浅谈沉管法在雅丹地貌地段大口径长输管道工程中的应用.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 收稿日期:2023 年 12 月 21 日 作者简介:杨成伟(1984),男,汉族,山东东阿人,兰州理工大学工商管理硕士,中国石油天然气第一建设有限公司,经济师,研究方向为工程管理。-84-浅谈沉管法在雅丹地貌地段大口径长输管道工程中的应用 杨成伟 窦 巍 陈永雷 张俊峰 中国石油天然气第一建设有限公司,河南 洛阳 471023 摘要:摘要:西气东输四线天然气管道工程项目(吐鲁番-中卫)段,起自吐鲁番联络站,止于中卫联络站,途经新疆、甘肃、宁夏 3 省,其中,第二标段位于新疆哈密市伊州区境内,全长 372.5km,为我单位施工段。管线沿途经过雅丹地貌、剥蚀缓丘及中
2、低山、山间洼地等复杂地貌,其中,起始的 30km 为雅丹地貌段,施工难度极大。本文着重阐述在管道经过雅丹地貌段时,受地形限制,采用沉管施工方式进行下沟的应用,积累长输管道途径各类地质复杂地区施工经验。关键词:关键词:沉管法;雅丹地貌;长输管道;应用 中图分类号:中图分类号:TU9 1 概述 西气东输四线天然气管道工程(吐鲁番-中卫)项目,主线路全线采用内涂层 L555M/X80M 钢管,工程设计压力 12MPa,管径 1219mm。我公司承建的第二标段位于新疆哈密市伊州区境内,全长 372.5km。管线沿途经过雅丹地貌、剥蚀缓丘及中低山、山间洼地等复杂地貌,其中,起始的 30km 为雅丹地貌段
3、,施工难度极大。受地形条件影响,个别区域位于两座山丘中间,吊管机无法进入,且山丘间受天山融雪影响,均为角砾层形成的冲沟,地面承载力差,管沟开挖后,沟边机械震动极易造成塌方风险。根据以上情况,对此类地段,我公司采用沉管的方式施工。该施工方法在西气东输三线管道的施工中已得到有效的应用,同时,在本工程中也得到了有效的证实,积累了丰富的雅丹地貌地段沉管下沟施工经验。2 施工方法 2.1 定义 沉管法是利用挖掘机在管道底部直接挖沟,使得钢管徐徐沉入沟底达到设计埋深的施工方法。2.2 施工工序 施工准备测量放线防腐层检漏沉管下沟管沟回填水工保护地面检漏三桩埋设地貌恢复清理现场。2.3 钢管应力计算 沉管法
4、与一般正常方法下沟最大区别在于,通过在管道两侧开挖管沟,依靠管道自身的挠度贴附于管沟底部,完成整个管段的下沟,这样就会使得管道在完全贴附于管底之前,管沟底接触部分与自然地面搭接部分之间管段处于悬空状态。2.3.1 强度计算 通过对管线的管道的每米长的重量、管线的弹性模量、截面惯性矩、管线的刚度及连续管线的支撑下允许产生的最大弯矩计算,可以得出管线支墩的间距的允许最大值。只要管沟开挖时管线悬空段不超过管线支墩的间距的最大允许值,就能满足强度要求。通过计算,沉管段沉管下沟支撑管线的土墩间距只要小于 224 米都能保证管线的强度。2.3.2 管线变形计算 根据公式 EJ(d4y/dx4)=q(x)(
5、1)EJ.Q(x)=x.q(x)+C1 (2)EJM(x)=1/2.x2.q(x)+C1。X+C2 (3)EJ(X)=1/6.x3.q(x)+1/2.C1.X2+C2.X+C3 (4)EJY(X)=1/24.x4q(x)+1/6.C1.。X3+1/2.C2 X2+.+C3 X+C4 (5)边界条件:X=0 时 C1=R(R 为 O 点处的地面对管线的支反力)R=1/2.q.l 当 X=0 EJ(d3y/dx3)=0(O 点处的管线的剪力)当 X=0 EJ(d2y/dx2)=0 (O 点处的管线的中国科技期刊数据库 工业 A-85-受到的弯矩)当 X=0 EJ(dy/dx)=C3 C3=0(O
6、点处的管线的受到的与水平方向夹角的正切值)当 X=0 EJY(X)=C4 Y(X)=h(O 点处的管线的开沟的深度)EJY-EJh=1/24 qx4+1/12Lqx3 当 X=L 时候 Y=0 48EJhLq 结合西气东输四线天然气管道的相关技术参数,经计算,h=3m 时,管线的弹空段为 58.08m;h=3.5m时,管线的弹空段为 60.40m;h=4m 时,管线的弹空段为 62.43m;h=5m 时,管线的弹空段为 66.00m。图 1 力学计算模型 由此得知,不同的管沟开挖深度所引起的管道的自然弹空段长度不同,在这种弹空状态下开沟是没问题的,但要注意管线的稳管,防止管线的移位而发生意外情
7、况。2.3.3 计算说明 管道的计算是按照弹性力学理论计算的,沉管时,管线是存在轴力的,为了简化计算,本计算没有考虑管线的轴力作用的影响。2.4 施工准备(1)施工前应先熟悉设计图纸,勘查现场,掌握所要经过沙丘的地形、地貌、地层地质情况。(2)管线焊接前,应由技术人员依据图纸、现场踏勘或通过探测仪来查明管线所经过的区域里是否有管道、电缆、光缆等地下障碍物,如果存在以上障碍物,根据施工需要进行留头。(3)对施工机械进行检修和保养,保证其状态良好。(4)对施工工人进行技术交底,使其掌握施工技术要领、质量、及安全环保要求。(5)施工前期,为防止设计文件与现场实际不符,根据地质情况需进行探坑开挖,每
8、100m150m开挖一处,以确认地质情况是否符合沉管条件。2.5 测量放线(1)我公司雅丹地貌段施工区域位于新疆著名的“百里风区”内,风沙较大,定位桩使用红色信号旗,雅丹地貌起伏较大的地段增加定位桩密度并使用RTK 进行定位。(2)首先测量出线路中线,再测量出作业带边线,作业带宽度:焊接作业控制在 26 米以内,全自动焊接控制在 28m 以内。为了防止风沙淹没标志桩,可使用钢管插红旗做标志桩,中线每隔 100 米插一个,边线适当加大距离。(3)采用 CAD 进行测量成果图绘制,并记录原始地貌,为地貌恢复提供依据,对起伏变化较大的山丘使用挖掘机进行整平。2.6 防腐层检漏 沉管下沟前,需对施工段
9、防腐层补口、补伤情况重新检查,若防腐层检测出有漏点,应立即进行修补。2.7 沉管下沟(1)沉管下沟之前,应提前 48 小时通知现场监理到场全程旁站监督。(2)沉管下沟之前,采用白色自喷漆在管子上注明设计开挖深度,以保证管道按照图纸设计要求进行沉管下沟。(3)管道沉管下沟应由挖掘机机操作手、安全员、质检员、测量员、沟下清理人员、防腐工配合完成,并应由专人统一进行指挥。(4)随着管沟的开挖,管道依靠自身重量,自然沉降至管沟底部,完成沉管下沟施工。不应采用推、橇、压等方式下沟。管道下沟后,管道应与沟底表面贴实,不得出现悬空;当天停工时,支撑位置不应有焊口,以防对焊口造成损伤。(5)开挖过程中防腐层的
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