第四章石化专业监理工程师继续教育(化工石油管道施工技术)资料

1、第四章化工石油管道施工技术第一节管道用钢及钢管新发展化工石油生产工艺和生产条件是多样化的，它的操作温度可能在-196800之间变化，操作压力从真空到36.0MPa乃至更高的范围内变化，操作介质更是多种多样，所以对材料的要求也是多方面的。化工石油管道广泛采用的材料为钢材，是本节的主要介绍对象。一、管道用钢的基本性能管道用钢性能根据管径、输送压力、输送介质、环境条件的不同而不同，但总体包括以下五个方面：1.力学性能钢材的力学性能是指在外力的作用下，材料抵抗破裂和过度变形的能力。1）强度指标材料的强度是决定其许用应力值的依据。设计中常用的有拉伸、压缩、弯曲、扭转、剪切的强度极限b和屈服极限s，高温时

2、还要考虑蠕变极限n和高温持久极限D。强度极限b是指材料在外力的作用下，由开始加载到断裂时为止所能承受的最大应力。它是反映材料抵抗大量均匀塑性变形的强度指标。屈服强度s是指材料在外力的作用下，由开始加载到刚出现塑性变形时所承受的应力。它是反映材料抵抗微量塑性变形的强度指标。对某些材料，在加载试验时，其应力应变曲线中没有明显的屈服平台，此时就以产生0.2%塑性变形时的应力作为该种材料的屈服极限，并用0.2表示。2）弹性指标弹性指标是稳定性计算的主要依据，它包括的参数主要有弹性模量E等。弹性模量E是指材料在外力作用下产生单位弹性变形所需要的应力。它是反映材料抵抗弹性变形能力的指标。3）塑性指标和韧性

3、指标塑性指标和韧性指标是材料受冲击载荷作用时的主要设计依据，也是低温或超低温条件下对材料使用性能考核的一个重要指标。其中，塑性指标包括的参数主要有材料的延伸率、断面收缩率。韧性指标包括的参数主要有材料的冲击韧性和冲击功等。4）疲劳强度疲劳强度是指材料在交变应力的作用下，发生破坏时的最大应力，通常用疲劳持久极限来衡量。5）断裂韧度断裂韧度是指材料在受力状态下，内部的裂纹刚刚扩展时其裂纹应力强度因子达到的临界值。如果应力强度因子超过这一临界值，裂纹将会扩展而导致材料断裂。6）硬度硬度是指材料抵抗外物压入的能力，或者说是材料抵抗局部塑性变形的能力。材料硬度高时，其耐磨性也好，但不易加工。一般说，硬度

4、较大的材料，强度也较高。此外，材料硬度与其化学成分、热处理状态、金相组织、加工或焊接残余应力等有关，工程上常用检查硬度的方法检验材料热处理的效果，也用它检验焊接残余应力的存在程度。2.耐腐蚀性能（化学性能）金属材料在特定的介质环境中，会遭受腐蚀。腐蚀不仅会造成金属的损失，更重要的是会导致金属的破坏，从而威胁到管道的安全。大量的事实已证明，许多管道的破坏都与材料的腐蚀有关。3.物理性能材料的物理性能主要是指其密度、导热系数、比热、熔点、线膨胀系数、弹性模量等。不同成分、冶炼条件、轧制条件的钢材，其物理性能不同。不同的使用条件，对其物理性能的要求不同。4.制造工艺性能材料的制造工艺性能主要是指其切

5、削加工性、可铸性、可锻性、可焊性和热处理性能等，它也是影响材料选择的一个重要因素。可焊性是指金属材料通过常规的焊接方法和焊接工艺而获得良好焊接接头的性能。焊接是化工石油管道中最常用的连接方式之一，因此可焊性也是影响材料选用的一个重要因素。钢的可焊性主要取决于钢的化学成分，其中对钢的可焊性影响最大元素是碳，其他合金元素的影响可以把它折算成与碳等效作用的附加量来估算，即用碳当量来衡量钢的可焊性。钢材的碳当量越低，其可焊性越好。冷裂纹系数也是衡量钢材可焊性的一个指标，同碳当量一样，冷裂纹系数越低，钢材的可焊性越好。5.材料的经济性设计选材既要可靠，又要经济，能用低等级材料时就不要选用高等级材料。对材

6、料的制造要求也应适当，要结合使用条件来规定各项检查试验要求。二、管道钢类型管道常用金属材料为黑色金属，即铁和铁的合金。黑色金属根据它的元素组成和性能特点可以分为三大类。1.铸铁含碳量大于2.06%的铁碳合金称为铸铁。铸铁的主要成分除铁之外，碳和硅的含量也比较高。铸铁的特点是可焊性、塑性、韧性和强度均比较差，一般不能锻造，但它却具有优良的铸造性、减摩性、切削加工性能，价格便宜，因此常用作泵机座、低压阀体等材料，有时地下低压管网也用铸铁做成的管子和管件。2.碳素钢含碳量小于等于2.06%的铁碳合金称为碳素钢。碳素钢的分类方法有很多种，如按化学成分常分为低碳钢、中碳钢和高碳钢。按质量分类常分为普通钢

7、、优质钢和高级优质钢。按用途分为结构钢、承压用钢（压力容器用钢、锅炉用钢）、工具钢等。由于中碳钢和高碳钢可焊性较差，在工程设计中除螺栓材料之外，常用的管道材料常常都是低碳钢。3.合金钢 为了提高钢的力学性能、工艺性能或物理化学性能，通常有意识地向钢中加人一些合金元素，由此得到的钢叫做合金钢。合金钢与碳素钢相比，具有较高的强度，较好的耐热性、耐低温性及耐腐蚀性等。常用做管道材料的合金钢有低合金钢、调质钢、不锈钢、耐热钢和低温钢。通常将铝、铜、镁、铅、锌等金属及其以这些金属为基体组成的合金叫做有色金属。与黑色金属相比，有色金属具有以下特点：重量轻，比强度高，有特殊的耐腐蚀性能。但其强度一

