長(zhǎng)輸管道螺形地錨施工工法

1、長(zhǎng)輸管道螺形地錨施工工法中國(guó)石油天然氣管道局編寫(xiě)人 管道二公司：譚瑞成、朱懷德、李松柏、吳海寧、姜延年1前言長(zhǎng)輸油氣管道穿越河流、澤地帶,因管道受地下水浮力影響,易造成管段懸空；管道在運(yùn)營(yíng)期間的振動(dòng)易導(dǎo)致管道產(chǎn)生較大的應(yīng)力,甚至造成管道破裂。因此要保證長(zhǎng)輸油氣管道長(zhǎng)期安全運(yùn)行,管道的浮力控制是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。泰國(guó)Wang Noi - Kaeng Khoi天然氣管線工程全長(zhǎng)72.4km，管徑為914mm，其中32km水網(wǎng)地段需要采取浮力控制措施。中國(guó)石油天然氣管道第二工程分公司有效解決了傳統(tǒng)混凝土壓塊方法存在原材料用量多、制作周期長(zhǎng)、運(yùn)輸量大、安裝困難等諸多問(wèn)題,此工藝施工方便快捷、而且工程

2、造價(jià)低，是一項(xiàng)經(jīng)濟(jì)、適用的施工方法。管道地錨技術(shù)于2008年初獲得了國(guó)家專利認(rèn)可，為今后推廣應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)提供了保障。2工法特點(diǎn)2.1 采用專用設(shè)備進(jìn)行施工，施工安全快捷、效率高；2.2 螺形地錨重量輕，存儲(chǔ)占地少、運(yùn)輸方便；2.3 地錨深入地下，浮力控制效果好，可通過(guò)改變安裝深度，滿足不同的管徑對(duì)浮力控制的要求，適用性強(qiáng)； 2.4 人員設(shè)備投入少，施工成本低。3適用范圍作為管道浮力控制的一種優(yōu)選方法，此工藝適用于長(zhǎng)輸管道穿越河流、水網(wǎng)沼澤地段，特別是連續(xù)穿越河流魚(yú)塘等地下水位高的地段；在季節(jié)性降水量大的地段或鹽漬地段管道施工也可采用此工法。4工藝原理螺形地錨作為管道浮力控制的方法，其原理是當(dāng)管

3、道穿越高水位地段時(shí)，為防止管道施工完畢后地下水對(duì)管道產(chǎn)生的浮力影響，在管溝中管道兩側(cè)分別安裝一根螺形地錨；然后利用高強(qiáng)度聚酯固定帶將管道束縛在兩根地錨中間，從而控制地下水對(duì)埋地管道的浮力。每根地錨上聯(lián)結(jié)一個(gè)鋅塊作為犧牲陽(yáng)極，保護(hù)螺旋地錨不被腐蝕。 圖4-1 地錨開(kāi)始安裝 圖4-2 地錨安裝完成5施工工藝流程及操作要點(diǎn)5.1 施工工藝流程不符合要求符合要求符合要求不符合要求符合要求施工準(zhǔn)備測(cè)量定位安裝螺形地錨頭安裝延長(zhǎng)桿安裝固定帶檢查扭矩檢查扭矩不符合要求安裝犧牲陽(yáng)極拉力實(shí)驗(yàn)拆除地錨填寫(xiě)質(zhì)量檢查表 圖5.1 地錨安裝工藝流程圖5.2 操作要點(diǎn) 施工準(zhǔn)備1由專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)培訓(xùn)指導(dǎo)施工人員、質(zhì)量

