永冻土地段长输管道施工工法

永冻土地段长输管道施工工法辽河石油勘探局油田建设工程一公司1.前言中俄原油管道漠河-大庆段起于漠河首站，终于大庆末站，线路全长926.55 km,管线规格为①811。

沿线多年冻土可分为连续多年冻土区、不连续多年冻土区和岛状多年冻土区及季节性冻土。

由于位于高寒地段，冬季积雪时间长达3〜5个月，积雪厚度0.1m〜0.5m，局部达1m以上。

为避免管道施工对周围环境的影响，造成多年冻土被人为损坏，避免冻土融化对管线造成影响，这些地段需要安排在冬季进行施工。

中俄原油管道施工在我国管道史上是第一次在大兴安岭地区施工，管线经过长距离永冻土地段，第一次在极端气温下进行大管径管道焊接、防腐、管沟开挖、下沟回填等作业，从人、机、料、法、环等方面都面临诸多新的挑战。

通过中俄原油管道第八标段施工，通过本工法我们掌握了永冻土地段和季节性冻土地段管沟开挖；低温环境下设备冷启动、运转、保温；低温环境下焊接技术；低温环境下防腐工艺；这些技术措施不仅保证了施工安全和施工的质量，并提高了工效，同时减小了管道施工对周围环境的破坏，提高了综合施工管理能力，为今后永冻土地段及季节性冻土地段施工提供了可操作性技术指导。

2.工法特点1、此工法指导思想：准备充分、集中优势、方法得当、快速通过；2、管道焊接预热采用中频加热和电加热带，预热速度快，温控装置容易控制加热温度，解决了因温度骤降造成的长时间预热问题，提高了施工效率；3、防腐补口采用纯度较高的丙烷气解决了普通液化气冬季燃烧不充分的难题，提高了防腐补口的施工质量，加快了施工进度；4、管沟开挖采用大功率单斗挖掘机配合单钩挖掘机分段、分层开挖，采取人休机不休连续施工，加快施工进度，局部特坚硬地段采用爆破松动法进行开挖，综合效益明显；5、季节性冻土沼泽地段采用分层冻沉开挖，解决了管沟开挖一次难以成型问题。

6、解决了高寒地段冬季设备冷启动、运转困难问题，为管道施工提供了有力保障；7、减小了永冻土地段长输管道施工对周围环境的破坏，尤其是多年冻土环境得到了保护，避免因冻土融化造成对管线的危害。

3.适用范围用于连续多年冻土区、不连续多年冻土区、岛状多年冻土区和季节性冻土区等高寒地段长输管道冬季施工。

4.工艺原理高寒永冻土地段长输管道施工作业带清理、管沟开挖、管道焊接、管道防腐补口、保温、下沟回填等工序施工难度较大，设备运转、低温冷启动难度也较大。

本工法通过以下措施解决永冻土地段和季节性冻土沼泽地段长输管道的施工难题。

1、管线焊接必须在保温棚内进行，因高寒地带冬季施工中管线预热用普通液化气燃烧不充分，不能满足管线预热及层间加热要求，本工法管线预热采用中频加热器，层间加热采用陶瓷电加热带连续加热方式控制温度，保证高寒地段的管道焊接质量。

2、管线防腐补口、补伤工作同样因普通液化气因温度较低，在利用烤把加热过程中喷出大量的液态物质，造成燃烧不充分，因此施工中采用可以在-40C的极低气温下仍然可以充分燃烧的纯丙烷进行加热。

3、永冻土地段管沟开挖因地表冻结厚度较厚且较坚硬，施工中利用单斗挖掘机和利用改装的单钩挖掘机配合开挖管沟，具有施工简单，操作方便，缩短工期等优点。

4、季节性冻土沼泽段在11 月初作业带地表水降低后，地表土开始冻结，施工作业带具备一定的承载力，开始进行管道焊接及补口施工。

管沟开挖采取分层冻沉开挖，即在上层腐殖土冻结后具备一定的承载力，采用挖掘机将上层土剥离至含水的砂砾层位置，深度一般为1.2-1.5m，然后进行冻沉，待第二层砂砾石层没有完全冻结时，进行二次开挖，达到设计埋深要求。

