長輸管道螺形地錨施工工法

1、長輸管道螺形地錨施工工法中國石油天然氣管道局編寫人 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；管道在運營期間的振動易導(dǎo)致管道產(chǎn)生較大的應(yīng)力,甚至造成管道破裂。因此要保證長輸油氣管道長期安全運行,管道的浮力控制是一個非常重要的問題。泰國Wang Noi - Kaeng Khoi天然氣管線工程全長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、運輸量大、安裝困難等諸多問題,此工藝施工方便快捷、而且工程

2、造價低，是一項經(jīng)濟、適用的施工方法。管道地錨技術(shù)于2008年初獲得了國家專利認可，為今后推廣應(yīng)用此項技術(shù)提供了保障。2工法特點2.1 采用專用設(shè)備進行施工，施工安全快捷、效率高；2.2 螺形地錨重量輕，存儲占地少、運輸方便；2.3 地錨深入地下，浮力控制效果好，可通過改變安裝深度，滿足不同的管徑對浮力控制的要求，適用性強； 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，其原理是當管

3、道穿越高水位地段時，為防止管道施工完畢后地下水對管道產(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，從而控制地下水對埋地管道的浮力。每根地錨上聯(lián)結(jié)一個鋅塊作為犧牲陽極，保護螺旋地錨不被腐蝕。 圖4-1 地錨開始安裝 圖4-2 地錨安裝完成5施工工藝流程及操作要點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備測量定位安裝螺形地錨頭安裝延長桿安裝固定帶檢查扭矩檢查扭矩不符合要求安裝犧牲陽極拉力實驗拆除地錨填寫質(zhì)量檢查表 圖5.1 地錨安裝工藝流程圖5.2 操作要點 施工準備1由專業(yè)技術(shù)人員到現(xiàn)場培訓(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、扭矩表、液壓挖掘機、吊裝設(shè)備和拉力表。地錨機的扭矩必須能夠滿足設(shè)計要求；扭矩表的量程應(yīng)大于或等于地錨機扭矩值；液壓挖掘機為地錨機提供足夠動力源；吊裝設(shè)備用于拉力試驗，檢驗地錨承受的拉力值；拉力表的量程滿足地錨抗浮的設(shè)計要求。圖 安裝地錨機3拆除挖掘機的挖斗，將地錨機安裝到挖掘機上，并連接挖掘機上的液壓管與地錨機上的液壓接口，使挖掘機挖斗的前伸動作變?yōu)榈劐^機的順時針旋轉(zhuǎn)，后縮動作變?yōu)榈劐^機的逆時針旋轉(zhuǎn)。將扭矩表安裝到地錨機的外側(cè)，便于操作人

