陡坡管道工程

目录TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"1.概论 2\o"CurrentDocument"2陡坡管道施工技术 3\o"CurrentDocument"2.1测量放线 3\o"CurrentDocument"2.2便道修筑 3\o"CurrentDocument"2.3开拓作业带 3\o"CurrentDocument"2.4防腐管运输及装卸 4\o"CurrentDocument"2.5管沟开挖 4\o"CurrentDocument"2.6布管 5\o"CurrentDocument"2.7管道安装 5\o"CurrentDocument"2.8管道组对焊接 6\o"CurrentDocument"2.9一次细土回填 7\o"CurrentDocument"2.10管沟回填 8\o"CurrentDocument"3陡坡纵向弯头的受力变形分析 84我国管道（包括陡坡管道）建设发展现状及前景展望.........10\o"CurrentDocument"4.1我国管道建设发展现状 10\o"CurrentDocument"4.2我国管道建设前景展望 10\o"CurrentDocument"5总结 12\o"CurrentDocument"6参考文献 13陡坡地区管道工程1.概论油气管道运输，具有输送能力大、能源消耗少、成本低、可连续均衡运输、不受气候季节影响、永久性占有土地少和运输安全性高等特点，是公路、铁路、水路、航空运输方式无法替代的第五大运输方式。管道运输业是个庞大的工业体系，在石油天然气工业乃至世界经济中发挥越来越大的作用。综合概括起来管道工程的特点主要有：①综合性强。管道工程是应用多种现代科学技术的综合性工程，既包括大量的一般性建筑和安装工程，也包括一些具有专业性的工程建筑、专业设备和施工技术。一条管道消耗钢材几十万吨以至上百万吨，投资有时需要几十亿美元，工程规模十分庞大，被世界各国视为大型的、综合的工业建设项目。②复杂性高。大型的油、气管道往往长数千公里，沿途可能要翻越高山峻岭,穿越大河巨川，或是穿越沼泽地带和沙漠地区。尤其是70年代以来，管道工程逐步伸入北极地区和高原的永冻土地带，并向深海发展，工程条件尤其复杂。另外，管道工程与所经地区的城乡建设、水利规划、能源供应、综合运输、生态平衡等问题密切相关，而且，在数千公里的施工线上组织施工，需要解决大量的临时性问题，如物资供应、交通车辆、筑路、供水供电、通信、建设管道预制厂等，这些都使管道工程更加复杂③技术性强。管道工程是技术性较强的现代工程。管道本身和所用的设备，要保证能在较高的压力下，安全、连续地输送易燃易爆的油和气。另外，各种油、气的性质不同，要使管道能满足不同的输送工艺要求。例如天然气和原油的输送管道要进行脱硫或脱水等预处理，输送易凝高粘原油的管道要进行加热或热处理等。管道敷施的环境千差万别，还要有针对性的处置措施，例如永冻土地区的隔热，沙漠地区的固沙，大型河流的穿越或跨越，深海水下的稳管等。这些技术问题都是十分复杂，需要多专业、多学科来综合解决。现代化的管道工程广泛应用电子技术，具有很高的自动化水平，在管理上，实行集中控制和高效、可靠的管理，其技术性更强。④严格性高。管道工程质量必须严格达到设计和规范的要求。数千公里长的管道系统，在工况经常变化的条件下，要长期、高效、安全地连续运行，就要求管道随时处于最佳运行状态。长输油气管道沿途穿越戈壁、沙漠、沼泽、高山、冲沟、峡谷、河流等多种复杂地形，管线不可避免地要通过陡坡。