8、般较低，冶炼困难，价格高。因此，有色金属材料在管道上用的并不多。三、化工石油钢管的种类用于化工石油工程的钢管主要有无缝钢管、焊接钢管、复合管和衬里管等。1.无缝钢管无缝钢管是采用穿孔热轧等加工方法制造的不带焊缝的钢管。必要时，热加工后的管子还可以进一步冷加工至所要求的形状、尺寸和性能。目前，化工石油生产装置中，大量使用无缝钢管。但是，国内生产的无缝钢管管径较小，一般不超过325mm。而且，由于受制管工艺的限制，无缝钢管壁厚公差大，管端椭圆度高，管端无焊接坡口，在使用上存在诸多不便。因此，国内长输油气管道上除少量小口径管道外，很少采用此种类型的钢管。2.焊接钢管以前，焊接钢管质量比较差，仅用于一

9、些介质条件比较低的或者因管子直径较大而没有无缝钢管供应的情况。同无缝钢管相比，焊接钢管价格便宜，材料利用率低，尺寸偏差小，设备投资较小。因此，随着近年来我国焊接钢管质量的逐步提高，目前新建或改建的化工石油生产装置中，焊接钢管应用越来越多。1）连续炉焊（锻焊）钢管连续炉焊（锻焊）钢管是在加热炉内对带钢进行加热，然后对已成型的边缘采用机械加压方法使其焊接在一起而形成具有一条直缝的钢管。其特点是生产效率高，生产成本低，但焊接接头冶金结合不完全，焊缝质量差，综合力学性能差。目前，在水及压缩空气输送中应用较多。2）电弧焊钢管电弧焊钢管是通过电弧焊焊接生产的钢管，它的特点是焊接接头达到完全的冶金结合，接头

10、力学性能能够完全达到或接近母材。因此，电弧焊钢管目前已得到广泛应用。根据焊缝形状的不同，电弧焊钢管可分为螺旋缝管和直缝管。螺旋缝焊管在国内、外油气管道工程上已有相当长的使用历史，我国长输管道绝大部分是采用这种管型。螺旋缝管与直缝管的最大的差异在于焊缝的受力状态。同材质的螺旋缝管与直缝管，其焊缝的受力情况是不同的。但由于螺旋焊管的焊缝比直缝管的焊缝长，如果在制管时质量控制不好，焊缝产生缺陷的几率要比直缝管大。直缝埋弧焊管的生产方法按照成型方式不同，有UOE法、CEF法、RBE法、JCOE法、C法、PEF法等。其中采用UOE法、JCOE法生产的直缝埋弧焊管使用最广泛，质量最可靠，但生产线投资高。3

11、）电阻焊直缝管电阻焊法生产直缝管用的材料为带钢卷，但其宽度与UOE管一样，根据钢管直径决定。生产时，钢板边缘50mm范围内进行超声波探伤，然后进入排辊成型工序。电阻焊接的焊缝焊接与UOE管及螺旋缝管不同，是采用高频加热，通过两个挤压辊将焊缝挤压在一起。这种方法不用焊条，也不用焊剂，是靠边缘的母材熔化后，压合在一起的。焊后要进行超声波探伤和热处理，以消除焊接时的残余应力。3.复合管和衬里管复合管和衬里管都是通过两种材料复合而成的管子，其接触介质的材料（复层）为耐腐蚀的不锈钢材料或非金属材料，而承压部分（基层）为较便宜的碳素钢材料，常用于特定环境下的耐热、耐磨和抗腐蚀材料。4.其他类管子化工石油工

12、程中有时也会用到铸铁管、非金属管等一类的管子，它们常用在压力等操作工况比较低或者特定腐蚀环境中。目前，为适应一些特殊介质环境或用来代替纯金属管道抗腐蚀的渗铝管等钢管，价格便宜，具有很好的发展前途。四、油气输送管道用钢及钢管新发展油气输送管道，尤其是长距离油气输送管道多采用螺旋埋弧焊管（SSAW）、直缝埋弧焊管（LSAW）及电阻焊管（ERW）。近年来，随着西气东输、忠武线等管道工程的建设，油气输送管道用钢及钢管性能及制造技术取得了长足进展。1.针状铁素体型X70管线钢的应用以前我国陆上管线的最高钢级为X60，为了满足高压输送的要求，石油工业与钢铁工业密切合作研发出了针状铁素体型X70管线钢，并在

13、西气东输近4000km的管线上成功应用。针状铁素体型X70管线钢与传统的铁素体和珠光体管线钢相比，晶粒细小、组织均匀，具有优良的韧性、良好的焊接性和抗腐蚀性、较高的形变强化抗力和较低的包申格效应等优点。2.大直径X70螺旋缝埋弧焊管的制造与应用近年来，我国大直径X70螺旋缝埋弧焊管的制造与应用取得重大突破。建设了多条高钢级、大直径、大壁厚螺旋缝埋弧焊管生产线并采用了多项新技术，管端尺寸精度大大提高，管体的残余应力显著降低，在高强度螺旋缝埋弧焊管成型的理论和实践上都取得了重要进步。西气东输管道工程对热轧卷板、螺旋缝埋弧焊管的技术要求，被国外多家钢铁和制管企业认为是属于世界上最严格的技术条件之一。

14、中国制管企业为西气东输管道工程生产的螺旋缝埋弧焊管已达到国际先进水平。大直径X70直缝埋弧焊管制造技术从无到有，填补了国内空白。3.高钢级大口径感应加热弯管制造技术和生产能力的提高为了配合高钢级、大口径管线的应用，石油天然气集团公司所属科研院所与弯管制造企业通过艰苦的攻关，选择淬火-回火弯制工艺路线，调整母管的合金元素含量，稳定母管的质量，使母管具有足够的淬透性，全面掌握了X70钢级、大直径、高壁厚感应加热弯管制造技术，填补了高钢级大口径感应加热弯管生产的国内空白。至2005年底，中国高钢级大口径感应加热弯管的生产能力已经跃居世界第一位。4.X80管线钢板材、螺旋缝埋弧焊管和直缝埋弧焊管的研制

