天然氣管線工程施工技術(shù)及施工方案分析

天然氣管線工程施工技術(shù)及施工方案分析隨著時(shí)代的發(fā)展和人們生活方式的轉(zhuǎn)變，社會(huì)對(duì)天然氣的需求越來(lái)越大，天然氣管線工程也越來(lái)越多。我國(guó)自20世紀(jì)60年代的“巴渝線”以來(lái)，截至2014年我國(guó)已建成天然氣管道長(zhǎng)度6.2萬(wàn)千米。中國(guó)也已成為居美國(guó)和俄羅斯之后的世界第三大天然氣消費(fèi)國(guó)。天然氣管線工程包括施工的前期準(zhǔn)備，施工中期的土方工程、穿跨越工程、防腐工程等多方面的準(zhǔn)備。而在整個(gè)天然氣管線工程中，天然氣管線工程穿、跨越等工程作為核心控制工程有著舉足輕重的地位。其中穿跨越位置的選擇和方案的確定尤為重要。然而在管線工程施工技術(shù)不斷提高的同時(shí)，在施工技術(shù)的轉(zhuǎn)變和施工質(zhì)量等方面依然存在一些隱患和缺陷，制約著天然氣管道的使用效益和安全運(yùn)營(yíng)以及維護(hù)。因此，有必要對(duì)現(xiàn)有的施工技術(shù)和施工方案進(jìn)行研究分析，不斷完善我國(guó)天然氣管線工程的技術(shù)體系。我國(guó)天然氣管線工程的發(fā)展概況及特點(diǎn)1.我國(guó)天然氣管線工程發(fā)展概況利用天然氣管道輸送天然氣是陸地上大量輸送天然氣的唯一方式，早在工業(yè)革命以前，我國(guó)就率先開(kāi)始了用木竹管輸送天然氣。目前,世界上建成的各種管道的長(zhǎng)度已超過(guò)250×104km,原油、成品油和輸氣管道的建設(shè)與發(fā)展已有規(guī)律可循。管道已成為世界能源運(yùn)輸?shù)闹饕绞?其總長(zhǎng)度己超過(guò)了世界鐵路的總里程,并且在發(fā)達(dá)國(guó)家和中東產(chǎn)油區(qū)的油品運(yùn)輸現(xiàn)已全部實(shí)現(xiàn)了管道化,與鐵路、航空等其他運(yùn)輸方式相比發(fā)展得還不夠。隨著生活水平的不斷提高，我國(guó)的管線建設(shè)也越來(lái)越大。以“西氣東輸工程”為代表，在現(xiàn)有6.2萬(wàn)千米的基礎(chǔ)上，2015年我國(guó)天然氣管道長(zhǎng)度將接近10萬(wàn)公里，其中主干道和支干線的建設(shè)將達(dá)到2.5至3萬(wàn)公里，支線建設(shè)將達(dá)到3.5至4萬(wàn)公里。近年來(lái)，迅速增長(zhǎng)的天然氣需求對(duì)中國(guó)天然氣供給產(chǎn)生巨大壓力。過(guò)去13年中，中國(guó)的天然氣用量增長(zhǎng)近6倍，達(dá)1680億立方米，我國(guó)已成為居世界第三大天然氣消費(fèi)國(guó)。未來(lái)，我國(guó)天然氣用量也有望進(jìn)一步增長(zhǎng)。2014年我國(guó)天然氣消費(fèi)也保持在10%的高速增長(zhǎng)，占比一次能源進(jìn)一步增加到6.7%。隨著我國(guó)天然氣消費(fèi)步入快速增長(zhǎng)通道，配套管道運(yùn)輸建設(shè)的需求也會(huì)進(jìn)一步增長(zhǎng)。而隨著社會(huì)需求的不斷增大，我國(guó)天然氣管道發(fā)展也借鑒順應(yīng)國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，呈現(xiàn)“管徑、壓力逐漸增大，材料鋼級(jí)逐漸提高，支線觀望加速發(fā)展的特點(diǎn)。并致力于技術(shù)發(fā)展，以求早日實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。長(zhǎng)輸天然氣管線施工特點(diǎn)為了滿足社會(huì)對(duì)天然氣的需求，就要做到長(zhǎng)距離的持續(xù)性地對(duì)天然氣資源進(jìn)行運(yùn)輸。從施工特點(diǎn)上來(lái)看，天然氣資源在長(zhǎng)距離的管線當(dāng)中要保持各個(gè)部位的協(xié)調(diào)和平衡，而且要保證其上游和下游之間的銜接是一致的。下游的使用者其用氣的需求應(yīng)該更多得到滿足，從而維持整個(gè)長(zhǎng)距離輸送管線的穩(wěn)定性。