山区陡坡（坡度大于15°）地段由于纵横坡度大、地面高差大、土层和岩层间差异也较大，管沟开挖后容易把山坡体原始的稳定状态破坏，引起土石滑坡、塌方、泥石流等地质灾害；或改变原来水流状态，使雨水沿管沟冲刷，造成回填覆土失稳而沿管沟滑动。由于土体的滑动，可能危及管线的安全运行，因而成为管道施工过程中的关键控制难点之一。山区长输管道陡坡地段的施工，主要在布管、窜管、穗管方面存在较大难度，如果管线不可避免地要通过滑坡区，必须对陡坡段管线采取相应的工程措施，参考国内外陡坡地区铺管经验，结合陡坡地带自身的地理、地质、环境等特点，采取特殊措施才能保证工程安全高效施工。2陡坡管道施工技术2.1测量放线1） 对线路定测资料，线路平面和断面图进行详细审核和校对。放线的基准点为设计单位设置的线路控制桩和线路临时性、永久性水准基标。2） 根据控制桩测定管道中心线，并在控制桩之间按照图纸要求设置纵向变坡桩、变壁后桩、变防腐图层桩、穿越标志桩、百米桩和曲线加密桩。各种桩用油漆注明类别、编号、里程等要素，标注应易于辨认，便于寻找。3） 各桩均应注明里程、地面标高、管底挖层以及挖深。4） 对于图纸及定测资料已标明的阀室、地下构筑物应进行调查、勘探，并在线路与障碍物交叉范围两端设置标志，并在标志上注明筑物类型、埋深和尺寸。5） 采用白石灰或其他鲜明、耐久材料按路线控制桩和曲线加密桩放出线路中线和施工占地边界线。6） 如果地表为岩石，正常的放线工作无法进行，通常情况下，用测量仪器定位，每20m用油漆（红色）在岩石表面做标记，标记位置尽量选择在凸起、醒目、空旷的岩石表面上。对于转角桩，在其周围醒目的位置进行栓桩，以便校合原桩位。2.2便道修筑1） 施工便道的选择，应首选原先小路，对其进行拓宽、推填、垫平、碾压、加固。其次选择新建，新建施工便道尽量沿台地缓坡设置。2） 对于施工便道与公路衔接处，采取用土袋、枕木铺垫的方式，对于有路边排水沟的要埋设过水涵管.施工便道经过埋设较浅的地下管道、电缆、沟渠等地下物或设施时，应采取必要的加固保护措施.3） 在有横向坡度的陡坡上修筑施工便道和作业带时，要符合以下规定：当横向坡角为10-20度时，人工直接在斜坡上挖土修筑。当横向坡角为20—30度时，人工铲土修筑。当横向坡角大于30度时，可修筑盘山便道上山，用推土机盘山推平、压实，便道坡度要能保证车辆运营上山及设备等倒运。管道沿山敷设较长距离时，便道应保证通过半挂拖车运营到作业带。在地表松软或易滑坡的地段应打桩加固或修筑挡土墙。4） 施工便道在施工完成后，按要求进行拆除，恢复原貌。2.3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。施工作业带有时可与施工便道的修筑统筹考虑。2） 施工带应水平方向平整、夯实、以防出现横向倾覆。3） 施工作业带的坡度最好小于20度,当大于20度时，应通过”Z”字行路来降低坡度.4） 在横坡修作业带时，填土一侧应夯实、平整。当为石质山坡时或横坡大于30度时应通过设挡墙或打桩的方法，加固作业带。5） 当纵向坡度大于30度时，应采取人工修筑施工作业带，可做放坡处理或先进行管沟开挖。并每隔50米修筑一个8m*4m的焊接设备停放台。6） 当道路较窄且路边山坡较陡时考虑劈山并放坡，土方工作较大时要找到合适的堆土位置，不能破坏当地自然环境。7） 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的保护措施。8） 一般地段（平原、河谷、浅丘，纵坡〈10，横坡〈8）施工作业带宽为28m。山区一般地段（10〈纵坡〈30，8〈横坡〈15）施工作业带宽度为12—20m。