15、经过有关科研单位的努力，在国内试制成功1016mm×15.3mm X80管线钢螺旋缝埋弧焊管和1016mm×18.4mm X80管线钢直缝埋弧焊管，并且在在冀-宁联络线12标段现场进行了试验性应用。目前正在积极筹建的西气东输二线管道工程，计划在近6000km的管道上全面采用X80管线钢，其中穿越强地震带地区还可能首次应用大变形X80管线钢。这一新的突破，必然会将油气输送管道用钢及钢管的发展推向一个新的高潮。第二节长输油气管道穿、跨越技术一、定向钻穿越技术定向钻穿越是二十世纪70年代发展起来的施工技术，它广泛应用于输油（气）管线、电（光）缆、城市管网等需要穿越障碍物工程的施工

16、。和其他穿越施工方法相比，定向钻穿越应用于管道施工具有穿越深度大，控制精确，质量高，工期短，成本低，利于环保等优点。我国二十世纪80年代引进大型定向钻穿越设备，目前已经掌握除卵石含量大于20%的各种地质条件下进行穿越施工的方法，可穿越大、中、小型河流。其主要技术有：钻孔、多次扩孔、管线回拖及不同阶段的泥浆配置。 1.定向钻穿越系统构成整个定向钻系统由钻机系统、钻井液系统、控向系统、钻具等部分组成。1）钻机系统钻机系统是整个定向钻系统的核心，主要由底座、钻机架、活动卡盘和控制室组成。钻杆一般采用机械或液压驱动，通过钻杆对孔底钻头施加旋转扭矩、给进回拖力。对于定向钻机来讲，旋转扭矩和回拖

17、力是主要参数，它们是根据工程大小及要求选择钻机的重要依据。2）钻井液系统多数定向钻施工采用泥浆作为钻井液。泥浆的主要作用是：冷却、润滑钻头、软化地层、辅助破碎地层、调整钻进方向、携带碎屑、稳定孔壁、预扩和回拖时润滑管道，在利用泥浆马达钻进时，泥浆还为泥浆马达提供动力。常用钻井液是膨润土和水的混合物。目前，也有使用空气作为钻井液的定向钻施工工艺，称为“干式钻进工艺”。3）控向系统对于定向钻施工来讲，控向系统（定位和导向仪）是最为关键的设备之一，正确选择和使用，对施工的成败和效率有决定性的意义。最常用的控向系统分无缆式地表定位系统（手持式跟踪仪器）和有缆式定向系统。4）钻具钻具包括钻头、钻杆、扩孔

18、器、旋转接头（单动接头）、卸扣（U形环）等。2.主要施工过程定向钻施工时，在一岸架设钻机，在另一岸组装管线。使入土点、出土点、钻机、组装场地成一直线。一般情况下，定向钻穿越施工分三步：钻导向孔、预扩孔、回拖。1）钻导向孔钻导向孔阶段是定向钻施工的最重要阶段，它决定铺设管线的最终位置。钻杆按照设计的角度（一般是8°20°）钻入地层，在钻井液喷射钻进的辅助作用下，钻孔向前延伸。图2-4-1为导向孔钻进示意图。在钻进导向孔时，控向人员用控向系统确定钻头位置，利用控向系统获取的钻头位置与预先设计的基准线、实际轨迹进行比较，并调整钻进轨迹。在钻进过程中，要利用跟踪定位仪或随钻随测仪随

19、时测量钻头的方向。当钻头和冲洗管在组装岸出土后，撤出钻杆，冲洗管留在导向孔内。2）预扩孔当回拖管线外径较小的情况下（与钻杆同径时），导向孔钻成后，可以直接进行回拖作业。但大多数情况下，导向孔结束后，都需要预扩孔（图2-4-2），一般情况下，扩孔后孔径的尺寸应为管线外径的1.21.5倍。为了保证扩孔速度，预扩孔作业时，对于不同的地质条件，宜采用不同类型的扩孔器。与地层匹配的扩孔器和适当的钻井液流量是保证预扩孔质量的关键。3）管线回拖孔径扩至符合要求后，将管线从孔洞中拉至钻机侧，如图2-4-3所示。如果管线是钢管，应将管线放在滚筒上或放入充满水的发送沟内，以减少摩擦力。对于高强度的聚乙烯管（HDP

20、E管），通常不需要这个工序。二、盾构穿越技术盾构是一个既可以支承地层压力又可以在地层中推进的活动钢筒结构，盾构法施工是以盾构这种施工机械在地面以下暗挖隧道的一种施工方法。盾构法施工隧道是一项古老的技术，经过将近200年的发展，形成了适合不同地质环境的盾构施工技术和设备，满足了复杂地质条件下平衡各种地层压力的要求。盾构施工技术分为土压平衡式盾构和泥水平衡式盾构。土压平衡式盾构应用于大口径隧道，在城市地铁隧道建设中应用较多。对于江河穿越，常会遇到一些不利于施工的复杂地质情况，如大的断层、存在大量卵石的松散地层、流沙等，当其他穿越技术实施的难度和风险很大时，泥水平衡盾构施工技术成为一种较好的选择。1

21、.泥水平衡式盾构机工作原理在复杂的地质条件下进行隧道施工，是一个将地层压力卸载的过程，只有有效保持开挖面的压力达到相对平衡，才能防止坍塌、涌水等事故的发生。泥水平衡就是通过向泥水压力仓内输送加压的泥水，并维持适当泥水压力来平衡开挖面的地层压力，达到防止坍塌透水的目的。对于不透水的粘土，泥浆压力适当大于周围主动土压力，就可以保证隧道开挖面的稳定；对于透水性大的砂卵层，泥浆会渗人到砂卵层内一定深度，并在很短时间内，在砂卵层表面形成泥膜，改善围岩的自稳能力，使泥浆压力在开挖面上发挥有效的支护作用。根据不同的地层调配不同性质的泥浆，控制泥水压力使之产生与作业面上的土压、水三相抗衡的泥水压，可以保持作业

