柳桂成品油管道水下挖沟沉管施工技术

柳桂成品油管道水下挖沟沉管施工技术
胜利油建八分公司吕兴亮崔国敬赵玉梅
一、前言：
在西南成品油管道工程施工过程中，经常遇到一些不能进行定向钻穿越施工的河流，下面以柳州—桂林成品油管道工程中遇到的茅江河为例，介绍一下水下成沟沉管穿越施工技术，该技术一般适用于常年有水，河道较宽，河水较深，不具备导流围堰条件和定向穿越的河流。

二、工程概况
茅江河，河岸宽120m，水面宽80m，枯水期水面宽69m，枯水期水深2.8m -3.8m，雨季水深5m以上。

管线经过河床地表由砂砾层、灰质页岩组成，大粒径砾石多，透水性强，易塌方，且两岸高差大，难以进行定向钻施工，只能进行开挖施工。

因水流大、施工长度大，为开挖、围堰施工带来了很大不便。

三、施工方案：
1.方案简介
茅江河沉管穿越长度80m，水面宽度69m，最深处水深3m。

管线采用特加强级3PE防腐直缝埋弧焊钢管φ273.1×7.1。

沉管方案就是利用挖泥船将水下部分的管沟开挖好，由潜水员将管沟填砂刮平，管沟整体验收。

水下部分的管线在岸上预制好，经检测、试压合格后安装环形配重块并在管道外侧周圈包扎橡胶皮、竹片，牵引船将管线在水中拖运，沉管，最后对管道进行填砂敷盖、回填原
砾石层。

2.具体施工方案
2.1测量放线
采用GPS全球定位仪进行基线控制、水域测量和挖槽底标高控制，用全站仪全天候跟踪挖泥船的定位工作。

并根据已知的水准点和控制点，在陆域上引测出测量基线，设定测量控制网。

2.2穿越段管道预制工作
（1）回拖用管道的组对焊接：管道环向焊缝的焊接采用手工焊，为保证焊接质量，保证管道的安全运行，要求对焊缝作100% 超声波和100％X射线检查。

管道焊接采用向下焊焊接工艺，现场的焊接严格按现行国家规范《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》GB50236执行。

管道对接接头形式、焊条及焊丝规格、焊接工艺要求严格按焊接工艺说明书的要求执行，预制段管道长度为90米。

（2）管道试压：管道试压按《油气长输管道工程施工及验收规范》执行，大中型河流单独进行试压，其试压按《油气输送管道穿越工程施工规范》GB50424-2007及《石油天然气管道跨越工程施工及验收规范》SY0470执行，强度试验压力为1.5倍设计内压力，稳压时间4h，严密性试验压力为1.0倍设计内压力。

稳压时间24h。

（3）防腐补口、电火花检漏
清管试压合格后进行防腐补口工作，除锈等级为Sa2.5级，补口工作完成后进行电火花检漏，以合格为标准。

以上工作完成后沿管道周圈缠绕厚度为8mm的橡胶板、竹片，用
8号铁丝固定后按照设计要求加设好环形配重块。

2.3水下管沟开挖
水下管沟基岩边坡为1：0.5、砂卵石边坡为1：1，开挖时用经纬仪或全站仪定位、测量水深。

施工时，严格控制水下管沟开挖的深度，建立水尺测量工作船水面高程，计算管沟底标高并以1.0m为单位列表绘制管沟底标高表。

使用全站仪或测绳（如拉绳法）测定工作船舶的工作断面位置，对照管底标高表得出该工作断面的管底标高，然后由工作船舶水面高程（通过水尺读数推出）减去管底标高，计算出该断面挖深。

用测深绳绑吊跎对开挖的管沟进行测量，得出管沟挖深，再与计算出的该断面挖深进行比较来控制断面挖深。

管沟开挖后沟底宽度为4米，管沟回填后管道埋深保证最低点在管顶2.5米以上。

1、图一中水深1.7米段长度为40米；
2、水深1.7米到1.5米变坡段长度为30米；
3、剩余45米平均水深为0.8米。

2.3.1 挖泥船定位
挖泥船的移船定位采用全站仪测量定位方法，利用抛设的锚缆控制船位。

在施工水域抛设双八字锚缆，用以控制船体上、下、左、右移位，锚缆设置见下示意图：
2.3.2 水下开挖
（1）管槽在开挖前，用全站仪将管道穿越河底轴线的平面位置标出，并在两岸轴线上各埋设三个固定定位标点，设置明显的岸上标志。

