狭窄河谷段天然气管道开挖施工方法应用研究

李义祥

（大庆油田工程建设公司国内工程事业部西南分公司，黑龙江大庆 163000）

1 狭窄河谷段管道施工特点

在狭窄河谷段进行天然气管道的管沟开挖、运管布管施工施工需要针对性的工法，利用导流管及导流渠将河谷段截流，在狭窄河床上开挖管沟，采用连续混凝土覆盖方式稳管的施工方法已经证明是当前天然气管道施工领域最有效的方式。该工法原理是采用削峰降坡半挖半填的方式修建进场施工便道，在施工段临时搭建导流渠，在施工段两端设置临时围堰将河谷施工段截流，将河渠水抽干后，在河床上开挖管沟并进行管道布管、组焊，采用混凝土连续浇筑方式进行稳管。相较其他施工方法，该工法不仅对河谷地貌破坏的程度较小，而且解决了狭窄河谷段无施工作业面的问题，具有施工周期短、安全性高的特点，尤其适合河床为石方的地质情况。

2 施工流程及操作要点

2.1 施工流程

在狭窄河谷段的天然气管道施工中进行管沟开挖、运管布管施工的主要流程是施工便道修建→临时料场修建→导流渠修建→围堰引流→施工段河谷排水→河床清理及管沟开挖→管材倒运及布管→管道组焊、检测、防腐→区段管道单体试压→管道橡胶板外防护→漫水坝砌筑、模板安装→管沟混凝土连续浇筑→模板拆除、片石回填→块石土回填、场区平整→围堰拆除、导流渠拆除→施工便道恢复。

2.2 主要施工机具和材料

主要施工机具和材料见表1。

表1 主要施工机具和材料

2.3 操作要点

2.3.1 施工便道及临时料场修建

施工便道修建方式主要包括新建、改建、整修三种。施工前必须先进行现场地貌踏勘，并与当地村民达成共识，优先选择“整修”方式修建便道，如必须进行新建便道，则提前与村民协调好后续便道的恢复、留存意见以及地貌恢复手续，方可进行后续施工。

山坡地段新建便道采用挖掘机削峰降坡、半挖半填的方式挖填施工，便道走向按“Z”字盘绕方式进行，在适当位置加修回旋平台，为稳定凹地回填路段路基，在需填方段用袋装土袋堆码形成挡土墙，在靠近山体侧开凿临时排水沟。

施工便道路修建相关数据可根据实际情况选择，为保障设备通行尤其运管车辆通行顺畅、安全，通行路面宽度最少控制在3m以上，路面坡度控制在20°以下，转弯半径控制在8m以上。

临时料场修建需结合现场地貌，在施工便道与施工作业带间相对平缓处进行平整，搭建堆管场及临时料场。临时料场的修建标准以满足施工区段物料存放需求、满足材料转运车辆进出场便捷、满足物料存放安全为标准，具体参数现场确定。

2.3.2 导流渠修建

狭窄河谷段导流渠修建需满足以下原则：①保证河谷段水流正常排放量及施工期间的应急排放量，不影响上下游生产生活；②修建位置及修建方式合理选择，减少对地貌的改变及减少水土流失；③本着合理、经济、有效的原则，控制施工工作量及施工工期。

导流的方法主要包括安装导流管、挖设导流沟、砌筑导流渠三种，当排水量较小时，优先考虑导流管安装，当施工区段土质便于开挖时，优先选择导流沟挖设，当施工区段石方较多不便开挖时，优先选择导流渠砌筑。

需注意的是挖设导流沟时需在沟内铺设多层塑料布或防渗布，防止水土流失及导流沟垮塌。

2.3.3 围堰引流及施工河谷段排水

当导流渠修建完成后，施工段上下游利用挖沟机取土，堆筑围堰并开挖引流。根据施工区段的长短、排水量多少，提前预备发电机及排水泵数量及位置，待河谷段被围堰截断后，利用排水泵将施工段存水抽放至导流渠内外排。

需注意的是狭窄河谷段一般为周边地貌的最低点，通常会有暗流从山体岩石缝隙渗入河谷，但地表面却看不到，所以需结合实际情况计算河谷返水频率、周期，合理安排重复抽排水时间。

