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          管道研究

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          超深埋地管道缺陷修復作業坑開挖支護方案與實踐

          來源:《管道保護》2021年第2期 作者:劉興瑞 高宏 王磊 杭光強 時間:2021-4-13 閱讀:

          劉興瑞 高宏 王磊 杭光強

          陜西延長石油(集團)管道運輸公司


          摘要:埋地管道維修與維護中,往往會遇到作業坑開挖支護和地下水處理等難題。以某工業園區超深埋地管道缺陷修復作業坑開挖支護方案為例,分析了管道缺陷點周邊環境,提出了針對性作業方案,為相關維修維護作業提供了有益借鑒。

          關鍵詞:超深埋地管道;作業坑;開挖支護;護壁;降水井


          部分油氣管道受周邊環境和人為因素影響使得被占壓或深埋,導致缺陷修復作業坑開挖支護難度增大,費用成倍增加。如何使開挖支護方案更加安全、經濟,筆者以某超深埋地管道缺陷修復作業坑開挖支護為例,介紹相關做法和經驗,為此類作業提供參考和借鑒。

          1  缺陷管道所處位置

          某工業園區內輸油管道為東西走向(圖 1),管徑406 mm,壁厚6.4 mm,埋深15 m,2個缺陷點位于12點鐘方向,金屬損失分別為43%和20%。管道北側和南側分別為輕烴罐區和油品裝卸區,西側6 m和15 m位置分別為公路和周河石砌護坡邊界。管道缺陷點正上方為天然氣凈化廠管廊架,分別架有直徑100 mm管道4條、150 mm管道1條和300 mm管道1條,輸油管道與管廊架基礎水平凈距10 m。


          1 管道位置走向圖


          2  地質環境勘測

          2.1  地層勘探

          作業場地屬于溝谷地貌,地形主要由沖洪積和人工回填形成,地層分布不均勻。根據現場鉆探揭露,結合對所取土樣的試驗分析結果,管道腐蝕缺陷點地層自上而下可分為三層。第一層為雜填土(Q4ml)堆積而成,土質不均勻,下含礫石,可見磚塊、基巖塊等,揭露厚度5.4 m~6.0 m。第二層為礫石土(Q3al),上部有薄層淤泥質土,底部主要成分為長石、石英,粉土充填其間、稍密,該層分布不均,級配不良,粒徑1.0 cm~2.5 cm,揭露厚度6.0 m~6.5 m。第三層礫石土(Q3al),該層卵石分布均勻,粉土充填其間、級配良,粒徑1.0 cm~2.5 cm,揭露厚度7.6 m~15.0 m。  

          2.2  水文情況

          管道缺陷修復點毗鄰河道,向西15 m為周河,河床寬50 m,河床水平位置高于管道缺陷點位置。地下水埋深5.8 m,水位較高,水源豐富,且透水性較強。

          3  開挖支護方案

          針對該超深埋地管道,借鑒建筑基坑、道路工程管溝、市政排水管道等開挖支護技術,采用“機械人工挖掘豎井+鎖口+地下連續墻+槽鋼支護+降水井”開挖支護方案,通過機械、人工相結合的方式挖掘豎井作業坑,井壁采用鎖口、地下連續墻和槽鋼鋼板樁相結合支護結構,并挖掘降水井降水。

          3.1  作業坑開挖

          為防止塌方,保證施工安全,當作業坑挖掘到一定深度時,邊沿留出足夠邊坡,然后再開挖再放坡。為使管道兩側天然氣凈化廠管廊架基礎不受影響,開挖一個水平凈尺寸空間長3 m,寬2.5 m,深16 m的豎井作業坑(圖 2)。豎井作業坑采用分層分節開挖方式,遵循“先支護后開挖,分層分節開挖、嚴禁超挖”的原則,每層開挖深度為0.5 m~1.0 m,14 m內采用機械、人工相結合的方式挖掘豎井,14 m~16 m部分用人工挖掘,防止破壞光纜和管道。井口設置電葫蘆用以吊裝雜土,并將棄土及時倒運至場區外,減小豎井作業坑負荷。



          2 豎井位置示意圖


          3.2  作業坑支護

          豎井作業坑支護采用“護欄+鎖口+地下連續墻+槽鋼支護”方案(圖 3)。井口地面四周設置1.2 m高活動護欄進行安全防護。井壁用鎖口和地下連續墻相結合方式進行支護。鎖口高2 m,厚0.5 m,并高出地面0.2 m,以防地表水、雜物、棄土進入豎井內。護壁深14 m,厚0.5 m,每節護壁預留不大于0.25 m空隙,供灌注砼用,灌注完成后立即填滿空隙。鎖口和護壁均采用C30鋼筋混凝土,鋼筋為Ф22 mm HRB400。井內5 m以下每層護壁設置橫向槽鋼支撐,槽鋼嵌入兩側混凝土護壁中。



          3 豎井作業坑支護結構


          3.3  地下水控制

          常見的地下水控制方法見表 1。




          在豎井作業坑四周距離井壁1.5 m處挖掘4個降水井,降水井深度為18 m。采用地下連續墻法對豎井作業坑井壁進行截水,并在豎井作業坑開挖前和開挖過程中使用抽水設備抽水,使水位降至作業坑底面以下,防止流砂和管涌的發生,實現土方開挖的干作業。

          3.4  其他安全措施

          (1)通風設施。施工豎井作業坑深16 m,井下自然空氣中含氧量較少,且修復對象為輸油管道,容易產生油氣揮發和聚集,影響井下作業人員安全。采用井下操作面送風的機械通風方式,將風機置于井口外側2 m處,送風管道沿豎井內壁臨時固定、敷設至井底操作面0.5 m高位置,將井外新風送至井底操作面,使操作面空氣及時得到凈化(表 2)。




          (2)設置逃生爬梯。根據豎井井深,設計并制作一部長17 m、寬0.5 m的鋼直爬梯,固定于地下連續墻上,便于施工人員上下和逃生使用。

          4  缺陷修復及作業坑回填

          在作業坑和安全防護措施到位、符合作業條件的情況下,采用B型套筒對管道缺陷進行修復。缺陷修復完成后,作業坑用PVC管設置觀察孔,然后用細沙回填1.5 m,使用細土夯實繼續回填至11 m時,再使用三七灰土夯實回填至15.7 m,最后0.3 m地面用混凝土澆筑。

          5  結語

          針對超深埋地油氣管道缺陷修復作業,采用“機械人工挖掘豎井+鎖口+地下連續墻+槽鋼支護+降水井”開挖支護方案,具有經濟效益好、作業空間大、工期短等特點,提升了缺陷管道開挖支護質量和施工安全管理水平,為此類作業項目提供了參考。管道缺陷修復作業過程中會出現不同類型的作業環境,受地型、地貌、地質等自然環境及社會環境影響,作業人員要在保障安全環保的前提下,不斷探索經濟、高效、可行的作業方法,不斷總結經驗,為管道長周期安全運行提供保障。



          作者簡介:劉興瑞,碩士研究生,高級工程師,注冊安全工程師,現任陜西延長石油(集團)管道運輸公司安全環保質監部經理,長期從事油氣管道安全環保管理、質量節能和管道完整性管理工作。聯系方式:15891145188,375432767@qq.com。


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