大型河流穿越隧道内大口径管道施工技术

I大型河流穿越隧道内大口径管道施工技术中国石油天然气管道局第一工程分公司2010年11月16日II目录摘要.............................................................................................................11前言..........................................................................................................12工艺理论.................................................................................................12.1工艺流程...........................................................................................................................22.2施工准备...........................................................................................................................22.3变压器容量......................................................................................................................22.4隧道照明系统...................................................................................................................32.4隧道通信、监控系统.......................................................................................................32.7隧道内通风.......................................................................................................................42.8排水系统...........................................................................................................................62.3卷扬机安全校核...............................................................................................................72.4轻轨铺设...........................................................................................................................82.3运管车制作....................................................................................................................102.4轻轨法运布管................................................................................................................122.5管道的组对焊接............................................................................................................122.6管道的补口和支墩浇筑................................................................................................133安全措施...............................................................................................134总结.......................................................................................................155参考文献..............................................................................................151大型河流穿越隧道内大口径管道施工技术祁香文杜江范永明许铁恒（中国石油天然气管道局第一工程分公司，河北廊坊065000）摘要：隧道穿越是长输管道施工过程中的关键工程。自身较重的大口径管道，在穿越大型河流隧道时，会遇到隧道两端斜向角度大、距离长、作业空间狭小等重重困难。