瑞木镍钴红土矿热带雨林长输矿浆管道安装技术

董荔苇

（中国十九冶集团有限公司， 四川 成都 611730）

瑞木镍钴红土矿热带雨林长输矿浆管道安装技术

董荔苇

（中国十九冶集团有限公司， 四川 成都 611730）

就位于大洋洲巴布亚新几内亚马当省境内的瑞木镍钴红土矿矿浆管道工程，详细介绍在不同地段的管道安装特点、管道安装工艺、管道安装及敷设技术，以及管道清管扫线及强度试验。实践表明，在当地气候地质条件下敷设长输管道，针对矿浆管道具体结构和特点，对不同的地质结构采用不同的安装方法，应用效果显著。

地质特征 管道焊接 管道安装 清管扫线

瑞木镍钴红土矿矿浆管道工程位于大洋洲巴布亚新几内亚马当省境内。由于管道输送矿浆对物料的粒度、矿浆流速、矿浆浓度和管道敷设坡度等方面有严格的要求，并且浆体属固/液两相流流体，在管道内流动存在动量的转换，矿浆管道又是连接矿山与冶炼厂的动脉、纽带，所以对管道的安装精度要求比较高。矿浆管道材质为API 5L X60管线钢，全管线翻越崇山峻岭及莽莽原始森林，穿（跨）越大小河流，历经湿地沼泽、积水煤层、滑坡体、塌方体、地震断裂带、山谷、冲沟、山脊等特殊地段。当地每年降雨时长为6个月，年降雨量为4 500～6 500 mm，相对湿度在90%以上，年平均气温22.5℃，有近1/3的地形地貌属泥石流、河网、沼泽地表，土壤承载力极差，整体属过饱和土、腐植土、粉砂土，属典型热带雨林气候。在此气候地质条件下敷设长输管道，应针对矿浆管道具体结构和特点，对不同的地质结构采用不同的安装方法。

1 管道安装特点

管线测量放线采用分小区段定位返点测设，对拐点部位采用多折线转点测设，保证了管轴线精确定位。在常水位沼泽地段，主要采用筑岛组对焊接、漂管运输、沉管敷设的方法；在滑坡体、塌方体、泥石流区段，主要采用抗滑桩支墩敷设方法，可使管道升高，离开原地面，当发生滑坡、塌方、泥石流时，土、石从管道下面通过，保证管道不受损坏，安全运行；在流沙层地段，主要采用泥浆护壁、注水增压防渗和沉管敷设；在山脊、冲沟、山谷狭长地段，主要采用轻轨小车、管段敷设；在地震断裂带地段，主要采用地震断裂带与管道正交敷设，当地震发生时，断裂带发生错位移动，使管道沿轴向受拉；在落差大的地段，易产生加速流，主要采用降低势能和大S型缓弯回路敷设，自动消除加速流；在平直段，采用双节管或三节管进行管段式安装；在地下水位较低地段，直接采用沟下焊接。当管道明敷时，确保各锚固墩、支墩进入土壤持力层，保证管枕充分接触管底且受力；当管道暗敷时，采用管沟开挖与管道安装同步进行，保证管沟开挖顺畅，并保持管沟底水力梯度以确保管道安装精度。

2 管道安装工艺

2.1 工艺流程

管道安装工艺流程为：测量放线—施工作业带的开辟—管沟开挖—管线组对焊接—管道清管扫线—管道强度试验—管沟回填—植被恢复。

2.2 管道线路控制桩的交接

在交接桩过程中，要注意土壤物理力学性能比较差的湿地沼泽、地震断裂带、滑坡体、塌方体等特殊地段，在管线纵横向方向突然改变方向的位置。用GPS测出坐标及高程，并作好记录，会同设计、地质勘探、业主、监理等单位进行协商，提出合理优化修改意见。由于管线测量放线通视性差，森林覆盖GPS肓区多，采集信号困难，因此采用分小区段定位返点测设，对拐点部位采用多折线转点测设，对于折转定位必须现场多次勘察确定。根据控制桩测定管线中心线，在控制桩之间设置纵向变坡桩、变壁厚桩、变防腐涂层桩、穿（跨）越标志桩、拐点桩、百米桩、曲线加密桩。根据桩的排列，按线路控制桩和曲线加密桩划出线路中线和施工作业带占地边界线。