22、面的稳定。盾构机施工掘进时，泥浆在压缩空气的作用下，动态的间接平衡开挖面前方的水土压力，保证开挖面前端不致坍塌，如图2-4-4、图2-4-5所示。施工时在开挖面，随着加压后的泥水不断渗入土体，形成渗透系数非常小的泥膜。泥膜形成后减小了开挖面的压力损失，泥水压力可有效地作用于开挖面，从而可防止开挖面的变形和崩塌，保证了开挖面的稳定。因此，在泥水式盾构机施工中，控制泥水压力和控制泥水质量是两个重要的因素。在正常情况下，根据操作经验和实际情况，高压空气的压力已设定为该地段的水压力。泥水舱内的液位占全舱的40%60%，上部空腔由高压空气充填，由于连通管的连通器作用，高压空气的压力与刀盘前方水土压力相等

23、，盾构机掘进作业在一个相对稳定的环境中进行。当地层中的水土压力突然升高时，由于压差作用，地下水便通过连通管进入泥水平衡舱，泥水平衡舱中的液位上涨，压缩高压空气，使其压力升高，超过设定的地层压力，压力调节系统会自动增加高压空气压力，在其作用下泥水通过连通管进入切削腔，泥水平衡舱中的液位下降，维持在40%60%之间。当地层中的水土压力突然降低时，由于压差作用，泥水平衡舱中的泥浆便通过连通管进人切削腔，泥水平衡舱中的液位降低，压缩空气体积增大，导致其压力降低，低于设定的地层压力，压力调节系统会自动降低高压空气压力，在其作用下泥水通过连通管返回泥水平衡舱，使泥水平衡舱中的液位上升，维持在40%60%之

24、间。总的来说，当水土压力发生变化时，通过连通管影响泥水平衡舱液位，引起高压空气压力改变到与水土压力相适配的数值，从而保持掘进面稳定，有效的防止了坍塌。因此，泥水加压式盾构机能适应多种复杂地层，尤其是在富含水、易坍塌地段。2.盾构穿越施工关键技术盾构穿越施工过程中会有许多难题需要解决。如盾构施工的接收井先期已施工完毕，要求盾构机必须从预先设计好的洞口入洞，因此对于小直径、长距离贯通必须控制在误差范围之内；只有在粘土层中按照预定的速度有效掘进，才能保证工程在合同工期内完成；特别对于松软卵石层，透水性较强，易坍塌，是极不稳定的一种地层，任何较大的扰动，都会造成坍塌事故；另外，如果掘进端面不均匀，如部

25、分砂卵石层，部分粘土层，或者由一种地层突然进人另一种地层时，往往无法从一种平衡快速过渡到另一种平衡，也极易发生突发性的涌水和坍塌，造成地层空洞的扩大，引起地面大范围的突然塌陷，造成施工灾害，甚至导致工程失败。1）在粘土质粉砂岩中的盾构施工技术若隧道所经地层为粘土质粉砂岩，切削下来的土体与泥浆、地下水混合后，会形成粘性很大的泥团，容易粘连在整个刀盘上，使滚刀无法转动，造成刀具的严重磨损，降低掘进速度，甚至产生大刀盘频繁卡死等现象。对以上问题可以采用下述解决方法：（1）采用清水作为排渣介质，降低泥浆的粘度，粘土大量进入清水中，形成了泥浆，不会使其粘度迅速升高，还可以大量携渣排渣。同时，可以选择一种

26、具有低切性能的添加剂，达到降低泥浆的粘度保护刀具的目的。这种方法较好的解决了粘土质粉砂岩掘进速度慢的问题。（2）为了解决刀盘磨损严重的问题，选择具有低切性能的添加剂，既可保证所有的刀具都可以转动，又有效地防止了刀具的磨损，提高刀具的切削能力，进而提高掘进速度。2）对松散卵石层坍塌透水的处理技术忠武输气管线宜昌红花套长江盾构穿越工程，前期掘进地质段均为粘土质粉砂岩，当掘进至823.4m时，掘进面突然出现卵石和灰黑色中细砂，岩体松软，坍塌失稳，刀盘内被卵石堵塞。掘进被迫停止后，正、反转动刀盘，只能转动0°160°。采用大排量泥浆排渣，间隔排出砂卵石约6m3，卵石含量达95%，但

27、同时掘进面仍有大量卵石进入刀盘内。传统的泥浆支护没有效果，泥水气压平衡模式不能建立，人员无法进入气压舱内检查刀盘被堵情况。对于上述松散卵石层坍塌透水的解决方法如下：采用触变泥浆+重泥浆+改型泥浆的综合治理措施。首先从盾构机内向掘进面周围8m范围内的地层压注触变泥浆（其成分为水、膨润土、CMC、生石灰），压注量达到注浆扩散范围时停止压浆，使压入的泥浆渗入地层后，充填卵石层的空隙形成泥膜。3）在松散卵石层盾构机施工技术在松散卵石层、透水严重的地层中进行盾构，应采取的对策有：（1）操作中采用低转速低推进掘进，加强对盾构机姿态监控，防止因地下水引起的盾构机上浮或下沉。（2）泥浆以高粘高切为主，相应增加

28、添加剂，提高泥浆的护壁和防塌功能，要求泥浆具有较强的悬浮功能，增大排除卵石的能力，控制泥浆的失水量，借助盾构机本身气压平衡的特点，在作业面形成薄而韧的优质泥饼，达到良好的护壁防塌效果。（3）掘进过程中，保证泥浆排量在300m3/h以上。同时，密切监控、调整进浆量和排浆量，保持流量平衡，防止超挖扰动地层，导致地层坍塌。（4）提高盾构穿越施工测量精度。减少各种由于人为或者气候条件引起的偶然误差；将地面控制网由四等网升为三等网，提高地面测量精度；在竖井联系测量中，设计专门装置，降低测量误差；隧道内采用三角导线测量技术，提高测量精度。三、顶管穿越技术顶管穿越公路、铁路、河流、沟渠等构筑物不需要开挖面层

