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【摘要】山区地形复杂,管道施工经常会遇到岩石及断崖，而多断崖的情况很少见，大型机械设备无法进入，致使现场运布管困难。采用经改进的轨道布管方法解决了山区石方段断崖、多断崖及陡坡地形的管道施工难题，为管道类似施工提供了一种较为安全可靠的施工方法。
【关键词】山区 多断崖 管道施工 轨道法技术
Abstract mountainous terrain, pipeline construction often encounter rocks and cliffs, bluffs and more rare, large machinery and equipment can not enter, resulting in on-site transportation piping difficult. The use of improved methods to solve the track piping section of mountain rock cliff, cliffs and steep terrain multi-pipeline construction problems, similar to pipeline construction provides a more secure and reliable method of construction.
Key words multi-mountain cliff pipeline construction techniques orbital method
中图分类号：TE832文献标识码：A
前言
我国长输管道建设处于高峰期，经常遇到地形复杂山区，给管道施工带来困难，特别是伴随有陡坡、岩石等地表、地质坡段上有岩石断崖，大型机械设备无法进入，给现场运布管造成更大困难。
我公司在陕西省韩城市鄂东气田渭北地区煤层气10亿立方米/年处理厂工程青峰斜坡Φ508×6.4mm管线施工中，就遇到了两端有断崖的复杂陡坡地形。面对以前工程中从未遇到过的施工难题，公司组成项目技术研究课题组，对此展开技术研究工作。课题组经过对目前常见的“削方降坡施工”等六种斜坡地形管线施工方法的分析和比较，终于研究出一种投入适度、方便易行，又安全、可靠适用于大高差且长度可在百米以上,不依赖于大型设备、工装的施工方法并成功应用于该工程项目。本文主要介绍该施工方法的工艺原理与工艺方案设计。
1、工艺优点
1.1轨道布管施工方法首次应用于山区断崖、陡坡
将普遍用于隧道等受限区域的轨道布管法成功改进，并应用于山区断崖、陡坡地段管线敷设作业。
1.2施工操作方便
管道起吊、搬运施工过程均为常规作业，无需增加特殊熟悉和培训。
1.3作业安全可靠
管道起吊、搬运、焊接等所有施工程序中不存在难点和盲点，施工作业遵守相关操作规程即可保证安全。
1.4资金投入量小
施工使用设备、材料均为管线施工作业常用的，无需增加资金投入。
1.5施工周期短
管线安装前无须等待设备、材料的购买和安装准备，只需短时间对一台发送设备进行现场固定和需要长度的轨道安装，准备和施工周期短。
2．工艺原理
通过研究，该技术采用“大坡度滑动式山地运布管轨道”实现了安全、高效的运布管作业，其基本工作原理是：以工作管自重所产生的沿穿越方向的分向作用力为基础，发送设备牵引管端作为安全保障，使安装管道在“大坡度滑动式山地运布管轨道”中滑动，将管材缓慢的运送至断崖处施工作业带内，依次通过这种循环作业完成整个运布管安装工作。
3．施工工艺流程设计
根据研究的技术原理，对现场施工工艺流程进行了设计，以便于指导施工作业，施工工艺流程如下：