2.3.4 河床清理、管沟开挖

待河床排水基本完成后，挖沟机进场对施工段河床进行清理，并根据石质抗压强度检测数据，合理选择管沟开挖施工方式。

管沟开挖根据施工作业面大小、施工难度、施工工期要求等条件合理调配施工设备，通常可采用“破碎机+挖沟机”“挖沟机+转换破碎头”“人工+水磨钻机”等方式，亦可结合实际情况进行优化组合，例如：“挖沟机+转换破碎头+水磨钻机”，利用水磨钻机进行分割开槽留缝，利用挖沟机带破碎头进行石方破除分离，利用挖沟机带斗进行石方清理，达到最优效果。

管沟开挖时，开挖深度需保证河床下基岩内管顶埋深600mm以上，开挖宽度需保证管道外壁两侧至少500mm空间，管沟开挖坡度根据实际地质情况选择。

管沟开挖的土石方可根据实际情况在河床旁施工便道上平整堆放，堆放高度不能超过1.5m，堆放位置需距离沟边1m以上，部分多余石方可根据石质情况，选择外运，用于水工保护施工用料。

在管沟开挖过程中，由于岩石缝隙渗水，需合理安排抽水频率。

2.3.5 管材倒运及布管

管材可利用运管车通过修建的施工便道，运送至临时料场存放，待管沟开挖及土石方平整转运工作完成后，利用挖沟机背管，进行施工区段的管材运布管工作，针对狭窄河谷段的地下水多，沟内作业面狭小，施工工期短的特点，采用沟上布管的施工方式进行施工。

2.3.6 管道组焊、检测、防腐

管道采用沟上组焊、无损检测，整体下沟，沟下补口、电火花检漏的方式进行施工，管道焊口100%进行RT检测，检测合格后利用多台挖沟机吊装整体下沟，管道下沟前在沟下提前堆筑好土袋，管道下沟就位后，所有焊口进行100% UT检测，检测合格后，进行焊口补口，河床段管道补口完成后，整体进行电火花检漏，检漏合格后，在管道外壁通包δ10橡胶板进行管道防腐层保护。

2.3.7 管道单体试压

狭窄河谷段需进行单体试压，试压标准按 GB 50369—2014规范要求执行，需注意的是试压用水可就地从导流渠内取水，试压排水可就地排放至导流渠内，但取水前及排水前需在监理见证下对水质进行取样化验，合格后方可进行后续施工，同时清管测径必须符合相关要求。

2.3.8 漫水坝砌筑

为防止河床因施工后土质松动造成水土流失，在管道试压完成后，在河谷段每间隔30m设置1处漫水坝，漫水坝采用浆砌石方式施工，对施工区域河床进行清理，将漫水坝基础砌筑在河床底部基岩上，漫水坝墙体嵌入河床两端堤岸至少500mm，根据河谷实际排水量，适当选择漫水坝外露河床以上的高度，通常控制在500～800mm，漫水坝砌筑时石块间需坐浆饱满，外勾皮带缝。

2.3.9 连续混凝土浇筑稳管

采用石砌方式或支木模方式进行模板安装，模板内部尺寸宜为高度超出管顶610mm，宽度1 500mm。混凝土采用商砼，可根据实际情况对便道进行修缮或铺设钢板，确保商混车通行。混凝土浇筑前必须进行工序交接并签字确认，尤其管道定位测量复测、管道电火花检漏、通信硅芯管套管安装检验工作是重点。

2.3.10 片石回填

待混凝土养护2～3d后，拆除模板，对河床底部管沟开挖区域与混凝土浇筑区域的空隙处采用片石进行回填，并在片石的空隙处注入水泥砂浆填充，以保证河床的稳定及管道的安全。

2.3.11 河床恢复

利用块石、碎石、河流石及土分层回填，对河床进行恢复，恢复完成的河道需与当地村民共同确认，达成一致后方可进行后续施工。

2.3.12 围堰拆除、导流渠拆除

河床恢复工作完成后，在施工段上下游，利用挖沟机进行围堰拆除、引流工作，待河谷水流恢复正常后，再进行导流渠的拆除，拆除的建筑垃圾运至指定地点存放。

2.3.13 施工便道恢复

按施工前与村民协调好的施工便道恢复、留存意见进行后续地貌恢复，需注意的是通常山坡段的施工便道在施工完成后无法进行原貌恢复，都进行保留，作为村民后续生产生活的通道，施工前的路由选择必须与村民沟通，达成一致后方可施工。