29、，已经在国内外管道施工中应用多年，技术成熟。顶管施工是借助于主顶油缸以及中继间的顶进力，把工具管或顶管掘进机从工作坑穿过土层一直顶进到接收坑内吊起。与此同时，把紧随在工具管或掘进机后的管道埋设在两个工作坑之间。顶管施工涉及到的设施及设备包括：工作坑和接收坑、顶管掘进机、主顶装置和中继间、顶铁、基坑导轨、后座墙、顶进用管、输土装置、地面起吊设备、测量和校正系统、注浆系统、供电及照明系统、通风与换气系统等。在顶管施工中，为保持工作面的稳定，最为流行的三种工作面平衡方式是气压平衡、泥水平衡和土压平衡。西气东输黄河顶管穿越工程采用泥水平衡顶管技术在超长距离砂砾地层成功穿越，使中国顶管技术跻身于世界一流

30、水平，其主要关键技术包括：1.砾石破碎型泥水平衡顶管机选型及顶管施工技术针对黄河顶管工程特有的流砂、卵石、粘土、古树以及钙质结核等软硬不均、地质复杂条件进行切削刀盘、二次破碎和排渣等顶管机系统选型、制造、配套及应用技术。为此，引进了砾石破碎型顶管机头，又与国内厂家研制了大量国产先进的配套设备，集成了适合黄河顶管穿越的顶管系统，如图2-4-6所示。2.超长距离顶管GPS、陀螺仪联合定向技术采用GPS卫星定位、陀螺仪惯性导向和全站仪导线测量，构成了先进的监测系统，依据科学的监测方案，实现了对动态顶管的连续、高精度导向，保证了高标准的顶进施工质量。3.砂砾地层顶管微粒滚动减阻技术采用适应不同地质混杂

31、地层的稳定程度高，润滑减阻效果好的注浆减阻技术满足了大口径长距离顶管减阻需要，创造了在砂层中顶进阻力小于0.8kN的水平。4.砂砾地层顶管二次破碎泥水循环排泥技术本工程在砂、卵、砾、粘土等复杂多变地层中掘进，渣土砾径差别大、粘性悬殊、疏密不均，所以进行了增加破碎能力的技术改进，主要实现了结合滚刀破碎、内外圆锥剪切破碎（二次破碎）、排泥日挤压变径防堵功能，既能破碎硬质岩层又防止粘土糊住刀具、堵塞管路，还可减轻刀盘刀具磨损顺利实现穿越1259m长距离软硬岩混杂地层顶管。5.PLC自动控制泥水平衡顶管技术整套顶管系统能在计算机中设定的参数和程序控制下，自动完成保持开挖面泥水压力平衡、循环排泥、中继间

32、接力顶进联动控制等工作循环。在泥水循环携带排出渣土时，利用PLC自动化控制进行实时信息反馈，实现实时控制进排泥浆浓度、相对密度、流量、流速等参数，确保排渣畅通的技术。同时结合电视监视顶管机内状况，各类参数的显示和操作通过远程电气控制系统实现，使操作员远离机头在地面操作。6.砂砾地层钢管顶进纠偏技术富水砂卵石、孤石、粘土、古树等软硬不均复杂多变地层中的顶进纠偏技术是关系到工程质量的关键工序之一。顶管穿越饱和易液化流砂引起塌方的粉土、砂土、卵砾石层和坚硬的钙质结核粘土层等软硬差别大，分布范围不均的地层时，顶管的姿态和精度控制很困难。采用PLC遥控顶管系统，随时调整施工工况，使顶进轴线始终保持在允许

33、偏差范围内，实现了高精度快速高效顶进。7.高透水砂砾地层顶管进出洞及防水施工技术顶管在大深度富水砂卵石地层顺利出洞是关系到顶管成功地关键环节之一。这主要是由于出洞段地下水丰富，砂卵石透水性大，地层结构复杂多变，易流砂坍塌，危及顶管机安全、准确、快速的进出预留洞门。本工程采取洞中填充、洞外加固、管周密封及地面降水等技术措施，构成进出洞联合止水结构，顺利进行了进出洞施工。同时研制了相关钢顶管和顶管机头的密封防水技术，保证了施工顺利进行。四、管道跨越施工管道跨越结构的形式众多，但其主要施工形式为钢结构的施工。1.基础施工基础施工是管道跨越施工的重要环节。在基础开挖前，应准确测量定位，确保基础中心线位

34、置的施工精度达到1/10000。基坑的开挖应按基坑开挖的尺寸及位置进行，确保基础能够坐落在稳定的自然结层。基底必须符合设计要求并严禁扰动。对于混凝土基础及锚固墩的施工还应注重钢筋的绑扎、混凝土的浇注以及地脚螺栓、锚固螺栓定位过程。基坑回填必须按规定分层夯实，土料符合要求。2.中小型（拱式、梁式）跨越施工无单体跨越设计图或设计无明确规定的跨越管段施工，应视为一般管段，其施工技术要求基本上与管线施工技术相同。支墩的施工宜采用钻孔灌注桩法。跨越管线应在跨越点一侧进行预制，主管线应在预制平台上一次完成。根据施工现场的地形、水文条件合理选择、布置施工场地，组装、焊接场地应平整。拱式跨越工程宜有放样平台。

35、其放样平台应平整，在放样平台上放样完成。梁式跨越可以采用空中发送，即采用一侧用动力设备牵引，另一侧用吊管机或吊车配合将预制好的跨越部分吊起，缓慢向对岸运管，并在向对岸运管的过程中，吊管机或吊车逐渐将跨越部分摆正。也可以根据跨越的实际情况，在一端修建发送道，另一端采用牵引。梁式跨越也可以采用空中组对，即利用在河中的支墩铺设简易便桥，在上面铺设管线，进行组对、焊接，空中作业。此外，小型梁式跨越可以采用一台或几台吊车吊装就位。拱式跨越首先需要整体预制，再用吊车整体吊装就位。对于较宽的河流还需要吊装船配合吊装。3.悬吊式管桥施工悬吊式管桥包括悬索式、悬垂式、悬缆式、斜拉索式和斜拉索悬索组合式，其结构虽

