油气管道山地管沟施工技术要点

何智勇，杨胜，杨卫东(重庆应急抢险维修中心，重庆 401220)

0 引言

管沟即为地下管线共同沟，是指能够容纳两种及以上设施管线。与一般的市政公用管沟不同，为了实现油气资源的无障碍输送，油气管道的管沟大部分建设在野外。为了克服地形地貌等因素造成的影响，技术人员必须深入考察施工所在地及周边地区的环境及土壤的构成情况，最终制定行之有效的管沟开挖方案。

1 油气管道山地管沟施工中的常见问题

基于理论角度进行分析，可得出如下结论：进行油气管道山地管沟开挖时，只要科学选择设备，开挖过程一般不会面临较为复杂的问题，施工总体难度不高。但此种认知仅仅适用于书本理论分析，没有考虑任何实际情况。实地施工经常遇到的具体问题如下：

(1)受土壤成分构成或地形因素的影响，导致管沟深度无法达到预期要求；此外，由于预留的深度不足，致使出现风沙等极端天气，或是因为多种原因导致塌方、沉降时，管沟很可能出现凸起点。该类问题很可能导致埋深偏离正常值，从而遗留安全隐患。

(2)管沟沟底的设置出现异常(以“不平”为主)，其中的代表性现象为，管道下沟之后，部分区段的管道实际上陷入了“悬空”的状态，无论是相邻管道的焊接工作还是回填土工作，均会在一定程度上受到影响，导致工期延缓。

(3)在一些特殊的山地环境中，同段管道两端存在较大的地形高差。由此造成的影响有二：其一，设备的运输极其困难，往往无法及时运送至指定位置，轻则延误工期，重则被迫改变施工方案；其二，当施工人员通过多种方式完成管沟开挖之后，成沟的坡度可能与设计方案存在较大差异，导致纵向的弹敷效果不佳，既有可能导致管道多处被迫处于悬空状态。

(4)受恶劣地形的影响，一旦管沟边坡的坡度小于预设值，将会埋下塌方隐患，严重威胁现场施工人员的生命安全。

(5)管沟开挖与管道设置应按照预定的线型进行对照施工。一旦线型出现偏差，极有可能导致管道与管沟的中心线未能完成重合。由此造成的后果是，回转半径只能被迫缩小，管道几乎无法正常下沟(强制进行，管道的防腐层必然受到损害，且无法进行后续修补)；如果“将错就错”，则进行沟下焊接作业时，弯头的使用量将会远远超出预定数值，导致成本提升。

2 影响油气管道山地管沟施工质量的地质与地貌因素

2.1 地质条件影响

地质因素是指管沟开挖地区的土层成分，可能会对开挖施工造成影响。根据土壤风化层厚度，可对地质条件进行如下分类：(1)覆盖层厚度如果在2.5 m(含)之上，且风化层厚度不小于2.5 m，视为I类；(2)覆盖层厚度不变，风化层厚度低于2.5 m，II类；(3)0 m＜覆盖层厚度＜2.5 m，风化层厚度≥2.5 m，III类；(4)0 m＜覆盖层厚度＜2.5 m，风化层厚度＜2.5 m，IV类；(5)无覆盖层，风化层厚度不低于2.5 m，V类；(6)无覆盖层，风化层厚度＜2.5 m，VI类[1]。进行管沟开挖施工时，技术人员必须对土壤成分进行精确测量，从而确定具体的开挖方式。

2.2 地貌构成影响

油气管道山地施工的主要特点为：跨度大、较为分散、地貌多变。

(1)管道需经过山地河流段时，需重点考虑砂土层、卵石层、碎石沉积层的沉积方式。通常而言，上述三种沿河结构层均处于十分松散的状态，直接导致管沟开挖难度大幅度提升，甚至无法成行。此外，进行设计时，技术人员还应仔细考虑河水流过时，会有何种程度的冲击力作用于管道。不仅如此，开挖过程中，河流底部常年沉积而成的泥沙共混层很容易在河水的作用下，将大量砂石、杂物卷进管道中，清理难度大，严重影响后续的使用。

(2)山地地形中，低洼地以及其他海拔较低的区域原则上应该避开，原因在于：尽管该地区是山地中相对平缓的区域，但卵石、砂砾与泥土、树枝等混合在一起。如果常年有溪流流过，便会“挤压”在一起。由于粘连性较高，开挖过程中很可能“带动一大片”，有可能引发山体滑坡、泥石流，引发安全事故。

3 油气管道山地管沟施工的技术要点

3.1 管沟开挖方式的计算与选择

油气管道开挖通常需要借助机械设备。需要人工(或计算机应用软件)进行的项目为：计算并选择管沟开挖方式与具体值。一般情况下，管沟边坡的坡度具体值确认纳入土壤类别、力学性能、开挖深度三项主要内容。