5、員觀察表面數(shù)據(jù)。5.2.2 測量定位1平整施工場地，地錨設(shè)備就位，調(diào)配適量螺形地錨及附件進入現(xiàn)場。2根據(jù)管徑大小及地質(zhì)條件，計算浮力大小，進行地錨定位，測量出地錨安裝位置。地錨設(shè)備的配備應(yīng)根據(jù)管線浮力控制點的數(shù)量進行調(diào)整。附：浮力控制計算1）根據(jù)公式-1計算出單位長度管道的浮力凈值。Fn= BpWp ( -1)式中 Fn單位長度管道浮力凈值；Bp單位長度管道承受浮力，Bp=每米管道體積×回填土密度；Wp單位長度管道自重，Wp=每米管道鋼材體積×鋼材密度。2）計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，地錨受力計算如下：=9470N/m；=3253N/m；單位長度浮力凈值：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上；2操作手操控挖掘機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，溝內(nèi)作業(yè)人員要指揮操作人員調(diào)整挖機斗臂，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)達到設(shè)計要求的旋轉(zhuǎn)扭矩，則可以按照設(shè)計要求進行拉力實驗；否則加裝延長桿。附：扭矩計算公式試驗證明，地錨機的扭矩和地錨安裝后所承受的拉力成正比關(guān)系，由于不同型號的地錨機工作壓力不同，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相當扭矩值4ft.lbs。按上述浮力控制計算結(jié)果，以36管道為例計算，施工時的扭矩為Tmin= Qu/ Kt= Ps*2/ Kt=3970 ft.lbs。5.2.4 延長桿的安裝1將延長桿一端與地錨機相連，另一端和已經(jīng)旋入地下的螺形地錨頭錨桿末端連接 （見圖）。管線鋅陽極連接頭連接頭延長桿螺形地錨頭安裝深度按照規(guī)范要求并達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條方式旋入延長桿，直到延長桿末端距離溝底300mm的位置。3觀察扭矩表，如果已經(jīng)達到設(shè)計要求的扭矩，則可按照設(shè)計要求進行拉力實驗；否則繼續(xù)增加延長桿，直到達到計算要求的扭矩值。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)旋進管道兩側(cè)地錨，牢牢束縛住管道。 5.2.6 安裝犧牲陽極圖 鋅陽極鋅陽極采用犧牲陽極法對地錨進行陰極保護，每根地錨上端安裝一塊鋅陽極，其大小應(yīng)符合設(shè)計要求。5.2.7 填寫質(zhì)量檢查表地錨安裝施工完成后，質(zhì)量員核對每個地錨安裝記錄值，包括：安裝扭矩值、地錨類型、安裝深度、延長桿的長度和根數(shù)，并填寫質(zhì)量檢查記錄表。

10、5.3 勞動組織表5.3 勞動組織序號崗 位人 數(shù)備 注1機組長1負責(zé)整個地錨安裝的管理、協(xié)調(diào)2技術(shù)員1負責(zé)安裝現(xiàn)場施工技術(shù) 3質(zhì)量員1負責(zé)質(zhì)量監(jiān)督工作4HSE監(jiān)督員1負責(zé)HSE監(jiān)督工作5操作手1負責(zé)設(shè)備安裝及地錨的組裝6普工4配合施工7司機2平板車、自卸車各1人合 計116主要設(shè)備、機具配備表6 主要設(shè)備、機具配備序號名稱規(guī)格、型號單位數(shù)量備注1液壓挖掘機根據(jù)要求確定型號臺12地錨頭根據(jù)要求確定型號臺13扭矩表根據(jù)要求確定型號個14平板車30t輛15吊臂自卸車5t輛16吊裝設(shè)備40t吊管機或25t汽吊車臺1僅在拉力試驗時使用 質(zhì)量標準7.1 執(zhí)行標準7.1.1鋼制品機械測試的標準試驗方法和定

11、義A0370-05。7.1.2油氣長輸管道工程施工及驗收規(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 控制措施按標準規(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。在試驗期間，如拉力值不變或地錨無變形則試驗為合格，反之則為不合格。若

12、試驗不合格則安裝延長桿，增大地錨的安裝深度，然后繼續(xù)做拉力試驗直到合格。地錨的拉力試驗需要用吊車或吊管機，拉力表需要有校驗合格證。做拉力試驗卡具的額定受拉能力應(yīng)大于試驗拉力負載。對于每一個已安裝的螺形地錨,應(yīng)適當確定和計算最終的安裝扭矩并記錄。地錨安裝負責(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。地錨拉力試驗時需記錄試驗時間，試驗拉力值和觀測結(jié)果。8安全保護要求8.1 施工前，對相關(guān)操作人員進行技術(shù)、安全交底，并進行小型安全演習(xí)，保證每個操作人員熟悉操作規(guī)程、流程；8.2 所有操作人員應(yīng)做好勞動保護，由于地錨安裝時會發(fā)出刺耳的聲音，操作人員應(yīng)配帶耳塞進行防護；8.3 正確擺放地錨桿,