而在特殊的地段當(dāng)中，進(jìn)行長(zhǎng)距離的天然氣輸送管線的鋪設(shè)與施工，則更需要注重其他地形的特殊性并且保證天然氣輸送的穩(wěn)定與安全。因此，無(wú)論是在一般的地段，還是特殊的地段，長(zhǎng)距離的天然氣輸送管線都應(yīng)該確保其復(fù)雜操作的穩(wěn)定性，其輸送的穩(wěn)定性、安全性將涉及很多層面的利益。[1]二、天然氣管線施工目前，我國(guó)天然氣管線施工主要分三個(gè)階段。施工前期這要進(jìn)行施工地址的選定，組織落實(shí)管理項(xiàng)目組等前期準(zhǔn)備。施工中期主要包括土方工程部分、焊接工程部分、絕緣防腐工程、接口補(bǔ)口工程以及其他相關(guān)工藝。施工后期主要進(jìn)行的是清管、試壓工程。三、天然氣管線工程穿、跨越等工程的施工技術(shù)在整個(gè)天然氣管線工程中，天然氣管線工程穿、跨越等工程作為核心控制工程有著舉足輕重的地位。管線的穿、跨越工程顧名思義即鋪設(shè)管道時(shí)鐵路、公路、城墻、河流等特殊地段對(duì)管道進(jìn)行地下敷設(shè)或架空敷設(shè)。一般需遵循適應(yīng)當(dāng)?shù)貤l件以及經(jīng)濟(jì)合理性原則。概括來(lái)說(shuō)主要包含穿、跨越選址，環(huán)境條件分析，穿、跨越結(jié)構(gòu)方案的研究確定三個(gè)部分。1.穿、跨越工程的選址首先是穿、跨越地點(diǎn)的比較。一般從外部條件、地形情況、地質(zhì)普查、預(yù)計(jì)管道的長(zhǎng)度以及估計(jì)的投資總額幾方面對(duì)所選擇地段進(jìn)行評(píng)估比較。然后選擇其中最合適的地段。確定好地段以后，還要考慮施工過(guò)程中加建的公路情況，周圍是否有居民以及交通情況等方面為穿、跨越方案做準(zhǔn)備。環(huán)境條件分析2.1跨越位置的水文地質(zhì)評(píng)價(jià)，應(yīng)包括下列內(nèi)容：1.跨越未知的地層含水情況及地下水位變化情況、地下水質(zhì)分析。2.跨越位置的上下游有無(wú)水工設(shè)施或規(guī)劃、儲(chǔ)水能力、最高水位及壩頂標(biāo)高等。3.跨越位置的設(shè)計(jì)洪水頻率下最高洪水位及枯水位標(biāo)高。4.跨越位置的最高流速與流量。5.跨越河流的冰凌資料。6.設(shè)計(jì)洪水頻率下的一般沖刷深度和局部沖刷深度。2.2跨越位置的工程地質(zhì)勘察報(bào)告應(yīng)包括下列內(nèi)容：1.查明橋墩和錨固墩區(qū)地層巖性、地質(zhì)構(gòu)造、不良地質(zhì)現(xiàn)象的分布和工程地質(zhì)特性。2.測(cè)試巖土的物理學(xué)特性，水和土的腐蝕性評(píng)價(jià)，提供地基基礎(chǔ)和樁基設(shè)計(jì)參數(shù)。3.對(duì)邊坡及地基的穩(wěn)定性、不良地質(zhì)的危害程度和地下水對(duì)基礎(chǔ)的影響程度作出評(píng)價(jià)。2.3勘察資料應(yīng)包括下列內(nèi)容1.應(yīng)查明河流的類型、特征、河流兩岸河漫灘及河床斷面特征，一般和局部的沖淤程度，河道變遷情況，形影設(shè)計(jì)洪水頻率的洪水位標(biāo)高和最大流速。2.跨越位置的通航等級(jí)。3.當(dāng)?shù)貥O端最高氣溫、最低氣溫、最高月平均氣溫、最低月平均氣溫、凍土深度、最大風(fēng)速、基本風(fēng)雅、積雪厚度和覆冰厚度等。[2]3.穿、跨越方案的研究首先根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況確定施工范圍以及工程地質(zhì)條件，設(shè)計(jì)過(guò)江、過(guò)河的還應(yīng)調(diào)查工程水質(zhì)條件。然后針對(duì)具體情況分析比較地下穿越和架空跨越兩個(gè)方案選擇最優(yōu)項(xiàng)。一般情況下跨越方案需要有合適的施工和跨越構(gòu)件的組裝廠地、合適架高設(shè)備或橋墩的工程地質(zhì)條件以及大型設(shè)備進(jìn)出的道路，有錨固墩和抗風(fēng)鎖的布置位置。相比穿越工程設(shè)計(jì)、施工周期短，設(shè)計(jì)過(guò)江、過(guò)河共生不需要水下勘察，能減少對(duì)環(huán)境的影響和破壞，并且能進(jìn)行景觀設(shè)計(jì)。