4.施工技术方案设计
4.1 施工准备
4.1.1.施工现场清理，平整作业带。现场确定各设备安装的合理位置，并修筑设备安装平台（主要是确定发送设备的安装位置，发送设备要安装在管沟正上方，保证设备稳定性的同时保证操作位置的方便性）。
4.1.2.修筑临时堆管场。在发送设备安装预留位置附近平整处修筑临时堆管场，用于堆放工作管，弯管及其他材料。
4.1.3.材料及设备的拉运。场地平整后，将斜坡施工所需要的工作管、弯管、做滑道用钢管、发送设备、发电机、逆变焊机等材料及设备提前拉运至现场。
4.2 管沟开挖及验收
按照设计图纸要求开挖管沟，尽量保证管沟在横向及纵向成型上均能取直。石方段可采用风镐或静态爆破方式开挖管沟，并进行整体修直，使其达到设计及施工要求。管沟成型后，与业主、设计、监理共同验收，待验收合格后方可进入断崖组织施工。
4.3 发送设备就位及调试
4.3.1.发送设备固定就位。发送设备安装位置选定后，一般可在发送设备底座四个角上安四个锚杆，孔深2米，外漏0.2米，外露部分与底座焊接，在发送设备安装定位后打地锚稳定。
4.3.2. 钢丝绳设计计算。钢丝绳应经过受力计算并与卷扬机匹配。选择钢丝绳直径时，一般可根据钢丝绳受到的拉力（即许用拉力P），求出钢丝破断拉力总和ΣS0，再查表找出相应的钢丝绳直径。如所用的是旧钢丝绳，则以上所求得的许用拉力P應根据绳的新旧程度，乘以0.4～0.7的系数。容许拉力计算可按下式进行：
式中P——钢丝绳的容许拉力（kN）； ΣS0——钢丝绳的钢丝
破断拉力总和（kN）；
a ——考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，对6×19、6×37、6×61钢丝绳，a分别取0.85、0.82、0.80；
K——钢丝绳使用安全系数，一般取K＝5～6。
4.3.3.发送设备调试。施工开始前空载试运行发送设备，确保其使用性能正常。
4.3.4.升降控制开关的安装。控制开关应该安设在能够全面观察放管过程的地势较高处。
4.4滑动轨道设计与预制组装
为了保证发送轨道承载力，设计中采用钢质桁架结构。通过计算机静力与态模拟计算,轨道采用并行的Φ108×6的钢管作为主梁组焊而成，每间隔3.5米在轨道下面安装一组支撑腿，轨道上面每间距3米安装一组斜支架。支撑腿支撑整个滑道，保证滑道安全性及稳定性，为防止工作管滑偏而从滑道侧面滚落，相邻的支撑腿之间使用Φ108×6的钢管进行满焊连接。滑动轨道的制作可参照下图：
图4.2.4-1大坡度滑动式山地运布管轨道组装示意图
滑道预制过程中，注意以下两点：
（1）.处理滑道组焊的焊缝。为防止工作管在滑道放管的过程中，滑道焊缝突起的部分划伤防腐层。焊缝表面上部与工作管接触的部分，用角磨机打磨与母材平齐。最后使用缠绕带将滑道与管道接触部分进行缠绕处理，避免破坏管道防腐层。
（2）.保证滑道的平直。在安装滑道的过程中，调整桁架支撑腿的高度，保证滑道的平直。滑道的平直对以后的组对焊接有直接的影响，滑道局部凸起或凹陷，不利于之后的管道组对，甚至会导致局部增加弯管或者弯头，重点是控制滑道的平直度。
4.5工作管就位
4.5.1.吊车、发送等设备安装调试完毕后，要在专职起重工的指挥下，使用吊车将工作管缓慢放置于滑道上。将发送设备的钢丝绳穿过工作管，通过管卡固定在工作管的下端。
4.5.2.钢丝绳卡住工作管下端后，通过发送设备小幅度提升钢丝绳，使钢丝绳拉紧工作管，确保工作管受力后移除吊装设备。
确保管道平稳放置后，通过升降开关控制发送设备匀速缓慢的放管。放管过程中操作手要注意工作管的下滑过程，若出现钢管偏移或其他情况，则立即停止放管，并安排人员进行相应的调整，以保证工作管安全稳定的就位。
4.6组对、焊接