4、人員、安全人員、操作人員和機(jī)械安裝人員。培訓(xùn)內(nèi)容包括地錨設(shè)備安裝流程、地錨施工操作流程、地錨施工技術(shù)規(guī)范以及相關(guān)的HSE要求。2地錨安裝所用的設(shè)備包括地錨機(jī)、扭矩表、液壓挖掘機(jī)、吊裝設(shè)備和拉力表。地錨機(jī)的扭矩必須能夠滿足設(shè)計(jì)要求；扭矩表的量程應(yīng)大于或等于地錨機(jī)扭矩值；液壓挖掘機(jī)為地錨機(jī)提供足夠動(dòng)力源；吊裝設(shè)備用于拉力試驗(yàn)，檢驗(yàn)地錨承受的拉力值；拉力表的量程滿足地錨抗浮的設(shè)計(jì)要求。圖 安裝地錨機(jī)3拆除挖掘機(jī)的挖斗，將地錨機(jī)安裝到挖掘機(jī)上，并連接挖掘機(jī)上的液壓管與地錨機(jī)上的液壓接口，使挖掘機(jī)挖斗的前伸動(dòng)作變?yōu)榈劐^機(jī)的順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，后縮動(dòng)作變?yōu)榈劐^機(jī)的逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。將扭矩表安裝到地錨機(jī)的外側(cè)，便于操作人

5、員觀察表面數(shù)據(jù)。5.2.2 測(cè)量定位1平整施工場(chǎng)地，地錨設(shè)備就位，調(diào)配適量螺形地錨及附件進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。2根據(jù)管徑大小及地質(zhì)條件，計(jì)算浮力大小，進(jìn)行地錨定位，測(cè)量出地錨安裝位置。地錨設(shè)備的配備應(yīng)根據(jù)管線浮力控制點(diǎn)的數(shù)量進(jìn)行調(diào)整。附：浮力控制計(jì)算1）根據(jù)公式-1計(jì)算出單位長(zhǎng)度管道的浮力凈值。Fn= BpWp ( -1)式中 Fn單位長(zhǎng)度管道浮力凈值；Bp單位長(zhǎng)度管道承受浮力，Bp=每米管道體積×回填土密度；Wp單位長(zhǎng)度管道自重，Wp=每米管道鋼材體積×鋼材密度。2）計(jì)算出地錨所承受的浮力：Ps=Fn×L/2 （-2） 式中 Ps地錨承受的浮力；L地錨間距。3）確定地錨破壞

6、性試驗(yàn)承受的最大拉力Qmax，地錨的安全系數(shù)為2，如果PsQmax且Qmax/ Ps2，則地錨承受力能滿足設(shè)計(jì)要求。以36管道為例，管道直徑為914mm，壁厚14.7 mm，回填土密度1442Kg/m3，鋼材密度7840Kg/m3，地錨破壞性試驗(yàn)承受的最大拉力為180000N，地錨間距29m，安全系數(shù)為2，地錨受力計(jì)算如下：=9470N/m；=3253N/m；單位長(zhǎng)度浮力凈值：Fn= 94703253=6217N/m；地錨所承受的浮力:Ps=Fn×L/2=6217×29/2=90146N； PsQmax=18000N；且Qmax/Ps2所以地錨承受力能滿足設(shè)計(jì)要求。5.2.

7、3 安裝螺形地錨頭1將螺形地錨頭連接到地錨機(jī)上；2操作手操控挖掘機(jī)抬起地錨并使之處于垂直狀態(tài)，地面人員檢查地錨的垂直度和正確定位，管溝內(nèi)作業(yè)人員指揮操作手將地錨放到正確位置，并用鉛墜檢查是否垂直，指揮操作人員調(diào)正地錨頭； 3用地錨機(jī)將地錨頭旋入地下，直到錨桿末端距離溝底約300mm的位置。旋入時(shí)，溝內(nèi)作業(yè)人員要指揮操作人員調(diào)整挖機(jī)斗臂，保持地錨垂直，并與地錨旋入速度一致下降。4觀察扭矩表，如果已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的旋轉(zhuǎn)扭矩，則可以按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行拉力實(shí)驗(yàn)；否則加裝延長(zhǎng)桿。附：扭矩計(jì)算公式試驗(yàn)證明，地錨機(jī)的扭矩和地錨安裝后所承受的拉力成正比關(guān)系，由于不同型號(hào)的地錨機(jī)工作壓力不同，所以關(guān)系式系數(shù)也不同