大型、重型的常用施工机械设备在隧道施工过程中无法正常使用，而且隧道内长输管道施工过程中会用到电力、机械、通风、排水等多领域交叉的技术知识，合理组织施工是安全、顺利完成隧道内的运布管、管道组焊和附属设施的安装的关键。本文以陕京三线黄河隧道管道施工为例，对大型河流穿越隧道内大口径管道施工进行总结。关键词隧道穿越；斜向隧道施工；轻轨法运管；施工方法1前言第八堡黄河隧道位于陕晋交界，是陕京三线的咽喉工程，西起陕西省榆林市佳县通镇下云石峁村，东至山西吕梁市临县第八堡乡第八堡村。如图1所示，西岸斜井长度为465m，倾角为28°，东岸斜巷长度为409m，倾角为25°，平巷长度为644m，坡度为0.3％，隧道总长度为1518m。隧道断面采直墙半圆拱形，净宽为3m，墙高为1.7m，拱高1.3m。隧道内管道采用三层PE加强级防腐，管壁厚为26.2mm，设计压力10MPa。隧道内管道架设在管墩上，间距为20m，共75个支墩；在斜巷进出口处、斜巷中部分别设锚固墩，共4个[1]。图1黄河隧道纵面图2工艺理论黄河隧道穿越施工的特点为，隧道呈倒梯形[2,3]、隧道内空间小、距离长、斜向部分坡度大。本次施工采用轻轨运管法和龙门架吊装组焊法，并对施工工序进行合理的统筹计划，结合现场施工情况，进行倒梯形河底隧道管道安装施工。22.1工艺流程首先对施工现场进行区域划分和隧道内管道进行放线，确定卷扬机的位置。浇筑卷扬机基础，达到养护期后安装卷扬机，同时进行隧道内照明、通信等辅助系统安装。制作运管车和龙门架，进行隧道内运布管等施工程序。其工艺流程如图2所示。2.2施工准备施工前要对施工环境和施工条件进行全面了解。在施工前应做到以下几点：1）施工图纸齐全，掌握全面的施工技术资料。2）隧道验收时应注意隧道底板是否平整，墩坑是否在一条直线上，水泥的强度是否达到施工要求。3）隧道内往往会渗漏大量的地下水，隧道内排水设施要是否齐全，漏水是否会影响到正常施工。4）修筑施工便道和现场堆管厂，保证管材供应。2.3变压器容量在管道安装施工前，在变压器容量满足要求的情况下，可以使用隧道施工方的变压器，减少了变压器采购、运输和安装时间。黄河隧道管道安装施工采用隧道施工方使用的变压器，进出口各一台315kVA的变压器，为施工设备提供用电。一般根据用电设备和各设备的电动机功率计算电力负荷。公式[4]计算如下:21tanjsxsSKP(1)/ebjsiSSK(2)式中:Kx为单台设备的需要系数；tan为单台设备功率因数角的正切值；Ps为单台设备的额定功率，kW；Sjs为单台设备的视在功率，kVA；施工前准备→卷扬机基础→卷扬机安装→隧道内辅助设施安装→轻轨安装→龙门架、运管车制作→轻轨法运布管→平向龙门架法组焊→斜向龙门架法组焊→焊口检测→防腐补口→支墩安装→锚固墩安装→测试桩安装→通球试压→轻轨等拆除→竣工验收→水封。图2施工工艺流程图3Ki为环境温度系数，一般为0.95~1.05，温度越低系数越大；Seb为初选变压器容量，黄河隧道施工初选变压器容量为315kVA；根据黄河隧道施工的用电设备配置表，和用电设备的需要系数和功率因数表可计算的变压器的初选容量Seb≥297kVA，满足要求。表1用电设备配置表序号名称功率数量单位1风机30kW2台2卷扬机25kW2台3混凝土搅拌机5.5kW2台4电焊机24kW6台5排污水泵20kW5台6空压机10kW1台7照明灯60W160盏表2用电设备的需要系数和功率因数[4]序号名称KxcosΦtanΦ1风机0.7~0.80.80.752卷扬机0.5~0.70.80.753混凝土搅拌机0.7~0.80.80.754电焊机0.40.51.735排污水泵0.7~0.80.80.756空压机0.7~0.80.80.757照明灯0.8~0.9102.4隧道照明系统隧道内的施工照明采用36V低压线路，施工中确保用电安全。照明线路架设在不影响管道施工的一侧。隧道进出口50米范围内，每隔5米设置一个60W照明灯，其余部分每隔10米设置一个60W照明灯。为防止隧道内距离过长，导致照明电压不足，每200米设置一台行灯变压器。在隧道内每隔40米配备一台应急照明灯。在隧道进出口加强照明是隧道照明过度的组成部分—人工光过度，其目的是防止施工人员在进出隧道时，人眼对光线明暗的突然变化不适应。2.4隧道通信、监控系统隧道内每隔100米设置一台有线电话，保证隧道内外的通信联系。在卷扬机位置设置一个电铃，在隧道内的斜巷部分每隔5米设置一个开关。在向隧道内运送管材时，人员要跟送，如果遇到运管车掉轨等突发事件，要及时按下电铃开关，4停止运管。待将运管车恢复到轨道上后，再继续运管。隧道内采取施工监控措施，在卷扬机工作室内可以看到200m范围的施工区域，便于卷扬机操作手的操作。隧道电路布置如图3所示，洞外各设备的布置如图4所示。2.7隧道内通风由于隧道较长，焊接时产生的烟雾较多，在隧道内采取强制通风措施。隧道采用压入式和抽出式混合式通风。进口采用压入式通风机送风，出口采用抽出式通风机抽风。可根据隧道内施工情况确定风机的功率，保证隧道内施工安全。风机的功率计算过程[5]如下：1）风机风量的计算。按洞内最小风速计算风量Q1=60Aν（3）黄河隧道图3电路布置图图4洞外布置图库房隧道口堆管区油罐施工现场大门消防区手段工具加工区卫生间卷扬氧气瓶乙炔瓶轻轨5其中，A为隧道断面积，m2；ν为最小风速，m/s。依次，可计算得黄河隧道的Q1=60×9×5=2700m3/s=45m3/min按洞内最多施工人数计算风量Q2=kqn（4）其中，k为安全系数，k=1.2；q为供给每人的新鲜空气量3m3/min；n为隧道内施工人数。依次，可计算得黄河隧道的Q2=1.2×3×20=72m3/min按焊接时产生的烟雾量计算Q3=n1m/ρ（5）其中，n1为焊接人员数；m为1个焊工每分钟产生的烟尘量为300mg/min；ρ为焊机废气的排放浓度4mg/m3。依次，可计算得黄河隧道的Q3=6×300/4=450m3/min取以上风量的最大值Qmax为工作截面所需风量，实际所需风机风量为Qj=pQmax。其中，p为风管