工作管就位至断崖底部后，为避免组焊过程管道出现滑动隐患，采用组对焊接方向相反，由下向上施工。
4.6.1组对：受地理条件的影响，选择使用外对口器进行焊口组对。利用两个龙门吊架和附带的相应吨位倒链，对管道位置进行调节从而完成管口组对工作。组对施工应符合标准规范要求。
4.6.2焊接：根据项目焊接工艺规程进行施工焊接，焊接设备使用逆变焊机，可人工搬运。
4.7滑动轨道拆除
工作管组对、焊接完毕可设置土质管墩支撑，分段切割拆除和回收滑动轨道。
4.8稳管设计
由于断崖地形坡度较大，安装完成的管道位于斜坡底的部分会承受一定的挤压力，随着钢管自下而上的组对焊接，管道整体重量增加，而斜坡底部钢管承受的挤压力也随着增加，这样就可能造成底部钢管因承受的挤压力超过承载能力，而致使管道整体滑落。为此，设计上对施工完成的地段，及时用细土对工作管进行回填覆盖，管道上下方均用装土编织袋回填，以增大管道整体所受静摩擦力，从而减小斜坡底部钢管承受的挤压力。
4.9锚固墩施工
按照设计图纸要求，需要加设锚固墩。锚固墩施工应尽量与管道安装施工伴行，可以使用发送设备送放锚固墩施工所需的材料。
4.10管沟砌筑及水保
按照管道設计要求，石方段管沟回填先用装土编织袋覆盖在管道上，之后用颗粒直径小于200mm的砂石回填至管顶平齐的位置，最后用浆砌石对管沟进行砌筑，同时按图纸设计要求进行水工保护施工。
5．经济与社会效益
按照上述技术研究成果及施工技术方案设计要求，对韩城市鄂东气田渭北地区煤层气管道工程进行了施工。通过工程实例验证，成本方面在人工、机械设备、材料等累计节约可达50%。
我国山区地形复杂，常见陡坡、岩石、及断崖地形，特别是多断崖陡坡地段，大型机械设备无法进入，长输管道施工是一大难题。该施工技术成功解决了山区段陡坡及断崖管道施工这一难题。相比常规方法不但减少了施工费用、缩短了施工工期，还减少了对山体地表植被的破坏，减少了水土流失，保护了生态环境。
结论
从技术应用情况看，该技术施工作业安全可靠、施工操作方便、资金投入小、施工周期短，特别适合在山区石崖、多断崖、陡坡环境下管线的敷设施工作业，对类似施工有借鉴作用。
【关键词】山区 多断崖 管道施工 轨道法技术
Abstract mountainous terrain, pipeline construction often encounter rocks and cliffs, bluffs and more rare, large machinery and equipment can not enter, resulting in on-site transportation piping difficult. The use of improved methods to solve the track piping section of mountain rock cliff, cliffs and steep terrain multi-pipeline construction problems, similar to pipeline construction provides a more secure and reliable method of construction.
Key words multi-mountain cliff pipeline construction techniques orbital method
中图分类号：TE832文献标识码：A
前言
我国长输管道建设处于高峰期，经常遇到地形复杂山区，给管道施工带来困难，特别是伴随有陡坡、岩石等地表、地质坡段上有岩石断崖，大型机械设备无法进入，给现场运布管造成更大困难。