13、防止人員不慎碰傷，必要時設(shè)置隔離帶；8.4 設(shè)專職人員檢查管溝,防止塌方對地錨作業(yè)人員的傷害；8.5 與施工無關(guān)的人員應(yīng)遠離施工現(xiàn)場。8.6 施工過程的風(fēng)險分析表如下表：風(fēng) 險（危害）產(chǎn)生原因影響危險等級控制范圍控制措施漏油污染環(huán)境地錨機、挖掘機及運輸設(shè)備油管爆裂、密封損壞等。機械傷害挖掘機旋轉(zhuǎn)作業(yè)對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)備滑落等危險因素。對人及設(shè)備造成危害3施工人員、設(shè)備施工前現(xiàn)場負責(zé)人必須嚴格仔細地勘察現(xiàn)場情況，下溝時應(yīng)有扶梯，扶梯安放應(yīng)穩(wěn)固，施工人員必須嚴格穿戴勞保用品及安全帽。塌方嚴重地段采取打鋼板樁加支撐的方式確保溝下作業(yè)安全。車輛運輸車輛發(fā)生交通事故對

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?shù)伛{駛員了解當?shù)剡\輸?shù)穆窙r及駕駛特點、當?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程中，不可避免的與其它施工工序交叉作業(yè)，就會產(chǎn)生交通危險，施工設(shè)備對其它工序施工人員的危害等危險。對人和設(shè)備造成危害4現(xiàn)場全部人員在現(xiàn)場作業(yè)時做好警戒，防止對其它工序作業(yè)人員和監(jiān)理造成傷害，兩工序作業(yè)帶內(nèi)交叉時互相避讓，做到文明施工，進行地錨作業(yè)時做好警戒，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)積水較多時必須抽凈積水再進行施工作業(yè)，不作業(yè)帶內(nèi)積水較多的地段施工時應(yīng)做好安全防護，防止人員和設(shè)備掉落水中，做好人員溺水的自救培訓(xùn)和救護培訓(xùn)。表8.6 地錨安裝作業(yè)HSE風(fēng)險分析表9環(huán)保措施9.1 施工期間專（兼）職HSE監(jiān)督員對工程施工期間進行環(huán)境管理，其管理的內(nèi)容主要是根據(jù)上級有關(guān)環(huán)保管理規(guī)定和施工項目特點制定的環(huán)境保護措施，并對作業(yè)現(xiàn)場實施監(jiān)督檢查。9.2 施工過程產(chǎn)生的工業(yè)固體廢棄物隨時清理回收，做到工完、料凈、場地清。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 地錨施工臨時占地（如堆放錨桿、停放機具設(shè)備等），應(yīng)盡量避免占用農(nóng)田、綠地、草

16、場；施工便道盡量利用已有道路，固定行車路線。9.4 加強設(shè)備的維修保養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)漏油及時處理，維修時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、施工費用高。而采用此種方式進行浮力控可減少投入，降低成本。以泰國Wang NoiKaeng Khoi天然氣管道項目為例，地錨與壓重塊浮力控制措施對比如下：表10-1 地錨與壓重塊浮力控制措施對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用于存放壓重塊運輸量每運輸10公里地錨需3車次每運輸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)濟對比如下:表10-2 地錨安裝和壓重塊安裝經(jīng)濟對比表地錨壓重塊每公里需用量34套208塊單位造價8000元/每套2800元/每塊造價合計27.2萬元58.24萬元通過對比，我們可以看出地錨比壓重塊安裝造價節(jié)省了53%，地錨安裝更加經(jīng)濟。泰國Wang NoiKaeng Khoi天然氣管道項目中約有32公里水網(wǎng)地段須進行浮力控制。地錨實際安裝1090套，采用地錨浮力控制工藝，每公里降低造價31.04萬元，共節(jié)約工程造價993.28萬元。地錨施工工藝簡單，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)濟上效益突出，而且在環(huán)境保護、安全、質(zhì)量等方面效果顯著。11應(yīng)用實例2005年12月8日 2006年10月20日，中國石油天然氣管道第二工程分公司在泰國Wang NoiKaeng Khoi天然氣管道項目建設(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