山区陡坡地段（纵坡〉30，横坡〉15）施工作业带宽度为12m。9） 施工作业完成后清理作业带，应注意对环境的保护，减少或防止水土流失，尽量恢复原来地貌。2.4防腐管运输及装卸按运输方式的不同可分为：管车运输、槽车运输、履带背管车运输、爬犁运输、吊管车运输、索道运输等。雨季施工运输，应注意山坡塌方和滑坡，采取安全措施，过河注意防洪防汛。2.5管沟开挖1） 陡坡管沟开挖分纵坡管沟开挖、横坡管沟开挖和复合管沟开挖，尽量采用挖掘机开挖，当挖掘机无法到达时可以采用人工开挖，石方段采用爆破与人工开挖相结合的方法。2） 陡坡管沟开挖前，要打加密钢桩以防开挖时山坡塌方。3） 一般地段将管沟回填高出地面300mm，斜坡段管沟回填须分层夯实。4） 管沟沟底宽度应符合下列要求：（1） 在沟边组装管道：管径^500mm，沟底宽度为D+0.4米；管径＜500mm，沟底宽度为D+0.3米。（2） 在管内组装管道：不论管径大小，沟底宽度均为D+0.8米。5） 管沟边坡度可根据土壤的性质来选择，当管沟不超过5米时，在不加支撑的情况下，一般可按表1查用。土壤种类沟边坡度沟边无载荷沟边有静载沟边有动载砂土、砾石1：0.751：101：1.25亚砂土1：0.51：0.671：1.0亚粘土1：0.331：0.51：0.75含砾石、卵石土1：0.51：0.671：0.75泥炭石、白垩土1：0.251：0.331：0.67粘土1：0.251：0.331：0.67干黄土1：0.11：0.251：0.33表1各种土壤的允许坡度6）沟边的挖掘深度在管道输送介质无特殊要求的情况下，可参照表2规定选择:类别荒山耕地水田沟渠居住区穿公路公路沟岩石区埋深0.40.60.81.01.20.80.50.4表2管线埋设深度表（米）2.6布管1） 布管时应按设计图纸要求的管径、壁厚、防腐层类型及级配等顺序进行，使布管准确有序。布管要按规范要求进行。2） 布管时，管道呈锯齿形摆放，在钢管两端底部设置稳固的管墩支撑，以保护防腐层，且不允许有土块或杂物进入管内。3） 吊管机布管时选用尼龙带，并在管子两端系绳，由两人牵引，以免在运布过程中，损伤防腐层。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时，吊管机等设备无法到达时，采用卷扬机布管。6） 采用沟下焊接地段，管子在沟上布置并采取措施保护防腐层，随着焊接逐根沟下组对。7） 布管时，应采取有效的管子稳管方法。2.7管道安装根据坡度的大小，管子可运到坡顶还是坡脚、施工便道和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，管道安张可以米取以下几种方法：1） 当坡度小于15度时，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度小于22度时，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度小于30度时，管道从下向上预制安装（滚轮式）4） 当坡度大于30度时，管道从下向上单管安装（轨道式）；从上向下预制安装管道（可采用滚轮式、竹皮子式、轨道式）；索道运管进行安装；长坡分段的管道安装。5） 管道安装允许偏差见表3所示：项目允许偏差（毫米）坐标及标高室外架空15地沟15埋地25室外架空10地沟15水平管弯曲DW1001/1000最大20D>1001.5/1000立管垂直度2/1000最大15成排管段在同一半面上5间距+5交叉管外壁或保温层间距+10表3管道安装允许偏差2.8管道组对焊接1） 坡口清理（1） 需在施工现场进行坡口加工的管子，对于大口径大壁厚管道而言，应采用坡口机加工坡口，管道连接口，可采用机械切割和气割（2） 管道组对前应将管内杂物清除干净，并注意对内涂层的保护（当有内涂层时）。