36、差别较大，但施工方法基本相同。悬吊式管桥施工程序为：施工准备塔架施工管桥结构的组装管道发送安装缆索调整防雷接地安装检查验收。第三节特殊地段管道施工技术一、水网施工技术我国江南是典型的水网地区，是管道施工的一个难点。水网地区河塘密布、纵横交错，沿线降水多、三穿（公路、铁路、河流）多、地下障碍多、地下水位高；造成便道修筑难、作业带清理难、运布管难、管沟成形难、三穿施工难。主要应在下述几个方面引起重视：1.施工便道修筑农田段采用开挖边沟、泵排积水、晾晒的方式；乡间小路采用碎石铺垫进行加宽加固；公路路面采用铺垫胶皮、枕木或钢板保护。对于不同水面宽度的沟渠和河流，采用埋设涵管或铺设空腹梁桥、筑坝、钢浮桥

37、、贝雷桥和采用冲锋舟牵引浮箱的方式通过。根据水塘的大小将水塘内水抽干或截坝抽取作业带内的水，对水塘底部进行清淤平整及晾晒工作后，采用路基排加固作业带进行正常的水塘施工作业。2.采用钢浮板和路基排平整场地对于特有的连绵阴雨天气、高水位、淤泥地质情况，土壤液化严重，地面承载力差的地段，即使在农田段这样的好地段施工时，仍必须采用路基排、钢浮板铺设施工便道才能进人现场。3.以水制水运布管采用自制浮筒、进行人力撑船、民用船牵引或两者结合的方式解决小河水上运管的问题，中型和大型河流设备转运采用冲锋舟配合军用浮箱的方式。对于数条河流、鱼塘阻断作业带，采用民用船只运输钢管、技措料，并在河岸靠近作业带的若干位置

38、设置临时码头以便于防腐管的装卸。钢管倒运和布管采用炮车配合履带吊、吊管机或拖管爬犁进行钢管的二次倒运。4.沉管下沟水网地区因地面承载力低，无法采用沟上组焊整体下沟方法，而沟下施工工效低、成本高。沉管下沟工艺则采用两台单斗挖掘，在管道两侧从管段的一端对称地进行管沟开挖，当管沟开挖达到一定长度后，管端在重力的作用下开始下沉；继续开挖，管段靠自身的挠度贴附于管沟底部。水网地区采用此施工方式，具有施工速度快、施工成本低的优点。流沙地段管线下沟还要采用高压水枪降沟、泥浆泵泵排流沙或钢板桩支护加人工辅助开挖的方法。5.回填和地貌恢复软土地基回填采用浮板配合单斗，用机械设备进行管沟回填时，不得在管顶覆土上扭

39、转设备。二、沙漠地区施工技术沙漠地带也是管道工程施工的重点和难点。沙漠地区沙多，气候干燥，昼夜温差大，风多风大，沙漠承载能力低，沙子的安息角小（只有30°35°）。因此，在沙漠地区不仅运管、布管困难，管沟开挖边坡系数大，而且高浓度的粉尘给设备正常运转及焊道质量都造成很大的影响。1.运管布管在沙漠地区，管材运输困难，由于沙漠的抗剪强度极小，因此常规的管材运输方式难以满足要求。根据沙丘地经压实或挤压后，抗压强度较大，但抗剪强度为零、凝聚力极差等特点，在沙漠管道施工中，管材运输应采用宽履带设备牵引拖管爬犁运管。卸管应采用加长吊杆的吊管机进行卸管作业。2.管沟开挖在沙漠地区，进行管

40、沟开挖，沟壁会发生坍塌，影响管道正常施工。为此，管沟开挖时应加大管沟宽度，采用推土机进行管沟开挖。管沟的坡比常为11.5。在沙漠管道施工时，宜采用推土机推扫，沟内组对焊接的施工方法。为缩短施工周期，采用边开挖、边铺管、边回填的流水作业施工，必要时对管沟采取支护措施。3.组焊采用机械化一条龙流水作业线施工，沟上组焊，沟下连头通球试压的施工方法。组装焊接前，应设专人，用清管器清管，清管器撤除后，再用压缩空气吹扫管内细沙，确保管内无杂物及沙粒。每次下班前，沿施工作业带洒水以加强沙丘的稳定性，同时封堵管线，防止砂粒进入管线。管线组焊时，由于沙漠风沙的影响，在刮风天气必须在防风棚内进行作业，同时沙漠地带

41、温差较大，早晚时，容易产生水气，所以早晚施工时，应特别注意管口的干燥问题.不符合规范要求的，要重新加热。4.补口管线组装焊接完毕，进行防腐补口时，防腐补口在风力较强的天气，应在上风口设置挡风棚或在防风棚中施工，以防止风将细沙带入补口材料及管口上，降低粘结强度。如采用热收缩套补口，应从上风至下风的方向从一头烤补到另一侧，以有效防止防腐补口套内出现气泡，影响补口质量。5.防沙固沙管道下沟回填后应采用草方格或尼龙网阻沙栅栏固沙。三、山区施工技术1.山区施工便道修筑在有横向坡度的山坡上修筑施工便道和作业带时，要符合以下规定：1）当横向坡角为10°20°时，可直接在斜坡上挖土修筑。2

42、）当横向坡角为20°30°时，在作业带填方坡角处修建挡土墙护坡。3）当横向坡角超过30°时，通过修筑分级式护坡，确保作业带稳固。此外，在长距离、陡坡地带还适宜修筑“Z”字形施工便道，在纵坡上可采用挖高填低的方法修筑施工便道，还可利用山间小路或劈山修筑施工便道。2.开拓作业带1）施工作业带设备行走的一侧应修在与施工便道连接的一侧。2）施工作业带的坡度应小于20°，当大于20°时，应通过“Z”字形路来降低坡度。3）施工带范围内，影响设备通行或施工作业的石块、杂草、树木及沟、坎应用爆破、机械或人工的方法进行清除、平整。4）施工带应水平方向平整、夯实，

