天然气输气站场抢修中埋地管线开挖的防护措施研究

阮长悦 周俊一

浙江金衢丽天然气有限公司 浙江杭州

天然气输气站场抢修中埋地管线开挖的防护措施研究

阮长悦 周俊一

浙江金衢丽天然气有限公司 浙江杭州

结合输气站抢修工程的实际情况,对抢修作业中埋地管线开挖的保护措施进行了多方面的探索和创新,为今后类似条件下有效组织抢修开挖、确保抢修开挖现场的安全作业提供宝贵的经验。

天然气输气站抢修管沟开挖防护措施

天然气输气场站抢修工程中若遇到埋地管线需要开挖,往往会成为抢修工程的重点难点,其难点主要表现在安全风险大、设备基础易沉降、人工开挖量大、开挖作业面小等方面,同时又由于抢修作业会造成输气站停输或部分输气工艺停运,因而抢修作业时间十分有限,抢修作业工期紧进一步加大了工程实施的难度。为了在输气站抢修工程中安全高效地完成埋地管道开挖,本文结合输气站抢修工程的实际情况,对抢修作业中埋地管线开挖的保护措施进行了多方面的探索和创新。

1 管沟开挖时的安全防护措施

由于天然气埋地管道开挖是在已投运的工艺生产区中进行,出于安全考虑,在开挖前,应确保开挖段的埋地管道已完成天然气放空和氮气置换工作。参加抢修的工作人员必须时刻保持着高度的警戒状态,事先应明确人员组织体系和各自联络方式。

开挖作业时,应有专人负责监护,定时检测现场的甲烷浓度及做好记录,开挖作业人员须佩戴安全帽等必要的安全劳保用品。若输气站未全站停气,应明确站内已停气并已氮气置换的工艺管道与未停气工艺管道的界面,未停气的工艺管道区应做好硬隔离防护措施,并张贴未停气防磕碰的警示标识标牌。

当作业环境不符合安全要求标准时,应立即撤离,并采取相应的措施直到环境再次符合作业环境的要求。在现场之外,监护人员在无安全保护措施的情况下,严禁进出作业空间。出现异常状况,应立刻停止作业,撤离现场。作业现场的危险区域,设置醒目的警示牌,禁止无关人员进出,工作场地的通道应确保畅通无阻。

2 埋地管道开挖时管沟与设备基础的防护措施

埋地管道深沟开挖对已建成输气站场的设备基础影响较大,如果埋地管道开挖管沟离设备基础较近又无相应的防沉降措施,易造成设备位移而产生应力破坏。为了防止管沟开挖所造成的周边设备基础沉降、偏移,建议从四个方面采取措施进行保护,这四个方面分别为：防雨水浸泡、管沟边坡支护、管道支撑支护和提高预制程度。

以实际工程为例：某输气站抢修工程中需更换清管工艺区内的一段埋地管道,埋地管道规格为Φ813mm加强级三层PE钢管,开挖管沟两侧均有重要工艺设备及基础,其中一侧为三个气液联动阀,另一侧为两个电动球阀,这五个设备均以水泥墩为基础,水泥墩基础底板宽度为2.1m,水泥墩基础中心与开挖管沟中心距离为3.4m,场地地坪标高为-0.5m,管沟临近阀门基础底标高为-1.5m,管道底标高为-2.7m,管沟挖深约2.2m,比设备基础底板深1.2m左右,基础底板宽度2.1m,设备基础承载层为站场工艺区回填土层。

2.1 防雨水浸泡措施

经现场勘查,管沟开挖段的工艺区地基填料为当地暗红色强风化泥质塘渣及中风化泥质碎石块,此种填料压实后,在没有受到雨水冲刷或者地下水浸泡的情况下,粘结力很强,不易发生塌方,但是如果受到雨水的冲刷或者地下水的浸泡,土质立即松软,类似于塌陷性黄土的特性,会造成开挖管沟边坡塌方严重,影响临近的气液联动阀基础。而该抢修工程恰好处于秋季降雨频繁时期,因此须做好防雨水浸泡与冲刷的防护工作。该站场工艺区地平较高,按工程的开挖深度,可以不考虑地下水。结合以上现场条件,管沟开挖时采取了以下防雨水措施：抢修作业期间时刻关注天气情况,根据天气情况提前在管沟上方搭好防雨棚,在管沟边1m外设置土袋挡水,并在管沟内布置防水土工布,防止下雨时地表水流入管沟,对管沟坡面造成冲刷。