5、高寒地段冬季设备启动较为困难，施工中采取增设设备冷启动装置，保证设备正常运行，施工中更换各种耐低温油品，包括机油、齿轮油、润滑油、液压油、燃油等。

5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程管沟回填流程5.2操作要点5.2.1施工准备5.2.1.1施工人员培训在施工队伍入场前，举办有关冻土基本知识、冻土施工技术和多年冻土环境保护等方面的培训班，加强全体施工人员对多年冻土和多年冻土环境特性的了解和认识，提高全体施工人员的环境保护意识和冻土工程施工技术水平。

5.2.1.2设备机具配备及保温改造1、施工机具配备1)根据施工寒季施工特点，地表冻层较厚，管沟开挖困难，施工前应提前准备开挖冻土的专用设备，即单钩液压挖掘机，将液压挖掘机单斗换成单钩，可以勾松坚硬的强风化岩石、冻结土等。

单钩用16猛钢材制作而成。

因冻层深度较深，单钩液压挖掘机应选择功率在360以上为宜，确保一次开挖成功；2)管道预热装置采用中频加热设备，确保管道焊接过程中的环境温度满足施工需要，管线层间加热采用电热带连续加热；管道预热、焊接、防腐等在自制的保温棚内进行，保温棚规格为3m x 2.5m x拆卸保温层S 50),底部铺垫有隔热板，防止热量向地面快速散失；保温棚边侧设置排风扇排烟尘，内设托盘，可以摆放工器具；在防风棚与管壁接触的马鞍形骑管处设有高弹性耐磨胶圈，可防止移动保温棚时对管道防腐层的损坏；顶端吊架设计挂钩，有效防止防风棚在焊接工程车吊起移动时的摆动；焊接挡风保温棚内设置足够的电暖气，提高焊接环境温度满足工艺要求。

多年冻土地区严寒的气候条件和恶劣的施工环境，以及冻土的特殊工程性质，施工机械必需具有如下良好技术性能：严寒的气候条件，施工机械具有良好的低温启动性能，进入冬季施工焊接设备及吊装设备安装低温启动装置；焊接工程车外部采用30mm保温被包裹覆盖，确保焊机、电站正常工作；低温条件下，机械必须操作、运行灵活，具有适应低温环境的操作和走行系统；焊接设备、吊装设备等施工机具驾驶室具有良好的采暖、保温性能；寒季平均温度-20C，为了保证设备的正常冷启动，采用如下措施：准备足够数量、适合使用的燃油和润滑油。

机油更换为C F级10W-30型机油，其有效使用温度为-30-15C；齿轮油更换为适合寒带使用的CL-5 75W重负荷齿轮油；液压油更换为适合寒带使用的HV32#低凝抗磨液压油；防冻液更换为冻点为-45C的防冻液；燃油更换为-35#柴油和特-35#，并对燃3)(1)⑵⑶⑷⑸2、1)2)3)4)5)(1)⑵⑶⑷⑸3m,见下图;焊接防风保温棚内部框架采用角钢制作，保温棚棚壁采用的是EPS保温板(可油箱增设保温加热措施。

3、施工机具、设备保温准备1)配备适应低温环境的大容量蓄电池2)配置发动机冷却液、燃油箱、燃油管路、液压油箱加热器。

3)每个施工现场设置4X 5m简易保温库用于设备的存放。

4)电焊机、发电机组等中型设备覆盖50mm 厚的保温被。

5)乙炔、液化气瓶采用50mm岩棉保温被，确保气瓶的正常使用。

4、车辆冬季保证措施1)运输队配备冷起动装置，运管车辆、汽车吊、油罐车夜间采用驻车加热系统加热、起动前采用冷起动装置进行辅助起动。

2)生产指挥车、运管车、平板拖车和汽车吊等车辆，加装驻车加热系统。

3)针对高寒地区冰雪路面问题，将投入使用的机动车辆装备寒带地区专用的防滑轮胎和轮胎防滑链。

在半挂车、平板拖车上加装自救绞盘。

4)在设备驾驶室内加装柴油取暖锅炉，在机动车辆驾驶室内配座椅加热垫，确保设备操作人员工作环境条件。

5)汽油的冻结温度为-35°C，为了保证车辆的正常工作，车辆存入暖棚。

5、设备维修保障措施1)对设备操作人员进行冬季施工设备操作规程培训，内容包括机动车和施工设备冰雪路面的行驶及操作、冬季设备的起动、冬季设备使用保养注意事项、冬季施工HSE 措施等相关知识。

