用有利地形，避免渠线通过不良地段，注意滑坡坍塌体，保证边坡稳定；（2）明渠应顺直，应尽量避免S形弯道，转弯半径应大于5倍渠宽，转折角不宜大于60°，出口交角宜小于30°；（3）导流渠应采取衬砌措施，提高抗冲刷能力。

围堰断面尺寸及填筑材料的选用，需根据围堰高度、当地建筑材料、施工工期和确保安全的要求来进行，既要使其稳定、防渗透和抗冲刷，又要使其结构简单、价格低廉、修筑和拆除方便。常用的围堰方式用草袋围堰、土石围堰、混土围堰、草土围堰等，根据新疆境内河流地质结构特点，该工程采取土石围堰方式，就地取材，由于卵石粒径大，水流湍急，在围堰表面增设防渗布，并用石笼对围堰进行加固，增加围堰的防渗透、抗冲刷能力。

围堰选用原则：安全可靠，能满足稳定、抗渗、抗冲要求；结构简单，施工方便，易于拆除，尽量利用当地材料。

围堰的布置应满足基坑开挖及管道安装、土建施工作业及排水运水的要求。对分段围堰一次围堰可束窄河道的70%～80%。上下游围堰间距应满足管沟土方堆放及管道安装作业带的要求，一般为50～150m。堰体应进行渗流和渗透稳定、抗滑稳定验算，需参考相关水力计算手册。

4.2 测量放线

管沟开挖前应根据设计的交桩桩位，参照中线成果表，为保证施工测量、定位精准，用RTK进行测量，放线时应放出管沟开挖及临时占地边界线。放线前应按设计线路平面图和纵断面图进行复查。

测量放线施工流程：补桩→定加密桩→扫线→测量→放线→协调与变更→移桩。

使用RTK放出管线中心线、作业带占地边界线，以及导流渠的边界线。将设计交付的控制桩引出作业带并加以保护。确定管道中心线的位置，并用标志桩放出管线穿越位置、留头位置、导流渠开挖位置、作业带边界等，将坐标控制点引到两岸开挖场区附近，以便于施工过程中随时使用测量仪器进行监控。

测量放线时，应根据穿越施工图设计的穿越控制桩及线路定位桩坐标点，引出相对坐标点和标高，测量、放出管沟中心线、沟宽边线所在位置。

测量放线时需对特殊点进行确定，如稳管段两侧端点、弯管处及护岸护坡位置点，进行放线并作出标记。同时，应根据施工方案确定的围堰堰体、组焊场地的位置、几何尺寸和施工场地平面布置，一并放线标记。

4.3 管沟开挖

根据地质报告及现场勘察，河床内水流不大，仅低洼处有流水通过，河床内地下水埋深5.0m左右，适合采用大开挖穿越方式，开挖时须在管沟内设置储水坑，并配有相应排水设备。河流穿越段管沟开挖断面图如下（见图1）。

图1管沟开挖断面图

管道穿越河流地层均为卵石，管沟平均深度超过7m，采用分级开挖方式。由于管沟开挖较深，对地层扰动较大，边坡易塌方，为保证施工安全，根据《油气输送管道穿越工程施工及验收规范》，并结合该河西二线开挖工程施工经验，开挖宜采用长臂挖掘机施工，边坡比取1：1.25，台宽6m和4m；考虑管道沟下组焊，管沟底宽取2.1m。

管沟开挖采用以机械开挖为主、人工为辅的管沟开挖方式。

管沟开挖过程中，应按节点检查管沟开挖尺寸，确保管沟成型质量。

管沟验收质量要求： 主河床内管沟在超挖填垫达到设计标高基础上，实际中心线各点高程负偏差应小于0.2m，不允许出现正偏差； 实际管沟中心线偏移不应超过设计的0.2m；管沟实际宽度最小应保证设计管中心线两侧各1.0m。

施工单位应实测管沟平面图和纵、横断面图，并排除沟内孤石等障碍，管沟成型质量经验收符合要求后才允许下沟组装或就位。

管沟开挖的过程中，要不间断的抽水，使管沟内的渗水基本排出沟外，满足开挖管沟的需要。

管沟开挖完成后，立即用全站仪对管沟的标高进行测量，确保管沟满足设计要求。

管沟开挖完成并报验合格后，在沟底按管长均匀布满袋状细土，为后续管道组焊、补口补伤等创造便利条件。

由于深度较深，在管沟开挖过程中需在管沟内设置逃生通道。

4.4 管道下沟、组对及焊接

管线的组对、焊接视现场开挖情况而定：当开挖后，管沟底部无水流时，考虑进行沟下组对、焊接；当管沟底部有水流时，可在6m宽的作业面进行管线的组对、焊接（见图2），由于本工程在施工过程中，使用排水设备及时将管沟内积水排除管沟以外，因此采用沟下组对、焊接的方式进行施工。沟下组对可减少大型起重设备的使用次数，节约工程预算。