水下管槽开挖时，在水面上每隔5m 左右另抛设一浮标显示中心线，作为挖泥船开挖平面位置定位的依据，并在两岸各设置水尺一把（水尺零点标高要经常检测）作为各断面开挖标高的测量依据。

水下用挖泥船进行水下开挖，用泥驳船装、运、卸。

挖泥船施工
附图：管沟回填后管道埋深、河床断面示意图
时边开挖边测水深，挖掘机操作手根据检测结果调整移位、落尺、落斗深度，严格按照管沟沟底宽度（4m）和边坡坡度进行开挖，直到达到设计要求深度。

沟槽开挖好后，应实际测量槽底高程和沟槽横断面，间距不应大于5 m，开挖完成后，采用超声波回声探测仪进行水下管槽检测，发现超挖用细砂袋填补，把偏差控制在工程规范要求之内。

在验槽后、沉管前应进行管槽水下整平，目的是使管道就位后受力均匀，整平高差。

（2）二次开挖、沟底清理
一次开挖工作完成后，组织人员钎探或潜水员下水观察照相，确定浅点的位置。

对于清挖遗漏区，直接用挖泥船进行清挖。

清理和检查直至达到要求。

（3）水下管沟的初步验收
管沟开挖完成后，利用全站仪对管沟进行检测，并通过人工抽检管沟断面的形式测量出管沟底高程。

通过与设计高程相比较，而得知开挖是否符合要求。

对于那些没有检查到管底标高的部位（局部高或底）和检查出的低于设计管底标高的部位（偏差不太大）交由下一步工序（管沟整平）来处理。

（4）管沟整平
由潜水员水下测量出管沟平整度，不平处立标杆做好标记后由挖泥船进行清理工作，整平完成后，再进行水下管沟总体验收。

（5）管沟总体验收
管沟总体验收方法与初步验收方法一样。

管底标高较高的进行清除；管底标高较低的进行补填。

反复进行直到达到要求为止。

并在能见度好时进行水下摄影。

管沟验收合格后在管沟内均匀附设两层砂袋，做好沉管前的准备工作。

2.4 沉管
2.4.1管线重量计算
（1）沉管用管道重量：
G1=26.44×σ×(φ-σ)÷1000×L=4985 kg
（2）管道在水中受到的浮力：
F1浮=G2-G1=πr2×ρ×L-4191.56=3.1416×(0.2731÷2)2×
1000×90-4191.56=5268-4985=283kg
（3）管道加设配重块的重量：设计重量150kg/块，共加设46块(回拖前加30块)
G3=150×30=4500 kg配重块密度取2500kg/m3
一块配重块的体积：V配=150÷2500=0.06 m3
配重块受到水的浮力：F2浮= 0.06×45×1000=2700 kg
（4）能够使管道漂浮在水面上的外加浮力：
G1+G3- F1浮- F2浮=4985+4500-283-2700=6502kg
管道回拖中挖泥船对管道向上的吊力为3000 kg
通过以上计算得知需外加浮力为4000 kg浮筒（标准油桶浮筒26个）即可满足管道漂浮回拖。

2.4.2管道回拖
管线在下水拖运前，将管线两端用盲板焊上，盲板厚度为20mm，在管道端部焊接回拖点。

将管道放在26个浮筒上面，利用挖泥船和两艘辅助船进行管道就位工作，两岸分别放置一台挖掘机辅助管道就位。

回拖到位后与开挖好的管沟中心线（回拖前间隔一定距离在管沟中心线上立标杆）对应好后将浮筒绳索砍断，管道利用自身和外加配重块重量沉管。

2.4.3清管、测径
管道下沟工作完成后对管道进行清管、测径。

清管不少于两次，以开口端不排出杂物为合格。

测径板采用铝制，直径为管道内径的90%，测径板通过后以无褶皱、变形为合格。

2.5、管沟回填
（1）管道悬空处理
沉管就位后，由潜水员对管道全线进行巡视。

对于局部悬空处用细砂或砂袋补填，误差控制在施工规范要求之内
（2）管沟回填
按设计要求用细砂袋回填至高出管顶300 mm，再用原河床料回填至低于原河床面0.8 m，最后用块（卵）石回填至与原河床地貌齐平。

管沟回填示意图
四、结束语
随着公司今年来国内外市场的不断扩大，各工程项目都存在或多或少的穿越河流、沟渠工程。

而沉管穿越工程，施工成本低，可以替代围堰导流施工，为今后穿越河流、沟渠工程，特别是为在水网施工的项目，提供了一种简洁、实用的穿越方式。