2)加强检查，及时发现问题，将小的隐患消除，避免引起大的故障。

3)低温施工环境条件下需要使用的施工设备及设备零部件，和原生产厂家进行沟通，对所有零部件进行核查，验证其是否能够适应冬季低温环境条件下施工需要，如不能由厂家进行改造更换。

5.2.1.3 材料准备1、在冬季来临前备妥足够的换填料，换填料堆放在地势较高处，便于沥干水分，以保持换填料的较小含水量，并采取措施，防止换填料冻结成块。

2、提前联系好粗颗粒土取运地点，并尽可能在大雪来临前将冬季施工材料运至靠近施工作业带，并进行临时覆盖防护。

3、在测量放线完成后，及时核对弯头弯管数量和规格，尤其是冷弯弯管应在环境温度大于零度时提前预制完成。

4、提前预置灌装平衡压袋，并根据现场施工需求情况将平衡压袋及时提前拉至施工作业带。

5.2.1.4 劳保用品准备大兴安岭地区位于高寒地区，管道冬季施工人员防寒也是本工程的难点之一：1、配备套帽和棉帽：为防止耳朵冻伤配备毛线织的套头和棉帽子结合使用，规格型号根据参建员工的实际需要。

2、棉衣和皮毛棉衣：每名参建员工配备一套军用棉衣和皮毛棉衣，根据天气情况执行调配使用。

3、棉手套：电气焊工配备三指皮毛手套，其他工种配备具有防寒功能的棉毛手套，每人配备3 套。

4、棉工鞋：每人配备内胆有羊毛的大头鞋2 双，必要情况下配备毛毡靴子。

5.2.2 作业带清理1、永冻土地段施工，为保护多年冻土环境，必须在进入冬季后才能进行作业带清理施工，因此作业带清理工作应在地表土壤刚刚冻结，并具备一定承载力的时间段进行，大兴安岭地区10 月下旬为最佳时期。

2、为减少管沟开挖难度，在清理施工作业带的同时，将腐殖层或积雪堆积在管沟开挖处，以减少管沟开挖处冻结深度，减少施工难度，等管沟开挖时再移走管沟开挖处堆积物，进行管沟开挖。

3、本段线路大部地表覆盖物为塔头草，清理时将作业带范围内地表的杂草、苔藓等先行铲下，移至作业带外侧，待施工完成后，恢复地表杂草和苔藓等。

4、雪天后立即使用挖掘机配合人工清除施工道路的积雪，便于施工设备和人员的行走，以防发生人员和设备因路面滑，造成安全事故。

5、当施工作业带上积冰时，采取向施工作业通道铺垫砂石，增加作业带的摩擦力，保证施工机具、设备顺利运行。

5.2.3 布管1、在地表土未大面积冻结前且作业带具备一定承载力的情况下，采用挖掘机提前修筑管墩，避免冬季施工中管线直接放在冻土块上，造成管线防腐层破损。

2、吊装前清除钢管内外的冰、积雪、灰尘等，防止吊带滑拖，造成钢管坠落伤人。

3、吊装用尼龙吊带易结冰，使用中易发生断裂，因此，在使用时经常加热，保证尼龙吊带干爽，避免结冰，同时采取了在吊带内侧安放钢丝网等措施来防止吊管时滑管。

4、管线布管采用40T吊管机进行布管。

5、布管前确认管道的壁厚、防腐类型、保温结构同设计图纸相符。

6 在吊管和放置过程中，应轻起轻放，卸管时，不得使用滚、撬、拖拉管子的方法布运。

5.2.4管道组对1、管道组对沟上小流水采用内对口器，沟下作业采用外对口器进行组对，施工前去除管外端距管口1m范围内的冰霜和杂物及管内的所有积雪或冰霜。

避免管道焊接完成后管内积水造成冻结，给后续清管侧径造成不必要的麻烦。

2、采用火焰加热管端300-500mm范围，去除水汽。