2.3 施工作业带的开辟

根据地形地貌、季节、气候环境、植物生长规律、施工准备的不同开辟施工作业带。施工作业带的修建开辟为管道安装作业提供运输条件和安装条件。

2.4 准备工作

根据测量放线工作状况，移动所有桩位到规定的弃土边界线以内距边界线0.3 m处。在坡地、湿地沼泽、山区等地段开辟施工作业带，应充分与现有公路、便道相结合，方便管材、机具到达施工作业带。应在第5—第11月枯水季节，开辟季节性湿地沼泽地段，并且在枯水季节来临之前，提前两个月就进行导排、疏浚，排除地面积水并构筑泄洪渠，划小作业区段，使施工作业带充分暴露、裸露、凉晒。利用现有的道路与平坦谷地当作运输通道，无通道可利用时，根据地形情况修建连接公路与施工作业带的施工通道，每5 km修一条施工通道，其宽度不宜大于5 m，最大限坡不超过10%。

2.5 管道组对及焊接方法

由于浆体在管道内流动时，会产生沉淀并附着在管内壁，所以在运行过程中必须定期清管。这就要求管道的对口必须是直对口，严禁斜对口，以保证清管器能顺利通过。对于死口和弯头的组对，使用外对口器，在使用外对口器的过程中，保证每一个压紧块受力相等，在管圆周四个方向同时用力矩搬手施力，并观察丝杆的伸缩量是否均匀相等，不得使用两点对称压紧，防止管口变形。对于直管的组对，使用内对口器，因为内对口器直接被放在管道内，通过压缩空气作为动力，能在管道内自动爬行，操作简单、灵活，顶力大，对口精度高，能满足对口组装要求的焊后错边量≤1.6 mm。

长输矿浆管道都处于野外，其气候、水文地质条件多变，因此在焊接管道时应结合管线钢焊接的方法。对于焊接方法，选择纤维素型焊条下向根焊和自保护药芯焊丝半自动下向热焊、填充、盖面，因为纤维素型下向焊条具有极强的造气功能和坚挺的电弧强力吹，适合山区、沙漠、水网等复杂条件下的全位置单面焊双面成型，熔敷效率高，焊缝金属力学性能可得到保证，同样自保护药芯焊丝的焊接特点为熔敷效率高、全位置成型好、环境适应能力强，特别是抗风能力强，是目前管线钢焊接施工的一种重要焊接工艺方法。自保护药芯焊丝半自动焊与手工电弧焊相结合，操作灵活，环境适应性强，一次投资小，对于大口径、大壁厚管线钢钢管是一种很好的焊接工艺［1］。

3 管道安装及敷设技术

管线走向分布：从主泵站开始（零公里）沿山脊敷设，一直下坡，此区域属高山区，地势陡峻，高程从700 m降为335 m，管线长5 km；然后进入瑞木河谷区冲击平原，此区域地势平坦，分布着河汊、沼泽、湿地、流沙层等，管线长18 km；再进入马莱公路中山区，此区域地势起伏，爬坡上坎，分布着水系、塌方体、滑坡体等，管线长43.8 km；最后进入滨海平原区，高程25 m，管线长66.8 km。

3.1 钢管的运输及布管

矿浆管道采用加强级防腐及外保护层，防止损坏钢管的防腐层和保护层。准确区分各种管子类型、壁厚、防腐层类型及等级，布管应准确有序。布管时，在管子两端设置稳固的支撑。支撑可用软土堆、带有橡胶软垫的枕木、装有软土或植物碎粒的麻袋（草袋、编织袋），支撑的高度应为300～500 mm，严禁使用硬土块、石块、碎石堆作为支撑。支撑应被设置在距管子端口0.5～1.5 m的位置上。布管时还应首尾衔接，使相邻管口呈锯齿形分开。布管的间距应与管长基本一致，每敷15～20根管核对一次间距，发现过疏或过密时应及时调整。布管位置见下页图1。布管在施工作业带的组对焊接一侧进行，且管子距管沟边缘的最小距离应不小于0.5 m。在坡地布管时，应加大支撑墩宽度，以增加管子的稳定性。当坡度超过5°时，在下坡的部位设置支挡物；当坡度大于15°时，停止布管作业，待组对焊接时从堆管平台上“随取随用”。

3.2 管道敷设

3.2.1 一般地段

一般地段是指平原、小丘陵地势比较平坦的区段。在一般地段敷设管道时，除管线在纵横向改变方向时使用冷（热）弯弯管外，应充分利用弹性敷设和缓弯回路。

3.2.2 季节性湿地沼泽地段

主要采用旱季排水敷设。此地段土壤为过饱和土，含水量高，采用旱船进行管道运输、布管，划小作业段组织突击施工。根据地段粉砂土的特征，采用多孔PVC管集水引流法进行管沟降水。在地下水位较高时，采用距离管线轴线2 m、埋设直径为200 mm的多孔PVC管，标高在矿浆管线管沟基础以下500mm处，在多孔PVC外包两层细钢丝网防堵塞［2］。在地下水位不高时，可采用图2所示的方法排水。当管沟底部地耐力低于0.1 MPa时，采用水泥（42.5R）干拌河沙进行置换软土，其配比为50 kg。