我公司在陕西省韩城市鄂东气田渭北地区煤层气10亿立方米/年处理厂工程青峰斜坡Φ508×6.4mm管线施工中，就遇到了两端有断崖的复杂陡坡地形。面对以前工程中从未遇到过的施工难题，公司组成项目技术研究课题组，对此展开技术研究工作。课题组经过对目前常见的“削方降坡施工”等六种斜坡地形管线施工方法的分析和比较，终于研究出一种投入适度、方便易行，又安全、可靠适用于大高差且长度可在百米以上,不依赖于大型设备、工装的施工方法并成功应用于该工程项目。本文主要介绍该施工方法的工艺原理与工艺方案设计。
1、工艺优点
1.1轨道布管施工方法首次应用于山区断崖、陡坡
将普遍用于隧道等受限区域的轨道布管法成功改进，并应用于山区断崖、陡坡地段管线敷设作业。
1.2施工操作方便
管道起吊、搬运施工过程均为常规作业，无需增加特殊熟悉和培训。
1.3作业安全可靠
管道起吊、搬运、焊接等所有施工程序中不存在难点和盲点，施工作业遵守相关操作规程即可保证安全。
1.4资金投入量小
施工使用设备、材料均为管线施工作业常用的，无需增加资金投入。
1.5施工周期短
管线安装前无须等待设备、材料的购买和安装准备，只需短时间对一台发送设备进行现场固定和需要长度的轨道安装，准备和施工周期短。
2．工艺原理
通过研究，该技术采用“大坡度滑动式山地运布管轨道”实现了安全、高效的运布管作业，其基本工作原理是：以工作管自重所产生的沿穿越方向的分向作用力为基础，发送设备牵引管端作为安全保障，使安装管道在“大坡度滑动式山地运布管轨道”中滑动，将管材缓慢的运送至断崖处施工作业带内，依次通过这种循环作业完成整个运布管安装工作。
3．施工工艺流程设计
根据研究的技术原理，对现场施工工艺流程进行了设计，以便于指导施工作业，施工工艺流程如下：
4.施工技术方案设计
4.1 施工准备
4.1.1.施工现场清理，平整作业带。现场确定各设备安装的合理位置，并修筑设备安装平台（主要是确定发送设备的安装位置，发送设备要安装在管沟正上方，保证设备稳定性的同时保证操作位置的方便性）。
4.1.2.修筑临时堆管场。在发送设备安装预留位置附近平整处修筑临时堆管场，用于堆放工作管，弯管及其他材料。
4.1.3.材料及设备的拉运。场地平整后，将斜坡施工所需要的工作管、弯管、做滑道用钢管、发送设备、发电机、逆变焊机等材料及设备提前拉运至现场。
4.2 管沟开挖及验收
按照设计图纸要求开挖管沟，尽量保证管沟在横向及纵向成型上均能取直。石方段可采用风镐或静态爆破方式开挖管沟，并进行整体修直，使其达到设计及施工要求。管沟成型后，与业主、设计、监理共同验收，待验收合格后方可进入断崖组织施工。
4.3 发送设备就位及调试
4.3.1.发送设备固定就位。发送设备安装位置选定后，一般可在发送设备底座四个角上安四个锚杆，孔深2米，外漏0.2米，外露部分与底座焊接，在发送设备安装定位后打地锚稳定。
4.3.2. 钢丝绳设计计算。钢丝绳应经过受力计算并与卷扬机匹配。选择钢丝绳直径时，一般可根据钢丝绳受到的拉力（即许用拉力P），求出钢丝破断拉力总和ΣS0，再查表找出相应的钢丝绳直径。如所用的是旧钢丝绳，则以上所求得的许用拉力P應根据绳的新旧程度，乘以0.4～0.7的系数。容许拉力计算可按下式进行：
式中P——钢丝绳的容许拉力（kN）； ΣS0——钢丝绳的钢丝
破断拉力总和（kN）；
a ——考虑钢丝绳之间荷载不均匀系数，对6×19、6×37、6×61钢丝绳，a分别取0.85、0.82、0.80；
K——钢丝绳使用安全系数，一般取K＝5～6。
4.3.3.发送设备调试。施工开始前空载试运行发送设备，确保其使用性能正常。
4.3.4.升降控制开关的安装。控制开关应该安设在能够全面观察放管过程的地势较高处。
4.4滑动轨道设计与预制组装