沟下布管时应根据已打好的管墩合理摆放管材，确保每根管材中间位置放置于管墩上，保证有充足的对口空间，为沟下组焊创造便利条件。

图2河流穿越段沟下焊接作业图3河流穿越段的配重块、土工布袋安装

由于大开挖沟下焊接不可控因素较多，如何控制管线焊接质量成为重中之重，充分的焊前准备及精准的现场组对是保证焊接一次通过的前提，需做好以下几点：

（1）焊接前对管口认真打磨，确保坡口及管端内外壁50mm内的铁锈、油污、泥土等清理干净；

（2）管道组对时，要对管口椭圆度进行测量，保证错边量满足规范及设计要求，若两管口因椭圆度造成偏差，均匀分布到整个焊道上，但不得大于设计及规范要求数值；

（3）焊接之前严格按照焊接工艺卡对焊道进行预热，焊接过程中注意温度的控制，监测层间温度，当温度降低时及时进行后热处理，保证焊接质量；

（4）严格按照焊接工艺进行焊接工作；

（5）当风速较大或空气中灰尘较多时，焊接过程中采取防风措施，避免因外界环境变化造成焊接质量问题。

4.5 补口补伤

由于管线埋设与河流以下，地下水造成管道锈的可能性大大增加，因此保证补口补伤质量是穿越施工的另一施工重点，若补口补伤质量差，无法保证后续音频检漏合格，或管道运行后因管材锈蚀造成事故都会对公司有不好的影响，因此，保证补口补伤的质量尤为重要。热收缩带防腐补口施工要点：

（1）在喷砂除锈时钢管的预热；为了避免产生新的锈迹在喷砂后加热钢管时，在喷砂前应将钢管预热至40℃～50℃，油气注意管材6点钟位置，为预热盲点。在补口的位置打磨、清洁处理，保证钢管表面光滑度达到Sa2.5级。

（2）进行表面处理后的管体外表面的锚纹深度应达到50～70μm。

（3）环向焊缝两侧防腐层与补口材料搭接范围内的3PE层表面作打毛处理；

（4）保证热收缩带本体搭接、热收缩带与管体3PE防腐层的搭接长度及搭接质量。

回火：将整个热收缩带加热5到8分钟左右，在热收缩带完全收缩以后，再持续加热使热熔胶成为熔融的状态并 能从两端浸出，趁加热后的热收缩带比较柔软的时候辊压把里面的气泡挤出来。一定要让加热时的火焰覆盖在热收缩带的边缘位置，以保证不会发生卷边、翘边现象。在辊压过程注意对热收缩套的保护，避免辊压变形。

4.6 稳管措施

管道穿越河流稳管措施采用混凝土压重块进行稳管（见图3）。混凝土压重块与管线之间需加橡胶板，防止压重块对管材外壁防腐层造成破坏。保证橡胶板宽度大于压重块的宽度，橡胶板安装位置要准确、搭接位置宜位于管道正下方，橡胶板用铁丝缠绕，防止在安装过程中脱落，保证橡胶板与配重块紧密贴合，防止因橡胶板移位造成管材外壁防腐层破坏的现象。

4.7 音频检漏

管线下沟表层覆土1m后，立即进行地面音频检漏工作（见图4），检测合格后才可以进行后续的大回填工作。因为待河道恢复后，检漏工作难度将大大增加，即使能检出漏点，但由于土方量大，修复工作将极为困难。

图4河流穿越段初回填后音频检漏图5河流穿越段石笼铺装

4.8 管沟回填

管道回填前需将管沟内杂物清理干净，施工过程中产生的金属废弃物会对后续检漏工作造成影响，无法判断管道是否存在漏点。

管道焊接就位后，再用袋装细土回填至管顶以上0.3m，细沙最大粒径不得超过3mm，然后采用原状土回填并分层碾压、夯实，压实相对密度不小于0.85，且管沟回填后应不改变河床纵坡。同时为提高管沟抗冲刷性能，在管沟顶部设有石笼护底，应尽量采用大粒径卵砾石回填压实。

管沟回填前将阴极保护测试线焊好并引出，回填后再安装测试桩。

细土回填并夯实至管顶30mm以上。同沟敷设有光缆，光缆顶部与输气管道顶部高度一致，敷设完光缆后，进行二次细土回填，二次细土回填完成并检查合格后，将本工程专用管道警示带敷设在管道正上方，光缆警示带敷设在光缆的正上放后，才可回填原状土，原状土的粒径应≤250mm。回填至原河床底部标高以下700mm时，安装护底石笼。

4.9 地貌恢复

为保证管道安全，管道施工完毕应采取相应的护坡、护岸措施（见图5）。本工程三条河流穿越均对河岸岸坡进行开挖，管沟回填结束后需对岸坡进行恢复，岸坡回填需分层压实，压实度必须满足堤防工程技术要求及当地河务部门的规定。回填完成护需对两侧河岸进行浆砌石护坡加固，河床用石笼护底防止大量水土流失造成浮管。

对施工现场进行平整，将地貌恢复到原貌。河岸、河床除恢复原来的地貌以外，按设计或河务管理的要求进行水工保护，以保护河床及管线。对于施工时损坏的沟渠，在管沟回填后，要将沟渠过水断面恢复原状。

5结束语

目前，天然气产业正处于蓬勃发展的阶段，新疆地区作为西气东输的始站，长距离天然气管道工程建设会越来越多，而作为长输管道工程的重点、难点，穿越大型河流是施工过程中必须面对的难题，一套详细的大型河流大开挖穿越工序必然会给施工带来便利，针对施工中需要注意的重点、难点进行讲解，并制定相对应的解决方案，为后续类似工程提供借鉴。

参考文献：

【1】GB50369－2006.油气长输管道工程施工及验收规范

【2】GB50424-2007.油气输送管道穿越工程施工规范

【3】Q/SYGJX 132-2012.油气管道工程跨越工程施工技术规范