（3） 使用电动钢丝刷或砂轮机将坡口两侧25mm范围内的起鳞、磨损、铁锈、渣垢、油脂、油漆和其他影响焊接质量的有害物质清除干净，使焊接表面均匀、光滑并呈现出金属光泽。2） 管道组对针对不同的坡度地质条件管道安装方法可选择不同种类的管道组装方法.内对口器组装法：内对口器组对时，应使用吊管机起吊管子，吊管机数量不宜少于两台，应使用间隙样板控制对口间隙，应在焊接完成后拆卸或移动对口器，移动对口器时，管子应保持平稳。（2） 链式外对口器组装法：采用链式外对口器组装时，应尽量使用吊管机起吊管子，否则可采用四木塔倒链或龙门架起吊，应在焊接完成50%以上时方可拆卸对口器，所完成的根焊分为多段，且均匀分布，此外，对口器拆卸之前还应在该组对管子的适当位置增加可调式支撑。（3） 钢性外对口器组对法：采用钢性外对口器时，由于陡坡管道施工往往采用大型设备配合，因此尽量减少外对口器质量十分重要，这样，除对外对口器结构进行改进外，还可以辅助采用内部校圆装置，用来克服组对管子的错边。（4） U性架组装3）焊前预热管口预热范围为坡口两侧各75mm，预热温度为达到焊接工艺规程规定的数值。4）管道焊接（1） 作业带修好后可按一般地带采用自动焊或半自动焊进行管道焊接，在陡坡上组焊时一般采用半自动焊或人工焊，为防风可制作简易防风棚。（2） 当深度较小且陡坡较大时先进行管沟开挖，在冲沟底组焊后用吊车吊到管沟内，沟底管线组焊后接头。（3） 当冲沟侧壁陡坡较长且陡坡较陡，采用卷扬机布管、三脚架配合组对焊接，陡壁处防风采用简易防风棚。（4） 焊接弯头组对时，应将各段中心线对齐，避免弯头焊后出现扭曲。弯头焊接前，先用点焊固定两侧的两点，将角度调整正确后再点焊1—2处（见图1）。图1弯头点焊（5）为确保现场焊接的焊缝质量，可进行100%的射线检查。2.9一次细土回填（1） 自然细土回填当坡度小于20度时，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度一30度之间时，管沟回填时为防止细土流失，每隔5m铺设一个300mm厚的沙袋，作为挡土墙。（3） 土袋堆码式细土回填当陡坡大于30度时，散土无法固定，回填细土必须全部用编制袋或草带装土，由下而上堆码回填，在堆码时必须分层交叉，有空隙的地方，再用细土回填。必要时，可在管沟方向每隔15—20m设一木头挡土梁，挡土梁深入两侧管沟中各300-500mm，挡土梁直径为100—200mm，一次细土回填时，挡土梁与土袋一同埋设。挡土梁与管沟距离大于50mm。2.10管沟回填（1） 二次细土回填1） 细土回填应符合设计要求2） 细土最大颗粒径不得超过10mm。3） 细土回填至管顶300mm。（2） 剩余部分管沟回填1） 管沟回填可采用单斗、推土机、自卸车取土回填，也可进行人工回填。2） 严禁用机械设备在管沟回填、平整时在管顶覆土上扭转设备。3） 回填原土石方时，石头最大粒径不得超过250mm.4）在下沟管道的端部应留出不小于30m的管段，暂不回填，待连头后回填。4） 管线下沟后应进行检查，管底不得有悬空现象。深埋必须符合设计要求，碰损的防腐绝缘层应修复，沟内的积水、石块应清除。5） 若设计无特别要求时，管沟回填土应高出地面300mm以上，用来弥补土层下降。覆土要于管沟中心线一致，其宽度为管沟上开口宽度，并做成梯形。