43、以防出现横向倾覆。5）在横坡修筑作业带时，填土一侧应夯实、平整。当为石质山坡或横坡大于30°时应通过设挡土墙或打桩的方法，加固作业带。6）当作业带设在窄小的沟谷中时，爆破、清理出的碎石应外运。7）当作业带修筑在落差较大的两阶地段时，应对低侧进行砌护坡填筑，并压实牢固。8）山区作业带清理，应注意对环境的保护，减少或防止水土流失。9）作业带上遇有过水沟谷时，应通过埋涵管，架临时便桥的方式，修通作业带。一般不进行设备搬迁。10）当在横坡上修筑施工作业带时，如石方过大，难以形成满足施工机具通行的宽度的作业带，可先将开挖后的管沟回填，以满足作业带宽度的要求。11）山区段清理作业带时，要将管沟开

44、挖出的碎石摊平在施工作业带上，并碾压，保证施工设备行走安全。12）对施工作业带内及附近有可能危及施工作业安全的滑坡、崩塌、岩堆等应彻底清除或采取有效防护措施。13）在山脊或山坡上修筑施工作业带和施工便道时，可采用松动爆破或定向爆破法，不宜采用抛掷爆破。14）当纵向坡度大于30°时，应采用人工修筑施工作业带，并每隔50m修筑一个8m×4m的焊接设备停放台。15）在河床、河谷、沟谷和受泥石流影响区域内管段上，修筑施工作业带应与组装焊接工艺紧密相接，且不得在洪水期施工。3.防腐管运输山区防腐管运输可采用槽车运输、履带背管车运管、爬犁运管、吊管机运管、或索道运管。4.山地管道安装根

45、据坡度的大小、管子运到坡顶还是坡脚、施工便道与施工作业带的距离和修通的难易程度、坡上表面土的种类和状态、施工装备情况等，管道安装可以采取以下几种方式。1）管道沿山脊敷设（1）当坡度小于15°时，可进行小区域的焊接流水作业，使用吊管机布管、组对，履带式二弧焊机焊接。施工设备用道木找平。（2）当坡度大于15°，小于22°时，沿施工作业带每间隔50m，修筑一施工作业平台，停放焊接设备。利用吊管机布管、组对。（3）当坡度大于22°，小于30°时，从下向上预制安装（滚轮式）。（4）当坡度大于30°时，可从下向上单管安装（轨道式）、从上向下预制安

46、装（可采用滚轮式、竹皮子式、轨道式）或索道运管道安装。（5）当坡度大于30°，且有水平弯时，针对不同情况，可选用上下安装法、调整管沟中心线方法、索道安装法等。（6）当坡度大于30°且有小台地时，可以分成两段或更多段进行安装。2）管道沿山坡敷设管道沿山体斜坡敷设，坡度相对较缓。施工便道沿施工带修筑，局部陡坡区段绕行：采用爆破方式用单斗挖掘机将高处碎石导到低处，推土机推扫碾压，人工找平。为减少施工作业带的宽度，管沟开挖后，将返土摊平。吊管机辅助三步搭布管沟下组对，履带式二弧焊机焊接。当坡度较大，作业带开拓困难时，可先进行石方段管沟开挖，然后将管沟回填摊平，利用小型机具或人工布管

47、，采用三步搭和小型焊接设备组对焊接，管底铺设横担，管道焊接完成后，人工清沟，三步搭下管。3）管道沿沟谷敷设（1）沟谷地段一般情况没有水，但雨季山洪冲刷严重，因此，沟谷地段施工应避开雨季。（2）沟谷地段相对平坦，在具备施工条件的情况下，应尽量采用沟上组焊。弯头、弯管及狭窄区段采用沟下组焊时，管沟开挖、组对焊接、下沟回填应紧密结合，尽可能缩短施工步距，以保证管道不受洪水冲刷。（3）当管沟与溪流交叉时，要在两岸各留5m作为挡水坝，以免水流涌入管沟。管道在此段施工时，可整体预制，吊装就位。（4）管道沟下组焊或下沟的管道，管口要用临时管帽封死，以防泥水进入管内，同时用编织袋装土稳管。5.管道焊接山区管道

48、焊接可以采用手工焊、半自动焊，在坡度较小地段或预制场地也可采用自动焊，应针对不同情况选择焊接方法。6.细土回填根据山坡坡度的不同。细土回填有如下几种方式。1）自然细土回填当坡度小于20°时，可以直接利用人工、单斗、推土机、翻斗车等进行细土回填。2）袋土间隔式细土回填当坡度在20°30°之间时，管沟回填时为防止细土流失，应每隔5m铺设一个300mm厚的砂袋，作为挡土墙。3）土袋堆码式细土回填当坡度大于30°时，散土无法固定，所以，回填的细土必须全部用编织袋或草袋装土，由下而上堆码回填。在堆码时，必须分层交叉，有空隙的地方，再用细土填充。必要时，可在管沟方向

49、每隔1520m设一木头挡土梁，挡土梁深入两侧管沟中各300500mm，挡土梁直径为100200mm。一次细土回填时，挡土梁与土袋一同埋设。挡土梁与管底距离大于50mm。7.管沟回填对于回填后可能遭受洪水冲刷或浸泡的管沟，应采取分层压实回填，也可应用引流或压砂袋等防冲刷和防管道漂浮的措施。四、黄土塬施工技术1.黄土塬地带的施工特点黄土高原地区管道建设工程不同于其他建设工程，它涉及的地域广，穿过地貌单元多，每一种地貌单元有其独特和复杂的地形地貌特征，因此施工的重点和难点各不相同，研究和掌握特殊地貌单元的地形地貌特点和相应的施工技术要点是黄土高原地区管道施工的关键。黄土塬地带的施工具有以下特点：1）