8、，以采用的加拿大CYNTECH公司生產(chǎn)的地錨機(jī)舉例，其關(guān)系式如下：Qu=Kt×T （5.2.3）式中 Qu地錨承受的極限拉力,單位為lbs；Kt10ft -1(扭矩與拉力之間的關(guān)系系數(shù))；T扭矩表讀數(shù)psi，1psi相當(dāng)扭矩值4ft.lbs。按上述浮力控制計(jì)算結(jié)果，以36管道為例計(jì)算，施工時(shí)的扭矩為T(mén)min= Qu/ Kt= Ps*2/ Kt=3970 ft.lbs。5.2.4 延長(zhǎng)桿的安裝1將延長(zhǎng)桿一端與地錨機(jī)相連，另一端和已經(jīng)旋入地下的螺形地錨頭錨桿末端連接 （見(jiàn)圖）。管線鋅陽(yáng)極連接頭連接頭延長(zhǎng)桿螺形地錨頭安裝深度按照規(guī)范要求并達(dá)到最低限度的扭矩值聚酯管道固定帶圖 螺形地錨安裝示

9、意圖2按第3條方式旋入延長(zhǎng)桿，直到延長(zhǎng)桿末端距離溝底300mm的位置。3觀察扭矩表，如果已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求的扭矩，則可按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行拉力實(shí)驗(yàn)；否則繼續(xù)增加延長(zhǎng)桿，直到達(dá)到計(jì)算要求的扭矩值。5.2.5 安裝固定帶圖5.2.5 管道固定帶管道兩側(cè)地錨安裝完成后，將固定帶安裝到地錨上，繼續(xù)旋進(jìn)管道兩側(cè)地錨，牢牢束縛住管道。 5.2.6 安裝犧牲陽(yáng)極圖 鋅陽(yáng)極鋅陽(yáng)極采用犧牲陽(yáng)極法對(duì)地錨進(jìn)行陰極保護(hù)，每根地錨上端安裝一塊鋅陽(yáng)極，其大小應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。5.2.7 填寫(xiě)質(zhì)量檢查表地錨安裝施工完成后，質(zhì)量員核對(duì)每個(gè)地錨安裝記錄值，包括：安裝扭矩值、地錨類型、安裝深度、延長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度和根數(shù)，并填寫(xiě)質(zhì)量檢查記錄表。

10、5.3 勞動(dòng)組織表5.3 勞動(dòng)組織序號(hào)崗 位人 數(shù)備 注1機(jī)組長(zhǎng)1負(fù)責(zé)整個(gè)地錨安裝的管理、協(xié)調(diào)2技術(shù)員1負(fù)責(zé)安裝現(xiàn)場(chǎng)施工技術(shù) 3質(zhì)量員1負(fù)責(zé)質(zhì)量監(jiān)督工作4HSE監(jiān)督員1負(fù)責(zé)HSE監(jiān)督工作5操作手1負(fù)責(zé)設(shè)備安裝及地錨的組裝6普工4配合施工7司機(jī)2平板車、自卸車各1人合 計(jì)116主要設(shè)備、機(jī)具配備表6 主要設(shè)備、機(jī)具配備序號(hào)名稱規(guī)格、型號(hào)單位數(shù)量備注1液壓挖掘機(jī)根據(jù)要求確定型號(hào)臺(tái)12地錨頭根據(jù)要求確定型號(hào)臺(tái)13扭矩表根據(jù)要求確定型號(hào)個(gè)14平板車30t輛15吊臂自卸車5t輛16吊裝設(shè)備40t吊管機(jī)或25t汽吊車臺(tái)1僅在拉力試驗(yàn)時(shí)使用 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)7.1 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)7.1.1鋼制品機(jī)械測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法和定

11、義A0370-05。7.1.2油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范GB 50369-2006。7.1.3氣體輸送和配油管道系統(tǒng)施工規(guī)范ASME B31.8 Gas Transmission and Distribution Piping Systems。7.1.4螺形地錨程序文件Screw Anchor Procedure。7.2 控制措施按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，根據(jù)管徑大小及地質(zhì)情況不同，地錨需要承受的拉力也不相同，泰國(guó)Wang NoiKaeng Khoi天然氣管線工程，地錨需承受103.7kN的拉力并保持15秒鐘，并要求10地錨做拉力試驗(yàn)。在試驗(yàn)期間，如拉力值不變或地錨無(wú)變形則試驗(yàn)為合格，反之則為不合格。若