6） 对于回填后可能遭受洪水冲刷或浸泡的管沟，应按设计要求分层压实回填，引流或压沙袋等防管道漂浮的措施。7） 管沟回填自然沉降密实后，自然沉降宜30天后，应用雷迪寻管仪对管道防腐层进行地面检查，符合设计规定为合格。管道敷设完毕后应进行管道试压和恢复地貌。3陡坡纵向弯头的受力变形分析管道通过山区和陡坡地带时，经常需要许多纵向弯头。纵向弯头有两类，一类是弯头顶朝下，曲率中心在上。这类弯头的计算方法与水平弯头相同，只是土壤压缩反力系数K值要取得大一些，因为垂直于沟底压缩土壤所取得的压缩反力要比垂直于沟底侧面压缩土壤所取得的压缩反力要大。另一类是弯头弯头顶朝上，曲率中心在下，升温时这类弯头及其两侧的一段弯道向上顶土，受到的土壤反力基本上等于或稍大于被顶土的重量，因此弯头两侧直管段上所受土压力q可视为常数，不再与弯曲挠度成正比关系，这是与水平弯头受力情况的主要区别所在。顶朝上布置的纵向弯头变形与受力分析如图2所示，在弯头断开处，作用有轴力N、剪力Q和弯炬M。

图2纵向弯头图中的Lgo表示过渡段长度，Lgob为升温后发生弯曲变形的弯曲段长度，在弯曲段的末端处惹胀弯炬为零。根据上面的受力分析，并仍把弯头作为弹性铰处理，可求出弯头的惹胀弯炬M、弯头的向上位移/和弯曲段长度Lgob、过渡段长度Lgo。M图2纵向弯头图中的Lgo表示过渡段长度，Lgob为升温后发生弯曲变形的弯曲段长度，在弯曲段的末端处惹胀弯炬为零。根据上面的受力分析，并仍把弯头作为弹性铰处理，可求出弯头的惹胀弯炬M、弯头的向上位移/和弯曲段长度Lgob、过渡段长度Lgo。M=12s.PsLgob(3—1)/_PsLgob Lgob+3mRa+)72EIcos(2)Lgob+KRa%(3—2)Lgo=(冬)；'(05—S)P\g(<)r 3f 2(3—3)Lgob=(1+s)r； 3Ps^^EW^'1+16tg52(2)：'(0.5-s)f(1+s)2Ps.r 3PsatEA-1(3—4)式中，h为管顶覆土厚度，其余符号均同前。计算式中弯头夹角a用孤度。利用上述计算公式计算时，先假设弯曲段长度Lgob（一般取11—15米）代入计算公式求f，再将f值代入求出Lgob，与原先假设的数值比较，如不同，需要重新假设并计算，直到假设的Lgob值和计算求得值相差不超过2%为止。求得Lgob和f值后，就可算出M、/和Lgo。不论是水平弯头还是纵向弯头，求得热胀弯矩M后，即可按公式求出最大轴向力blmax环向应力cqmax。应力增强系数:,0.835I= 人2234我国管道（包括陡坡管道）建设发展现状及前景展望4.1我国管道建设发展现状中国管道工业的发展，至2006年底已有48年的历史，先后出现过三次建设高潮。第一个建设高潮是在20世纪70年代——伴随大庆、辽河和胜利等东部大型油田的开发，中国建成了连接东北、华北和华东地区的东部输油管网。第二个高潮建设是在上世纪80-90年代——伴随新疆、塔里木、吐哈、四川和长庆等西部油气田的开发，中国在西部地区建成了连接油气田和加工企业的长输油气管道和川渝输气管网。目前，随着中国东部和西部地区油气田的进一步开发和国外油气资源的引进，特别是天然气工业的快速发展，中国油气管道建设进入了第三个高潮。近年来一批区域性大型天然气干线管道的建成投产，使中国管道工业的发展速度和技术水平跨入了世界先进行列。截至2006年底，中国已建成长输油气管道总长度超过5万千米，其中天然气管道约3万千米，原油管道约1.5万千米，成品油管道约0.56万千米，形成了初具规模的跨区域油气管网。