(1)如果管沟开挖深度在＜5 m，需根据是否存在载荷，载荷的类型(动态或静态)，确认管沟陡峭程度最大侧的边坡坡度。以中密碎石类土为例，如果没有载荷，在最陡峭侧边坡坡度的应为1:0.75；如果有静态载荷，则坡度为1:1.00；如果有动态载荷，则坡度为1:1.25；如果中密碎石类土的填充物主要为黏土，则无载荷、静态载荷、动态载荷对应的最陡峭边坡坡度分别为1:0.50、1:0.67、1:0.75。

(2)如果管沟的开挖深度超过5 m，则开挖过程不可操之过急，必须逐段进行开挖试验。一旦发现土壤类别发生变化，为了提升管沟强度，防止出现塌方事故，则应额外增设支撑结构，或将开挖方式转变为“阶梯行进式”。

(3)针对管沟沟底的宽度进行确认时，应按照下列公式予以计算：

式中：B为管沟沟底的目标宽度(m)；D为钢材质管道结构的外表面横截面直径(其中包含了管道的防腐层以及保温层的厚度，m)；K为管沟沟底需要额外增加的“宽裕量”，一般情况下，K的取值均为既定常数，根据管沟的深度以及具体位置、管道的材质而定。比如：①管沟的沟深为2.5 m，沟上(焊接)有水土质管沟，则K的取值为0.7 m，沟下(手工焊接)半自动焊接处管沟的K取值为1.6 m；②保持沟深条件不变，沟上焊接弯头和冷弯管处管沟的K取值为1.5 m，沟下焊接处弯头、弯管机碰口处管沟K取值为2.0 m[3]。

3.2 管沟施工期间的安全注意事项

油气管道山地管沟施工期间需要注意的安全事项如下：

(1)边坡的质量安全是重中之重，必须采用台阶式开挖法，并在开挖的同时完成“修坡”作业。此间的注意事项为：管沟的地步以及侧壁处必须严格禁止掏挖焊接用的坑洞，否则很可能导致边坡的稳定度降低。

(2)管沟开挖取得阶段性进展后，在放置管道之前，技术人员应该对沟壁的质量进行全方位、地毯式的检测，发现任何裂缝，均需及时评估该裂缝的危害程度，确保管沟不会出现塌方、局部基础不均匀沉降等事故。

(3)山地环境中溪流众多，且多地地下会有水源流过。因此，很多地段的土质相对松软。在该类地区开挖管沟时，技术人员应该注意安全挡板的使用，搭配安全支护，通过固臂作业，完成对基坑、沟槽等的埋桩加固作业。

(4)与平原不同，山地环境复杂，稍有不慎便会引发山体滑坡、泥石流、塌方等重大安全事故。因此，为了保证施工人员的安全，在管沟开挖结束后，放置管道或者进行管下焊接等作业时，首先，各操作点位必须预留足够宽敞的空间，保证危险发生时，施工人员的撤离不会遇到阻碍；其次，应建立至少两处“逃生通道”，并配以梯子、绳索等重要工具。

(5)沟下作业期间，重型设备、车辆等必须远离作业区域(重型设备的质量普遍以“吨”为单位，数十吨的重量意味着巨大的重力作用力)。

3.3 提高管沟施工质量的有效方式

为了确保油气管道山地管沟的施工质量，施工团队应围绕下列方面进行重点梳理。

(1)开挖前，对包含本文所述内容在内的，可能引发安全问题的全部因素进行深入了解。比如在山地中的低洼地地带进行施工时，针对土壤成分的检测、管沟的布设路线等，均应进行系统性的考量。待所有问题均可妥善解决后，还需纳入可能出现的极端天气情况，最终制定出行之有效的管沟开挖与管道下沟方案，使埋深、管上管下预留宽度等数值均达到预期标准。

(2)开挖前，设计工程师、监理工程师应对施工人员进行细致的技术交底，使作业人员深入了解施工期间必然遭遇的技术难点以及可能出现的突发情况，做好一切准备。

(3)保证施工期间的通信稳定性，及时告知作业人员有关注意事项。

4 结语

综上所述，决定油气管道山地管沟施工质量的主要因素为：

(1)选择合适的地段开挖管沟，既可以有效防止自然因素(雨水堆积等)对管沟进行恶性冲刷，又可以使管沟开挖、组队、焊接、下沟、回填等作业环节更加“紧密”。

(2)开挖过程应当“稳扎稳打、步步为营”，即开挖一段、完成一段的施工，每段的总长度应控制在1 500 m以内。在此基础上，抓住施工技术要点，保证施工的精细程度，可确保工程达到可靠的质量。