远距离大直径工业管道自重变位下置铺设直埋施工技术.docx

远距离大直径工业管道自重变位下置铺设直埋施工技术

1.前言

近年来随着城市化进程的加快，加之人们环境意识的增强和对生活质量提高的关注，无论在人稀罕至的地区还是城市当中，地下管道工程越发普遍，特别是石油、天然气等介质输送管道工程，若采用大开挖沟下焊接施工工艺，不仅大范围的需要占用土地，造成环境破坏还易发生安全隐患。一方面大开挖沟下焊接需要对边坡进行支护，防止坑坍塌事故，另一方面成本加大，如何解决面临的两难问题是摆在行业面前的重大课题。为保证工程顺利推进，采用长输管线原位组对焊接后利用重力变位双侧沉管的施工工艺，在保证安全和质量的前提下，达到了节约支护成本、保证了支护安全、缩短了施工工期，实现了高效、节约、绿色发展的目标。

2.技术特点

2.1利用自重变位下置铺设施工技术，避免了地下埋置管道传统施工工艺先下管后焊接的沟下作业危险，和先焊接后下管的复杂应力作用，提高了施工效率，保证了施工安全，降低了施工成本。

2.2长输管线主线接头主要采用下向焊焊接工艺，比采用传统上向焊焊接工艺，不仅提高了焊接效率，降低了施工成本，且焊缝成形质量美观，减少了焊缝缺陷。

3.适用范围

可广泛应用于石油、天然气等介质长距离输送管道等建设领域大规模推广应用。技术适用范围：利用钢管为载体的管道；地质条件复杂的砂土地带。

4.工艺原理

地面焊接完成后，采用符合技术参数的2台反铲挖掘机，沿管道一端开始，在管道两侧各一台挖掘机按规定宽度、放坡率、深度同步后退式进行管沟土方开挖，随着开挖管沟的延长，管道底部出现悬空状态，组装好的管道在自重力的势能作用下控制在铅垂平面内产生向下变位，实现了管道段逐渐下置铺设于沟底并自然伸直。

5.工艺流程及操作要点

5.1施工工艺流程

施工工艺流程见图5.1-1所示。

图5.1-1施工工艺流程图

5.2操作要点

5.2.1场地清表

正式作业前，根据业主征地线内进行作业带清理（清表）。一般地段施工作业带清理、平整采用推土机进行，在施工作业带范围内，对于影响施工机具通行或施工作业的石块、杂草、树木、构筑物等清理干净，沟、坎整平，达到爬行设备能行走为准。

施工过程中最大程度的推平、压实，为后期作业打好基础。

5.2.2管沟中线定位

清表作业完成后，测量人员进行管道中心线的确定（即管沟中心线的确定）。为了满足管道数字化坐标的要求，对管道沉管下沟后中心坐标应严格控制。为此，对计划沉管的地段，提前确定好管沟中心线和布管焊接中心线。

依据图纸纵断面深度、里程与管道对应的具体位置要做好深度标记，特别是重点陡坡、低洼地段、沟渠地段开挖曲率半径应符合设计要求。

变坡点起点里程、深度，变坡点终点里程、深度等都要在管道醒目位置做好标记，为操作手和检查人员提供现场技术数据。

5.2.3管道布管

管道中线确定后，进行布管，选择相邻阀门井间距的中点做为起始点，沿相反方向逐节将管材进行布管，布管时应首尾相接，相邻管口应相互错开。管道应卸放在管道组对一侧，布管的间距应与管长基本一致，每布15～20根管应核对一次距离，发现过疏或过密应及时调整。见图5.2.3-1所示。

图5.2.3-1布管平面示意图

5.2.4管道组对焊接

管口组对选用液压外对口器，对口间隙2-3mm。管道组对后，先点焊固定，在完成大于根焊道总长度的60%，且焊完的焊道应沿圆周均匀分布方可撤离。

根焊2人，填充、盖面焊2人，对称焊接。根焊与填充焊间隔：＜10min；层间温度：≥80°。每焊完一层，用钢丝刷和角向磨光机清理干净焊道表面后方可进行下一层焊接。管道组对焊接如图5.2.4-1。

图5.2.4-1管道组对焊接

5.2.5自重变位下置铺设

1、对于管道焊接位置不满足沉管要求的要将管道位置重新进行调正。为了防止管墩下沉，避免在开挖过程中造成局部管段下滑移位，因此，在进行沉管前，根据情况对管道进行适当的位置调正。

2、沉管下沟前应满足的条件：管道焊接、无损检测已完成，并检查合格；防腐补口、补伤已完成，经检查合格；现场监理及业主对将沉管下沟段检查确认同意。

3、双侧沉管可行性计算

1）建立沉管施工的受力模型

管道下沟的示意图，见图5.2.5-1，其受力状态可以简化为受均布荷载的超静定梁模型如图5.2.5-2。

图5.2.5-1管道下沟示意图

图5.2.5-2受均布荷载超静定梁模型

2）力学分析计算

支座反力FRB和均布荷载q在支座处产生的变形之和为零，因此

（5.2.5-1）

可得公式5.2.5-2、公式5.2.5-3。

（5.2.5-2）

（5.2.5-3）

由材料力学可知，由B点处的力矩平衡

∑MB=0 （5.2.5-4）

可以求得：

L1=0.586LL2=0.414L

A截面的弯矩

（5.2.5-5）

B截面的弯矩

（5.2