在多年的管道建设实践中，管道设计、施工和运行管理技术得到了很大发展，原油常温输送、原油减阻降凝输送、自动控制、高强度管道钢应用、管道防腐保温、储气库调峰、管道流水施工作业、大型河流定向钻穿越等技术都得到了广泛应用，并取得了较好的效果。4.2我国管道建设前景展望目前建设的西气东输管道工程是国内输送压力最高、选用钢材强度最高、口径最大的输气管道，采用了内涂减阻、盾构穿越大型河流和盐穴储气库等多项先进技术，使我国的管道设计和施工技术又上了一个新台阶。含蜡原油加剂改性输送技术添加降凝剂改性输送是目前含蜡原油节能、安全输送的发展方向。20世纪80年代以来，对含蜡原油添加降凝剂改性输送技术的研究取得了一系列的进展，在国内现有的鲁宁线、马惠宁线等10条输油管道上采用了添加降凝剂改性输送技术，取得了显著的经济效益。目前，中国石油天然气集团公司(CNPC)在该技术领域处于国际前列。先后研制出CE、GY、BEM等系列降凝剂，加剂输送设计新管道，加剂原油剪切和热力效应定量模拟技术。落差地段输油管道的运行控制技术我国西部地区地形复杂，所修建的长距离输油管道要穿越崇山峻岭。如库鄯输油管道在113km的范围内，落差高达1660m，是世界上少见的具有U形特征的大落差管道，国际上大落差管道大多是高点后一泻而下，没有U形起伏带来的困难。兰成渝成品油管道也存在类似的大落差地段。如果不加以控制，大落差管道可能出现不满流现象，给运行控制造成困难。结合库鄯输油管道，研究了大落差管道不满流段两相流动的水力瞬变特性，建立了管道水击事故超前控制的数学模型，提出了大落差管道水击事故超前控制及动态模型控制的方法，填补了国内空白。管道自动化控制技术近年来，我国油气管道的自动化控制水平有了显著提高。东北原油管网通过近几年的改造由先单站、再单线、继而实现了整个管网的自动化控制。陕京输气管道采用了以SCADA系统为主的站场控制系统(ACS)，实现了对19座计量站、清管站以及干线截断阀室的实时监控及数据采集。管道内检测技术我国从80年代开始管道检测技术与设备的研究和应用，先后从国外引进了不同规格的管道腐蚀检测设备。经过十几年的引进、消化吸收和国产化研制，国内现有管道腐蚀检测器已能满足273〜720mm各种口径管道的检测需求，其中自行研制的377mm腐蚀内检测器，1998年研制成功并投入使用，目前已获国家专利。截止目前，已对20多条共计6612km的油气管道进行了内检测。储气库调峰技术我国首次大规模采用储气库调峰是在陕甘宁气田至北京的输气管道工程上，为了解决北京市季节用气的不均衡性，保证向北京市稳定供气而修建了大港油田大张坨地下储气库。2001年，又建成了大港板876储气库，设计调峰能力为180万m3/d，正在建设的板中北高点储气库，设计调峰能力为300万立方米/d。3座储气库的调峰能力达到980万立方米/d。定向钻穿越技术1985年，中国石油天然气管道局从美国里丁贝茨建设公司引进了1套RB-5型水平定向在多年的管道建设实践中，管道设计、施工和运行管理技术得到了很大发展，原油常温输送、原油减阻降凝输送、自动控制、高强度管道钢应用、管道防腐保温、储气库调峰、管道流水施工作业、大型河流定向钻穿越等技术都得到了广泛应用，并取得了较好的效果。管道机械化施工作业技术采用机械化流水作业施工工艺是提高管道组装焊接速度和质量的行之有效的办法。我国管道施工作业队伍在手工和半自动下向焊施工技术上形成了适合我国国情的标准化施工作业工艺。与气体保护焊、全自动焊、挤压电阻焊相比，具有使用辅助设备少、故障率低的优点，一个40人的机械化流水作业线平均每天可以组焊直径660mm的管道700m（约有60个接头），已达到了国外先进工业化国