12、試驗(yàn)不合格則安裝延長(zhǎng)桿，增大地錨的安裝深度，然后繼續(xù)做拉力試驗(yàn)直到合格。地錨的拉力試驗(yàn)需要用吊車或吊管機(jī)，拉力表需要有校驗(yàn)合格證。做拉力試驗(yàn)卡具的額定受拉能力應(yīng)大于試驗(yàn)拉力負(fù)載。對(duì)于每一個(gè)已安裝的螺形地錨,應(yīng)適當(dāng)確定和計(jì)算最終的安裝扭矩并記錄。地錨安裝負(fù)責(zé)人應(yīng)保證最終安裝扭矩等于或者大于規(guī)定的最小安裝扭矩。地錨拉力試驗(yàn)時(shí)需記錄試驗(yàn)時(shí)間，試驗(yàn)拉力值和觀測(cè)結(jié)果。8安全保護(hù)要求8.1 施工前，對(duì)相關(guān)操作人員進(jìn)行技術(shù)、安全交底，并進(jìn)行小型安全演習(xí)，保證每個(gè)操作人員熟悉操作規(guī)程、流程；8.2 所有操作人員應(yīng)做好勞動(dòng)保護(hù)，由于地錨安裝時(shí)會(huì)發(fā)出刺耳的聲音，操作人員應(yīng)配帶耳塞進(jìn)行防護(hù)；8.3 正確擺放地錨桿,

13、防止人員不慎碰傷，必要時(shí)設(shè)置隔離帶；8.4 設(shè)專職人員檢查管溝,防止塌方對(duì)地錨作業(yè)人員的傷害；8.5 與施工無(wú)關(guān)的人員應(yīng)遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場(chǎng)。8.6 施工過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)分析表如下表：風(fēng) 險(xiǎn)（危害）產(chǎn)生原因影響危險(xiǎn)等級(jí)控制范圍控制措施漏油污染環(huán)境地錨機(jī)、挖掘機(jī)及運(yùn)輸設(shè)備油管爆裂、密封損壞等。機(jī)械傷害挖掘機(jī)旋轉(zhuǎn)作業(yè)對(duì)施工人員易造成傷害。溝下作業(yè)存在塌方、跌落、碰傷及設(shè)備滑落等危險(xiǎn)因素。對(duì)人及設(shè)備造成危害3施工人員、設(shè)備施工前現(xiàn)場(chǎng)負(fù)責(zé)人必須嚴(yán)格仔細(xì)地勘察現(xiàn)場(chǎng)情況，下溝時(shí)應(yīng)有扶梯，扶梯安放應(yīng)穩(wěn)固，施工人員必須嚴(yán)格穿戴勞保用品及安全帽。塌方嚴(yán)重地段采取打鋼板樁加支撐的方式確保溝下作業(yè)安全。車輛運(yùn)輸車輛發(fā)生交通事故對(duì)

14、人及設(shè)備造成危害4駕駛?cè)藛T地錨施工設(shè)備施工前先向當(dāng)?shù)伛{駛員了解當(dāng)?shù)剡\(yùn)輸?shù)穆窙r及駕駛特點(diǎn)、當(dāng)?shù)氐慕煌ǚㄒ?guī)和習(xí)慣，可能遇到的緊急情況和預(yù)防措施，每天檢查車況，注意休息，不超速行駛和疲勞駕駛。設(shè)備轉(zhuǎn)場(chǎng)要有車輛帶路，專人指揮。與其它工序施工相互影響在施工過(guò)程中，不可避免的與其它施工工序交叉作業(yè)，就會(huì)產(chǎn)生交通危險(xiǎn)，施工設(shè)備對(duì)其它工序施工人員的危害等危險(xiǎn)。對(duì)人和設(shè)備造成危害4現(xiàn)場(chǎng)全部人員在現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)時(shí)做好警戒，防止對(duì)其它工序作業(yè)人員和監(jiān)理造成傷害，兩工序作業(yè)帶內(nèi)交叉時(shí)互相避讓，做到文明施工，進(jìn)行地錨作業(yè)時(shí)做好警戒，防止施工設(shè)備傷害其它施工人員。溺水人員下水游泳、人員和設(shè)備掉入水中對(duì)人和設(shè)備造成危害3施工人員