但是后期需要檢查維護(hù)。石油天然氣長(zhǎng)輸管道通過(guò)水庫(kù)、河流、峽谷的跨越方法主要有梁式跨越、桁架式跨越、斜拉索跨越、懸攬式跨越等方式。選擇原則是根據(jù)地形、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、施工、投資和維護(hù)條件確定的。[3]油氣管道穿越的方式根據(jù)穿越水域還是天然或人工障礙物的不同改變。穿越水域主要采用挖溝法，穿越天然或人工障礙物可選用挖溝法、水平定向鉆法和隧道法穿越。其中隧道法還包括鉆爆法、盾構(gòu)法和頂管法。穿越鐵路和公路時(shí)還要考慮油套管和無(wú)套管穿越。[4]4.穿、跨越方案優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比方案穿越管道跨越管道優(yōu)點(diǎn)1.隧道內(nèi)管道不需要維護(hù)；2.通信光纜可同隧道敷設(shè)；3.維護(hù)少，可擴(kuò)容管道；4.施工占地少,施工人員少；5.節(jié)約工程材料,投資省以及應(yīng)用范圍廣,受外界環(huán)境影響??；6.不受氣候條件的影響；7.對(duì)交通影響少等。施工技術(shù)成熟，建設(shè)周期短；跨江、河工程不需要進(jìn)行述職勘察；工程對(duì)環(huán)境影響??；能跨越較大空間；對(duì)地質(zhì)要求相對(duì)較低等。缺點(diǎn)需要進(jìn)行詳細(xì)的水質(zhì)地勘察，建設(shè)周期長(zhǎng)，水下隧道風(fēng)險(xiǎn)大；選址相對(duì)復(fù)雜，對(duì)環(huán)境影響大；對(duì)地質(zhì)條件要求高；設(shè)備的運(yùn)輸和組裝都比較麻煩,有些橋梁需加固,否則拖車及吊裝設(shè)備均無(wú)法通過(guò)；5.工序環(huán)節(jié)多(如械掘進(jìn)、水力出渣、環(huán)片預(yù)制組裝等),每道工序出現(xiàn)問(wèn)題都直接影響總體工程進(jìn)度；機(jī)械掘進(jìn)與環(huán)片預(yù)制、安裝,技術(shù)要求高；施工危險(xiǎn)性較大等。后期多需重點(diǎn)巡查維護(hù)；高空作業(yè)多，施工危險(xiǎn)性較大；洪水和冰凌對(duì)樁基礎(chǔ)影響大；水下作業(yè)多,樁基施工和管橋架設(shè)難度大；管橋鋼材用量大；美觀性差等。5.當(dāng)前穿、跨越工程中存在的問(wèn)題穿跨越工程是天然氣管道施工中的重要組成部分，其施工質(zhì)量直接影響著天然氣的運(yùn)輸效果。當(dāng)前穿跨越過(guò)程中的主要問(wèn)題包括：(1)天然氣管道本體質(zhì)量和外防腐層較差，主體管道在穿跨越的施工過(guò)程中非常容易出現(xiàn)損壞，造成穿越管段的施工質(zhì)量效果欠佳；(2)穿跨越線路設(shè)計(jì)不合理，計(jì)算與分析不到位，直接導(dǎo)致在后續(xù)施工過(guò)程中穿跨越操作難度上升，造成工程質(zhì)量受到影響；(3)施工中沒(méi)有對(duì)后續(xù)的維修操作進(jìn)行安排和設(shè)置，導(dǎo)致維修難度增大。[5]6.可采取的相應(yīng)對(duì)策措施當(dāng)前主要對(duì)策應(yīng)落實(shí)全過(guò)程管理，包括強(qiáng)化設(shè)計(jì)過(guò)程管理、突出施工過(guò)程管理和完善竣工階段管理。同時(shí)在天然氣管道的施工過(guò)程中將安全管理也落實(shí)到方方面面，施工人員要將施工過(guò)程中的施工管理、進(jìn)度控制、成本控制和人員管理等貫徹落實(shí)，形成完善的安全管理體系。天然氣管線工程穿、跨越施工技術(shù)研究總結(jié)大型穿跨越管道工程作為天然氣創(chuàng)輸管道的控制性工程，選址和穿跨越方案尤為重要，線路工程應(yīng)該服從于控制性工程。大型穿跨越工程選址應(yīng)注意與已建、擬建公路、航運(yùn)、鐵路和水里等人造構(gòu)筑物以及周圍自然環(huán)境的關(guān)系協(xié)調(diào)，保持足夠的安全距離和航運(yùn)運(yùn)行高度。同時(shí)，選址應(yīng)當(dāng)考慮保護(hù)環(huán)境，特別是涉及跨越江、河的工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案應(yīng)注意保護(hù)水源。