为了保证发送轨道承载力，设计中采用钢质桁架结构。通过计算机静力与态模拟计算,轨道采用并行的Φ108×6的钢管作为主梁组焊而成，每间隔3.5米在轨道下面安装一组支撑腿，轨道上面每间距3米安装一组斜支架。支撑腿支撑整个滑道，保证滑道安全性及稳定性，为防止工作管滑偏而从滑道侧面滚落，相邻的支撑腿之间使用Φ108×6的钢管进行满焊连接。滑动轨道的制作可参照下图：
图4.2.4-1大坡度滑动式山地运布管轨道组装示意图
滑道预制过程中，注意以下两点：
（1）.处理滑道组焊的焊缝。为防止工作管在滑道放管的过程中，滑道焊缝突起的部分划伤防腐层。焊缝表面上部与工作管接触的部分，用角磨机打磨与母材平齐。最后使用缠绕带将滑道与管道接触部分进行缠绕处理，避免破坏管道防腐层。
（2）.保证滑道的平直。在安装滑道的过程中，调整桁架支撑腿的高度，保证滑道的平直。滑道的平直对以后的组对焊接有直接的影响，滑道局部凸起或凹陷，不利于之后的管道组对，甚至会导致局部增加弯管或者弯头，重点是控制滑道的平直度。
4.5工作管就位
4.5.1.吊车、发送等设备安装调试完毕后，要在专职起重工的指挥下，使用吊车将工作管缓慢放置于滑道上。将发送设备的钢丝绳穿过工作管，通过管卡固定在工作管的下端。
4.5.2.钢丝绳卡住工作管下端后，通过发送设备小幅度提升钢丝绳，使钢丝绳拉紧工作管，确保工作管受力后移除吊装设备。
确保管道平稳放置后，通过升降开关控制发送设备匀速缓慢的放管。放管过程中操作手要注意工作管的下滑过程，若出现钢管偏移或其他情况，则立即停止放管，并安排人员进行相应的调整，以保证工作管安全稳定的就位。
4.6组对、焊接
工作管就位至断崖底部后，为避免组焊过程管道出现滑动隐患，采用组对焊接方向相反，由下向上施工。
4.6.1组对：受地理条件的影响，选择使用外对口器进行焊口组对。利用两个龙门吊架和附带的相应吨位倒链，对管道位置进行调节从而完成管口组对工作。组对施工应符合标准规范要求。
4.6.2焊接：根据项目焊接工艺规程进行施工焊接，焊接设备使用逆变焊机，可人工搬运。
4.7滑动轨道拆除
工作管组对、焊接完毕可设置土质管墩支撑，分段切割拆除和回收滑动轨道。
4.8稳管设计
由于断崖地形坡度较大，安装完成的管道位于斜坡底的部分会承受一定的挤压力，随着钢管自下而上的组对焊接，管道整体重量增加，而斜坡底部钢管承受的挤压力也随着增加，这样就可能造成底部钢管因承受的挤压力超过承载能力，而致使管道整体滑落。为此，设计上对施工完成的地段，及时用细土对工作管进行回填覆盖，管道上下方均用装土编织袋回填，以增大管道整体所受静摩擦力，从而减小斜坡底部钢管承受的挤压力。
4.9锚固墩施工
按照设计图纸要求，需要加设锚固墩。锚固墩施工应尽量与管道安装施工伴行，可以使用发送设备送放锚固墩施工所需的材料。
4.10管沟砌筑及水保
按照管道設计要求，石方段管沟回填先用装土编织袋覆盖在管道上，之后用颗粒直径小于200mm的砂石回填至管顶平齐的位置，最后用浆砌石对管沟进行砌筑，同时按图纸设计要求进行水工保护施工。
5．经济与社会效益
按照上述技术研究成果及施工技术方案设计要求，对韩城市鄂东气田渭北地区煤层气管道工程进行了施工。通过工程实例验证，成本方面在人工、机械设备、材料等累计节约可达50%。
我国山区地形复杂，常见陡坡、岩石、及断崖地形，特别是多断崖陡坡地段，大型机械设备无法进入，长输管道施工是一大难题。该施工技术成功解决了山区段陡坡及断崖管道施工这一难题。相比常规方法不但减少了施工费用、缩短了施工工期，还减少了对山体地表植被的破坏，减少了水土流失，保护了生态环境。
结论
从技术应用情况看，该技术施工作业安全可靠、施工操作方便、资金投入小、施工周期短，特别适合在山区石崖、多断崖、陡坡环境下管线的敷设施工作业，对类似施工有借鉴作用。