15、施工設(shè)備禁止人員下河塘游泳，溝內(nèi)積水較多時(shí)必須抽凈積水再進(jìn)行施工作業(yè)，不作業(yè)帶內(nèi)積水較多的地段施工時(shí)應(yīng)做好安全防護(hù)，防止人員和設(shè)備掉落水中，做好人員溺水的自救培訓(xùn)和救護(hù)培訓(xùn)。表8.6 地錨安裝作業(yè)HSE風(fēng)險(xiǎn)分析表9環(huán)保措施9.1 施工期間專（兼）職HSE監(jiān)督員對(duì)工程施工期間進(jìn)行環(huán)境管理，其管理的內(nèi)容主要是根據(jù)上級(jí)有關(guān)環(huán)保管理規(guī)定和施工項(xiàng)目特點(diǎn)制定的環(huán)境保護(hù)措施，并對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施監(jiān)督檢查。9.2 施工過(guò)程產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物隨時(shí)清理回收，做到工完、料凈、場(chǎng)地清。施工期間產(chǎn)生工業(yè)污油、污水等廢液，設(shè)置專用回收裝置。9.3 地錨施工臨時(shí)占地（如堆放錨桿、停放機(jī)具設(shè)備等），應(yīng)盡量避免占用農(nóng)田、綠地、草

16、場(chǎng)；施工便道盡量利用已有道路，固定行車路線。9.4 加強(qiáng)設(shè)備的維修保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)漏油及時(shí)處理，維修時(shí)采取必要的措施處理收集廢油。10效益分析在輸油氣管道各種浮力控制的安裝施工中，以前采用壓重塊控制浮力，投入大、施工費(fèi)用高。而采用此種方式進(jìn)行浮力控可減少投入，降低成本。以泰國(guó)Wang NoiKaeng Khoi天然氣管道項(xiàng)目為例，地錨與壓重塊浮力控制措施對(duì)比如下：表10-1 地錨與壓重塊浮力控制措施對(duì)比表地錨壓重塊安全系數(shù)21.1間距29m4.8m存放面積每公里僅需2用于存放地錨材料每公里需60用于存放壓重塊運(yùn)輸量每運(yùn)輸10公里地錨需3車次每運(yùn)輸10公里壓重塊需200車次日工程量每天每組完成450m

17、每天每組完成300m 在1公里水網(wǎng)地段管道施工中，地錨安裝和壓重塊安裝經(jīng)濟(jì)對(duì)比如下:表10-2 地錨安裝和壓重塊安裝經(jīng)濟(jì)對(duì)比表地錨壓重塊每公里需用量34套208塊單位造價(jià)8000元/每套2800元/每塊造價(jià)合計(jì)27.2萬(wàn)元58.24萬(wàn)元通過(guò)對(duì)比，我們可以看出地錨比壓重塊安裝造價(jià)節(jié)省了53%，地錨安裝更加經(jīng)濟(jì)。泰國(guó)Wang NoiKaeng Khoi天然氣管道項(xiàng)目中約有32公里水網(wǎng)地段須進(jìn)行浮力控制。地錨實(shí)際安裝1090套，采用地錨浮力控制工藝，每公里降低造價(jià)31.04萬(wàn)元，共節(jié)約工程造價(jià)993.28萬(wàn)元。地錨施工工藝簡(jiǎn)單，節(jié)約空間，大大提高了施工質(zhì)量，保證了工期。不僅在經(jīng)濟(jì)上效益突出，而且在環(huán)境保護(hù)、安全、質(zhì)量等方面效果顯著。11應(yīng)用實(shí)例2005年12月8日 2006年10月20日，中國(guó)石油天然氣管道第二工程分公司在泰國(guó)Wang NoiKaeng Khoi天然氣管道項(xiàng)目建設(shè)中，采用螺形地錨作為管道浮力控制的措施，替代了傳統(tǒng)的安裝混凝土壓重塊的施工工藝，在短時(shí)間內(nèi)完成了32km的水網(wǎng)地段管道浮力控制施工任務(wù)。螺形