2.2 管沟边坡支护措施

由于需要在已建成的输气站工艺区内施工,地上与地下工艺管道密集交错,管沟开挖作业面狭窄,开挖面距离已建成的设备基础较近,管沟放坡比例不宜过大。该输气站管沟开挖抢修作业时,为对管沟边坡进行有效支护,管沟开挖前采用钻孔灌注桩法对管沟边坡进行支护。钻孔灌注桩对于周围的土体不会产生挤压推力,因而对于临近设备基础基本没有影响,适用于该输气站工艺区的泥质基础回填层。具体的施工流程及注意事项如下：

(1)制作灌注桩导管：选用外径42mm,壁厚4mm的热轧无缝钢管作为灌注桩导管,钢管长度2.6m,钢管头部做成尖锥状,头部1.2m范围内钻出多个出浆孔,钻孔灌注桩与管沟及设备基础的纵断面相对位置见图1。

图1 灌注桩纵断面示意图

(2)灌注桩导管打入时先采用手缝钻成孔,然后安放钢管,也可以采用直接锤击或者钻机顶入。安装完毕后做止浆措施,灌注桩制作形式及打入施工后状态见图2、图3。

图2 灌注桩制作形式

图3 灌注桩打入施工后状态

(3)灌注桩导管布置：管沟临近的每个基础前布置两排,间排距30×40cm,梅花形,灌注桩孔位布置见图4,为防止对设备基础造成影响,钻孔时应尽量远离设备基础。钻孔应垂直地面,钢管安装后外露10cm。

图4 灌注桩孔位布置平面示意图

(4)浆液采用1∶1纯水泥浆液,由于抢修工艺区地基回填土密实度较大,土壤破裂压力较小,注浆压力不宜太大,以防对临近设备基础造成抬升,影响设备运行,因此注浆压力控制在0.1～0.2Mpa。跑浆或者漏浆时可暂停灌注,结束标准：在规定压力下并浆10min,即可结束灌浆。做好灌浆记录。

(5)基础沉降观测：施工前在远处路灯杆上设一处基准标高,引到设备基础上,总共5处,用红油漆进行标注。注浆过程中每天需要对5处基础进行进行沉降观测,观测次数不小于4次,测量标高与基准标高进行对比,同时每天用全站仪对坐标进行复核。灌注过程中若发现设备基础侧向位移和抬动变形,应立即停止施工,并采用事先制作好的管道支撑架进行加固。

(6)开挖时根据土层性质,按1∶0.5放坡,施工过程中派专人观测基坑土方边坡稳定情况。开挖出的土方严禁堆放在坡顶2m范围内。

(7)所有灌注桩导管插入后不拔出,外露地面10cm以上导管截断。

(8)管沟开挖期间须准备土工布防雨,下雨时用土工布覆盖管沟两侧的护坡。

(9)管沟开挖过程中注意做好埋地电缆的防护工作。

2.3 管道支撑支护措施

根据现场情况,开挖管沟上方有三条跨度较大的Φ813mm架空工艺管道,且开挖管沟距离气液联动阀设备基础距离较近,为了减少架空管道对气液联动阀设备基础的荷载,消除开挖时产生微小沉降或者位移,每条架空管道在管沟两侧各设置一个钢制支撑架(现场制作),支撑架按照管型设置钢板支撑面,支撑面上垫有橡胶,支撑架设置在未开挖区的水泥花砖上,且与开挖管沟边缘保持2m以上距离,管道支架结构见图5、图6。

2.4 提高预制程度

为了减少管沟开挖和回填的时间间隔,根据进场吊车起重能力、现场情况,尽量将新安装管道进行地面预制,缩短管沟内安装时间,减少安全隐患。新安装管道完成地面预制后采用吊机

整体吊装下沟。新安装管道预制前,对清管区现状连接管道中心线进行精密测量定位,将安装误差控制在允许范围内,预制完成后,立即拍片、完成防腐补伤工作。

图5 管道支撑架结构示意图

图6 管道支撑架

3 结语

在已建成的输气站工艺区内进行埋地管道开挖抢修作业往往要面临安全风险大、设备基础易沉降、开挖作业面狭小、人工开挖量大、工期紧等诸多困难,针对这些风险点与施工难点,本文总结实际抢修工程中的成功经验,提出了相应的安全防护、管沟与设备基础防护措施与方法,为今后类似条件下有效组织抢修开挖、确保抢修开挖现场的安全作业提供宝贵的经验。

1 迟黎明. 天然气输气场站技术改造中地基处理的实践和探讨［J］. 上海煤气, 2015(1)：17-20

2 陈礼仪胥建华,. 岩土工程施工技术［M］. 四川大学出版社,2008：42.

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