图1 布管位置图

图2 管沟的排水系统

3.2.3 常水位沼泽地段

主要采用筑岛组对、漂管运输、沉管敷设的方法。在雨季时进入此地段进行管道敷设施工作业，使施工作业带水位进一步提高到1.0 m以上。寻找凸出水面的干地（没有凸出水面的干地时，可在非施工作业带的干地上）进行筑岛并进行加固修整作为管道组对焊接作业场地，搭设防雨棚，加工修建滑道兼组对焊接作业工作台。将管端封闭，让管道充分漂浮在水面，在管线有塌陷的地方在管道上加挂浮筒，使管线有足够的自由度，在管线前方用多级捲扬牵引，每30～50 m牵引一次，直至跨过此地段，同时借助小木船人工沿管线对称打木桩，间隔12 m、木桩距管壁2～3 cm，防止管线横向漂移。开沟时避开雨季以挖掘机驾驶室不进水为宜，水位较高时可用船载轻型挖掘机开沟，开沟完成后，拆除木桩，用人工辅以机械使管线横向漂移至管沟中心线上，再次加设木桩防止管线横向漂移，打开管口封端，向管道内注入清水或在管顶加载鞍型配重使管线沉至管沟底并回填［3］。

3.2.4 滑坡体、塌方体、泥石流区段

主要采用抗滑桩支墩敷设方法。抗滑桩进入基岩2.0 m，桩间距为16.0 m。管道敷设在桩顶圆弧形管托上。当发生地质灾害时让土、石从管道下面通过，并保护管道［4］。

3.2.5 流沙层地段

主要采用泥浆护壁开沟（管沟）、注水增压防渗和沉管敷设。该地段地势平坦，地耐力高，表层800 mm以下均为流沙层，管沟开挖深度为1.7 m。开沟时，大量流沙涌入沟槽内，沟槽壁塌方严重，沟槽开口能达到几米甚至更多，使得管沟不成型，离管沟边沿几米远的地方出现地陷。处理办法：将沟槽另一端封闭并加固，向沟槽内注水，控制开沟速度，使水位始终保持在与地表相平，充分利用水和泥浆的重力产生的渗透压能有效地阻止流沙涌入沟槽内，同时水和泥浆又能起到很好的护壁作用，使管沟成型。开沟完成后严禁将沟槽内水排除，仍保持开沟时的水位，水位下降时要不断向沟槽内补水，将管线横向移至管沟中，使之漂浮在水面上，再向管道内注水或在管顶加载鞍型配重将管线压至管沟底进行回填［5］。

3.2.6 山脊、冲沟、山谷狭长地段

主要采用轻轨小车、管段敷设。此地段施工作业带宽度在6 m以内，管道组对焊接与开沟作业无法交错进行。处理方法是：以有弯管的位置为分界点，先完成开沟作业，再在管沟内铺设轻轨并安装卷扬机，在轻轨上行走带圆弧形管座的小车。在开阔地带将管子组对焊接成所需长度的管段，利用卷扬机、小车将管段拽入管沟内，用三角架及手拉倒链提起管道，拆除小车及轻轨并回填管沟。这样既解决了单根管子的运输、布管，又敷设了管道［6］。

3.2.7 地震断裂带地段

主要采用地震断裂带与管道正交敷设。管线在穿越地震断裂带区域，若遭遇到高于该地区基本烈度的地震将会造成管线断裂、屈曲失稳及拉断等损坏。在明敷时，应将所有锚固墩、支墩等附属设施垂直于水平面不得倾斜且进入土壤持力层，避免地震来临时产生过大的地震加速度而进一步倾斜、倒塌。管道暗敷时，应增加管沟宽度并减少管道埋深，回填些非黏性材料以提高管道的自由度，并保证回填物料在较长时间内不因雨水浸泡而过于密实。管道敷设的关键点是：管道的抗拉能力远远大于抗压能力，应尽可能使管道在断层移动时处于受拉状态。尽量使管道与断裂带正交成90°；避免在地震断裂带区域使用冷弯弯管和热煨弯管及弹性敷设［7］。

