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          管道研究

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          油氣管道截水墻施工技術應用探討

          來源:《管道保護》2022年第6期 作者:孫濤 張斌 王波 時間:2022-12-14 閱讀:

          孫濤 張斌 王波

          西氣東輸甘陜輸氣分公司

           

          摘要:油氣長輸管道80%~90%處于埋地狀態。由于管溝內的回填土結構疏松、固結程度差,遇水極易發生沿管溝方向的水土流失,引起管道露管或懸空,對管線安全運營形成威脅。修建截水墻是防治管溝水土流失簡單有效的辦法。對常見截水墻的優缺點進行分析比對,探討應用一種預制拼裝的FRP艙格截水墻專利新技術,其經濟合理、施工便捷、材料易取的優點,可以彌補常見截水墻的不足,實現工程的最優化。

          關鍵詞:管道懸空;施工原則;FRP截水墻

            

          截水墻是設置于管溝內部、包裹于管道外表面用于減弱或消除坡面地表徑流對管溝回填土沖刷作用而間隔設置的地下阻水構筑物,是管道水工保護工程的重要設施[1]。截水墻必須同時具備兩項功能:一是封水性,以減弱或消除坡面徑流順管溝的沖刷作用;二是一定的強度和穩定性,以支擋斜坡上管溝土體土壓力的下滑趨勢。

          1  截水墻施工的基本原則

          1.1  截水墻基礎穩定原則

          截水墻工程施工最關鍵環節就是開挖制作穩固的基礎,截水墻基礎質量很大程度上決定了截水墻整體工程質量。實際施工中,專業設計人員要根據施工現場實際情況合理制定并選取最佳截水墻方案,加強施工現場地基處理工作,提高地基的整體牢固性,保證截水墻整體基礎工程質量。要充分分析土質特點、管道懸空特點、工程造價等,合理篩選截水墻施工材料。從截水墻材料選擇入手提高截水墻施工技術水平,以防在后期管道運行中發生坡面塌陷、管道懸空、管道裸露等不良現象。

          1.2  因地制宜原則

          截水墻施工往往面臨著較為復雜的施工環境,管溝內的回填土結構疏松、固結程度差,遇水極易發生沿管溝方向的水土流失,引起管道露管或懸空。設計時需要因地制宜,加強前期勘察,根據管道所處環境不同的坡面角度、土壤類型、塌陷或懸空長度,通過計量、計算等手段提高設計數據準確性,為后續施工工程質量監管提供條件。

          2  常見截水墻工程

          2.1  漿砌石截水墻

          漿砌石截水墻(圖 1)是最為常見的截水墻形式,為設計首選方案。漿砌石材料價格低、易獲取、經濟性好;結構簡單,施工難度小。同時,各種建筑材料及建筑廢棄物也能用作漿砌石截水墻材料,能滿足大部分施工需求。但漿砌石截水墻工程量比較大、材料質量較重,自重容易導致地基移位和變形。在管道運營及后期維修養護期間,易出現管道防腐層被石塊劃傷、料石和料石之間的大孔隙造成截水墻水工保護體開裂,整體阻水性能變差或失效。為此在管道周圍采用磚塊砌筑,在土體嵌入部分采用漿砌石砌筑的方式進行施工,可有效改善和加強漿砌石截水墻的安全性和可靠性。


          圖 1 漿砌石截水墻

          2.2  混凝土截水墻

          混凝土截水墻(圖 2)也是常見的截水墻方式,與其他截水墻相比,具有較高的強度和良好的抗沖擊能力和抗滲能力,整體結構相對安全穩定;炷两厮畨Φ膬瀯葜饕憩F在管道坡度大、透水性很小的地基環境中,一方面對管道起穩固和加強作用,另一方面防滲漏效果好能有效阻擋土體的滑動和水流沖刷帶走泥土。其缺點是成本高,一旦澆筑成型很難拆除,給后續管道運營和維修過程中管道開挖施工帶來一定難度。


          圖 2 混凝土截水墻

          2.3  袋裝土截水墻

          袋裝土截水墻(圖 3)適用于各種地理環境。其中水泥土截水墻是將水泥和土按照一定比例拌合后分層夯填沿管道成間隔狀排列;草袋土截水墻施工方式類似,兩者都具有非常好的穩定性;可就地取材,充分節約成本。缺點是,在管道建設期由于有開挖好的管溝,截水墻施工比較方便,而運行階段因禁止使用大型機械開挖,人工開挖比較困難,水泥土和草袋土截水墻很難實施。


          圖 3 袋裝土截水墻

          綜合分析當前截水墻存在以下問題:①通常截水墻管溝墻身截面尺寸較大、強度利用率較低,存在明顯的浪費現象;②均采用現場施工,工序復雜、工期長,受外部環境因素干擾大,砂袋及砌體質量不易控制,防治效果不盡如人意;③對周邊環境產生一定的破壞或污染;④偏遠或砌筑材料相對匱乏的地區,施工難度和工程費用均增高,施工成本加大。

          3  探討應用新型截水墻施工技術

          為克服當前截水墻存在的不足,需要開發一種經濟合理、施工便捷、材料易取的新型截水墻。東南大學等[2]提出應用纖維增強復合材料(Fiber reinforced polymer,FRP)的裝配式艙格截水墻專利技術。FRP艙格截水墻由FRP薄壁艙格和填土兩部分組成,FRP艙格由FRP空腹板通過膠黏和螺栓連接而成,設計成梯形,用于容納填土,如圖 4所示。填土可采用棄土、廢棄礦渣等價格低廉填料。


          圖 4 FRP艙格截水墻示意圖

          施工時將FRP空腹薄壁艙格嵌入管溝后能起到很好的支撐作用和阻水作用,墻面材料可以根據設計要求聯系專利單位大批量定制。該截水墻為永久性工程,具有可設計性強、裝配容易、便于維護、經濟耐用、質量輕、強度高、耐腐蝕、抗滲性好等優點。

          該截水墻的設計荷載與重力式截水墻基本一致,區別是空腹薄壁艙格需考慮箱體內填土的土壓力,這是艙格尺寸設計的主控力,艙格內填土的土壓力可參考貯倉土壓力理論進行計算;抗滑、抗傾覆穩定性計算與重力式截水墻相同。裝配式FRP艙格截水墻與傳統重力式截水墻在施工準備、放線、溝壁開槽階段工序相同[3],在施工工藝和材料上存在差異,如表 1所示。

          表 1 截水墻施工工序比較


          4  結語

          截水墻工程施工中,根據實際需要選擇最合理的施工工藝、最大化保證截水墻質量是終極目的。裝配式FRP艙格截水墻優勢明顯,建議在管道水工保護工程中加以應用并進一步完善。今后應結合國內截水墻工程實際特點和需求,不斷創新施工工藝和技術應用,發揮截水墻工程價值,促進截水墻工程建設有序發展。

           

          參考文獻:

          [1]中國石油管道建設項目經理部.油氣管道工程水工保護施工技術規范[S]. Q/SYGJX138-2012.

          [2]東南大學,江蘇恒美德新材料有限公司.一種預制拼裝的FRP截水墻結構及施工方法:CN114086606A.2022-02-25.

          [3]姜雷.重力式組合裝配擋土墻技術方案研究[J].高速鐵路技術. 2019(4):44-47.


          作者簡介:孫濤,2016年畢業于中國石油大學油氣儲運專業,甘陜輸氣分公司靖邊作業區線路管理員,主要從事管道完整性管理、預防第三方施工損壞、腐蝕控制、地質災害治理等工作。聯系方式:18791413536,731542806@qq.com。


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