50、应尽量避开雨季施工。2）施工作业带不连续，设备搬迁多。3）地下水位低，无水时土质坚硬，易于成洞。4）具有湿陷性，应做好施工过程中的临时水工保护。5）施工便道容易修筑，陡坡地段可以分割。6）地表土被扰动或破坏后，易造成水土流失，对水工保护要求高。7）地层不稳，易造成滑坡、塌方，应高度注意安全。8）必要时，应做好沟坡支护和沟底处理。2.黄土塬地带的施工原则1）尽量保持原有地形、地貌及原有排水系统。2）不阻塞河道，不破坏河流的原有形态，不对防洪防汛构成不利影响。3）避免雨季施工。4）管沟开挖、管道下沟回填工序紧密结合。5）采用预制化与沟下组焊相结合的施工方法。3.黄土塬地带施工措施1）便道修筑黄土高

51、原地区施工便道修筑是保证施工机具、设备和管材运输以及施工正常进行的必要条件。根据不同情况，可选用不同的方法：（1）在原有道路上拓宽、推平、洒水、压实，因原有道路大部分为山间小道，部分地段需劈山，土方工作量较大。道路修好后需经常洒水保护以保证运管及设备等的运输和倒运。（2）修筑盘山便道上山，用推土机盘山推平、洒水、压实，便道坡度要能保证车辆运管上山及设备等倒运。管道沿山敷设较长距离时，便道应保证能通过半挂拖车运管到作业带。（3）遇崾岘时应加宽处理，即填土后用草袋装土护坡或直接用草袋装土加宽。当长度宽度均较小时，采用管排法加宽。（4）离公路较远但离作业带上堆管场地较近时可直接从作业带运管到冲沟两侧

52、进行施工。（5）当冲沟深度较小且其底可以进行组焊时，可修施工便道到冲沟陡崖底部。（6）施工便道坡度要能保证车辆运管及设备等倒运。（7）当冲沟、陡崖两侧都离公路较近时可从公路直接向其两侧修筑施工便道，考虑设备、机具等倒运，一般应在冲沟、陡崖两侧附近修筑施工便道。（8）当河谷两侧都离公路较近时可从公路直接向河谷两侧修筑施工便道，考虑设备、机具等倒运，一般应在河谷两侧修筑施工便道。（9）河谷内便道修筑时，可采用井点降水降低地下水位后用推土机推平、压实，有必要时垫柳条后再铺黄土。2）施工作业带平整（1）黄土高原地区作业带应尽量遵循沿原山坡地貌，又使管道转角较少的原则。（2）管道连续通过梯田、陡坎时，可

53、进行降坡处理，敷设完毕后用草袋装填土或灰土等方法堆砌恢复原有地形地貌。（3）开拓作业带时禁止阻挡河沟水路，过水处严禁推高填低。（4）当冲沟或陡崖壁坡度较陡（大于35°）时，作业带修到冲沟两侧，冲沟两侧壁可做放坡处理或先进行管沟开挖。放坡处理时土方量较大，必须有堆土场地，当陡坡长度过大时须做成阶梯形，以便降低荷载防止坍塌。（5）当冲沟、陡崖壁坡度较缓（小于35°）时，作业带沿两侧壁直接修到底部。（6）当道路较宽时用推土机将其平整。（7）当道路较窄且路边山坡较陡时考虑劈山并放坡。放坡土方工作量较大，要找到合适的位置堆土，不能破坏当地自然环境。（8）用集水坑降水法，达到排水降水目

54、的，降水晾晒几天后再进行作业带开拓及便道修筑。（9）部分地段采用井点降水方法降水后再进行作业带平整。（10）作业带平整地段需铺柳条后再铺黄土。3）防腐管运输及装卸（1）直接用管拖或小型拖车运到现场。（2）农用拖拉机或推土机牵引自制炮车运管到现场。（3）在雨季施工时，运管应注意山坡塌方或滑坡，采取安全措施，过河应注意防洪、防汛。4）布管（1）利用吊管机直接布管。（2）利用推土或牵引车牵引自制爬犁（自制炮车）沿作业带布管，吊管机吊装卸管。（3）沟下组焊时可用吊管机或吊车直接布管。（4）当坡度较大且深度较小时，不需在陡坡上布管。（5）当陡坡长度较大且坡度较陡，吊管机等设备无法到达时，采用卷扬机布管。

55、（6）作业带修好后，可用吊管机布管，当土质松软时吊管机下应垫钢板，增大承载力。5）管道安装（山背，横坡，山谷三种）（1）斜井、竖井安装法。（2）混合安装法采用修“Z”字形施工便道与因地制宜的选用其他各种安装方法相结合的混合安装技术措施。根据钢管运输所能到达的位置，确定钢管卸至坡顶或坡底，条件允许时，应首选卸至坡顶，以减少动力负荷。当管道卸至坡顶时，利用坡顶卷扬机将单根管自上而下卸至第一作业点，然后再利用第一作业点的设备（单斗、推土机、卷扬机、布管机）将管子自上而下卸至第二作业点，依此类推直至倒数第二作业点。此时，根据倒数第二作业点与坡底之间的坡长、坡度确定采用预制或单根管组装的方式完成第一段管道的安装。按照的方法完成倒数第三作业点的钢管到位工作，并按照的方法完成倒数第三作业点与倒数第二作业点间的管道安装，依此类推，直至完成该整个坡地上的管道安装。6）管道组对焊接（1）作业带修好后可按一般地段采用自动焊或半自动焊进行管道组焊。在陡崖上组焊时，采用帆布制作的简易防风蓬防风。（2）当深度较小且陡坡坡度较大时应先进行管沟开挖，在冲沟底组焊后再用吊车吊到管沟内，沟底管线组焊后连头。（3）当作业带可修到沟底时，布管后沿作业带组焊。（4）当冲沟