3.2.8 易产生加速流地段

主要采用降低势能和大S型缓弯回路敷设。加速流是由于管线上下游高程差较大或在批量输送时浆批与水批的密度差等原因，使浆体正常流速和压力发生突然改变，相应浆体位能坡降超过正常满管流浆体输入的水力梯度而产生的水击现象，即浆体管道加速流［8］。这种加速流的产生实际上是由多余的能量引起的。加速流的危害极大：能使管道发生剧烈振动，管线产生纵、横向移动，管线附属设施和基础松动或位移；伴随泥浆锤的产生，破坏性进一步扩大，弯管被拉成直管，直管被压缩成弯管；易产生管道扭曲、褶皱、屈曲、扁平、凹陷、断裂、破裂等。管线敷设技术要点：分界点处上游管道敷设应尽量降坡，下游管道敷设应尽量抬高高程并采用大S型缓弯回路，降低高程差能有效减小势能，大S型缓弯回路能对浆体提供足够的阻力，降低流速，形成满管流，消除加速流；管沟开挖应顺畅，曲线段应圆滑，并严格控制管沟底水力梯度；应采用弯道半径在30倍弯管直径以上的弯管，管道组对焊接时严禁硬对口，尽量降低管道敷设应力，不准随便移动安装好的管道，严禁使用弹性敷设；保证管沟回填物料在雨水冲刷浸泡时不溶解流失；管道明敷时必须使锚固墩、支墩基础进入土壤持力层且垂直于水平面，还必须使管托、管枕与管道底部充分接触且受力。

4 管道清管扫线及强度试验

在管道清管扫线前，确认管道补口、补伤、探伤工序完成并合格且下沟。清管扫线就是要对管道敷设安装过程中遗留在管道内的污物及管道内壁的浮锈清除干净，同时也是对管道敷设安装过程中管口组对的检验，也为管道投运后定期清管作准备。将清管器放入管道内，利用水压推动清管器行走，完成清管扫线。

管道强度试验，用水作为试验介质。强度试验压力值是12.5 MPa，稳压时间为24 h。从高程最大的管段开始试验，将同一试压段上的最大地形相对高差控制在100～150 m内，实验用水在此段试验合格后可以不予排除，用作下一试验段的“水库”。在试验过程中要严格控制管道不受控制的移动［9］。

5 结语

针对热带雨林不同地质结构地段的矿浆管道，采用不同的敷设方法，植被破坏小，易复垦，降低了管道安装难度，节约了成本。全管线敷设完成后经试通浆、试生产、投产，证明管道运行安全、平稳、经济、环保。

［1］ 黄成楷，杜正华，董荔纬，等.巴新瑞木镍钴矿浆X60管道焊接工艺［J］.焊接技术，2010（10）：62-65.

［2］ 董荔苇.矿浆管道在季节性湿地沼泽地段的降水敷设方法：201110090901.0［P］.2012-07-04.

［3］ 董荔苇.矿浆管道在沼泽地段的敷设方法：201110090743.9［P］. 2013-01-02.

［4］ 董荔苇.矿浆管道在滑坡体、塌方体、泥石流区的敷设方法及结构：201110091305.4［P］.2012-12-05.

［5］ 董荔苇.矿浆管道在流沙层地段的敷设方法：201110093817.4［P］.2012-12-05.

［6］ 董荔苇.矿浆管道在狭长地段的敷设方法：201110090962.7［P］. 2012-08-15.

［7］ 董荔苇.矿浆管道在地震断裂带地段的敷设方法和敷设结构：201110090980.5［P］.2013-03-06.

［8］ 董荔苇.瑞木镍钴红土矿矿浆管道加速流消除技术［J］.金属矿山，2012（6）：106-108；112.

［9］ 李马锁，柴清洁，王志会.长距离输送矿浆管道的压力试验［J］.现代矿业，2015（11）：231-233.

（编辑：胡玉香）

Tropical Rainforest Long Distance Slurry Pipeline Installation Technology in PNG Ramu Nico Red Soil Ore Project

DONG Liwei
（China 19th Metallurgical Corporation，Chengdu Sichuan 611730）

Based on slurry pipeline in PNG Ramu Nico red soil ore project located in Madang Province，PNG，this paper introduces the installation characteristics，installation technology of pipeline and laying technology as well as cleaning tube and sweep line and intensity experiment.The practice shows that laying long distance transportation pipeline under this climate and geology condition，the specific structures and characteristics of slurry pipeline installation should be considered，and different methods are used according to different geological structures，and the application effect is remarkable.

geologic feature，pipe welding，pipe installation，tube cleaning and line sweeping

TF19

A

1672-1152（2016）05-0087-04

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.05.31

2016-08-02

董荔苇（1967—），男，教授级高级工程师，国家一级注册建造师，从事工程管理工作。