3 全过程节点施工控制

3.1 质量控制措施

（1）实施质量绩效考核，按照质量考核奖罚细则，奖励质量创新和对提高质量有突出贡献的人员，施工班组实施优质优价工资政策，通过对工程实体质量一次合格率的考核，以质检人员在施工任务单上加乘质量系数的方式，对施工班组进行奖罚。具体奖罚措施根据企业工程质量绩效考核管理办法实施。

（2）加强分包工程质量控制。查验分包队伍主要管理人员资质，对分包队伍进行质量管理交底，明确应执行的制度和程序文件，把分包工程纳入公司质量体系控制之下，监督主要管理人员到位和履职情况，对分包工程进行有效监控。

（3）严格进货检验制度，按进货检验计划安排实施检验，把住材料进场验收关，杜绝不合格原材料、设备和构配件的使用。

（4）强化过程检验，实行三工序管理，“三检制”控制，班组自检数据要标注在工程实体上，专职质检员在检查工程质量的同时，要核验班组自检的准确性和有效性，把好工程过程质量交验关。

（5）关键工序、特殊工序的作业指导书由技术员填写好发给工序作业人员，技术、质检人员负责对其实施全过程监督检查。

3.2 安全控制措施

（1）在山坡侧设置钢管防护，并悬挂醒目安全警示标识。

（2）在陡坡下，山脚下依靠可靠地势，修筑落石坑，挡石墙，防止山上滚石、落石掉落发生伤害及财产损失事件。

（3）备用多台发电机组及排水泵，预防突发山洪造成泄流现象。

（4）沿施工便道设置引、排水沟，防止积水造成便道塌陷，形成泥石流。

（5）对进场施工人员进行安全教育、培训及安全技术交底，并组织有针对性的应急演练。

3.3 环保控制措施

（1）对排放水进行取样化验，防止外排水污染环境。

（2）所有机械设备定期进行维护保养，并设置漏油收集桶，防止油污污染环境。

（3）用电动三轮车拉水，派专人定时对施工便道进行洒水，防止扬尘污染环境。

（4）在施工区段放置垃圾桶，定期回收，防止垃圾污染环境。

4 应用实例及效果

2018年大庆油田工程建设公司承担施工了楚雄-攀枝花天然气管道工程的AE140-AE142桩恩就山河谷段施工，恩就山河谷段属于典型的狭窄河谷段，如采用常规的“围堰+引流+大开挖”施工方法则必然会对环境造成较大的破坏且影响施工工期，导致施工成本居高不下。而通过利用导流管及导流渠将河谷段截流，在狭窄河床上开挖管沟，采用连续混凝土覆盖方式稳管的施工方法，施工效率得到了大幅提升，与通过常规方法模拟演算对比，该工法至少可以缩短15d的施工周期，不仅可以有效降低施工带来的各种安全与环境风险，满足业主对工程的严苛要求，而且可以有效降低施工成本，提高工程项目效益。

以恩就山河谷段天然气管道施工为例，本工法同传统的施工方法的成本对比如表2所示。

表2 本工法同传统施工方法成本对比

5 结束语

利用导流管及导流渠将河谷段截流，在狭窄河床上开挖管沟，采用连续混凝土覆盖方式稳管的施工方法在狭窄河谷段天然气管道的管沟开挖、运管布管施工具有独特的优势。

1）与常规“围堰+引流+大开挖”施工方法相比，本工法施工作业面占用小、施工周期短、安全性高，对河谷地貌破坏的程度较小。

2）与常规“围堰+引流+大开挖”施工方法相比，在石方段破碎开挖及施工作业面平整开挖上能有效0缩短工期，软件模拟及实际应用应用表明本工法施工工期至少能缩短15d。

3）与常规“围堰+引流+大开挖”施工方法相比，增加了连续混凝土稳管的工作量，漫水坝水土保持工作量，减少了施工作业面开挖的土石方作业工作量及土石方转运工作量。