除此之外，管道穿跨越工程的位置應(yīng)有良好的工程地質(zhì)條件，有完整的巖石做塔架寄出的持力層，有合適的施工組織場(chǎng)地，充分依托可利用的醫(yī)療、交通、通信等社會(huì)資源，降低難度，節(jié)省投資。[6]五、相關(guān)法律法規(guī)一個(gè)國(guó)家在某領(lǐng)域的法律體系是否完備，標(biāo)準(zhǔn)更新是否順應(yīng)時(shí)代發(fā)展，是衡量該國(guó)家在該領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展水平的衡量標(biāo)準(zhǔn)。為了保護(hù)石油、天然氣管道，保障石油、天然氣輸送安全，維護(hù)國(guó)家能源安全和公共安全，

我國(guó)于2010年6月25日中華人民共和國(guó)第十一屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十五次會(huì)議通過(guò)《中華人民共和國(guó)石油天然氣管道保護(hù)法》，現(xiàn)予公布，自2010年10月1日起施行。管道施工設(shè)計(jì)方面，我國(guó)更新出臺(tái)了GB50251-2003《輸氣管道設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50028-2006《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》、CJJ33—2005《城鎮(zhèn)燃?xì)廨斉涔こ淌┕ぜ膀?yàn)收規(guī)范》、GB50235-2010《工業(yè)金屬管道工程施工規(guī)范》、GB50236-2011《現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、工業(yè)管道焊接工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》、GB50184-2011《工業(yè)金屬管道工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、GB50369-2014《油氣長(zhǎng)輸管道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》等。管道具體施工設(shè)計(jì)方面，又詳細(xì)出臺(tái)了GB50423-2013《油氣輸送管道穿越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50459《油氣輸送管道跨越工程設(shè)計(jì)規(guī)范》、SY／T6064-2011《管道干線標(biāo)記設(shè)置技術(shù)規(guī)范》、SY.T0420-97《埋地鋼制管道石油瀝青防腐層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》等詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)。此外，各地還根據(jù)自身情況出臺(tái)了更為適合自己的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。六、總結(jié)管道工程建設(shè)是一項(xiàng)多學(xué)科有機(jī)組合的系統(tǒng)工程,作為管道工程中重要的一項(xiàng)，天然氣管線施工工程應(yīng)全面提升工程管理水平,做到和國(guó)際慣例真正接軌，全盤考慮工程地質(zhì)、水文地質(zhì)條件等方面對(duì)施工的影響以及高度重視施工可能引發(fā)的環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題。全方位地利用國(guó)際先進(jìn)的管理方法與技術(shù)裝備，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。這將對(duì)我國(guó)石油工業(yè)在國(guó)際上樹立良好形象，使施工作業(yè)隊(duì)伍順利進(jìn)人國(guó)際管道建設(shè)的大市場(chǎng)，起到有力的促進(jìn)作用。參考文獻(xiàn)