输油管道在多年冻土区施工方法论文

浅论输油管道在多年冻土区施工方法摘要：本文以中俄原油管道漠河-大庆段工程为背景，介绍了大兴安岭地区高寒及冻土施工方法，着重介绍了冻土区管沟回填方式。关键词：输油管道；多年冻土；冬季施工；措施abstract:thisarticlewithcrudeoilpipelinebetweenchinaandrussiamohe-daqingsectionengineeringasthebackground,thispaperintroducestheconstructionmethodofthealpineregionandpermafrostisintroduced,andthentheepigeneticbackfillwayenvironment.keywords:oilpipeline;permafrost;winterconstruction;measures中图分类号：tu74文献标识码：a文章编号：1引言随着我国经济的高速增长，长输管线作为输送石油天然气的纽带，也显得尤为重要，中俄原油管道是国内唯一一条穿越多年冻土条件的长输管道，主要地质是季节型冻土和永冻土。冻土类型主要为少冰冻土、多冰冻土和富冰冻土，局部发育着饱冰冻土、含土冰层等高含冰量冻土。在该区段内，管道大部分地区为较好冻土地段，部分为良好冻土地段，局部为不良和极差冻土工程地质地段，考虑到融沉、冻胀问题等对管道的破坏，所以多年冻土条件下施工难度较大，采用粗颗粒土换填的方式解决了这一难题，保证了管道的运行安全。2冻土区域施工基本工序2.1、施工作业带清理在高含冰量多年冻土分布地段，植被清理应在寒季进行，以减少对多年冻土的扰动；对于低含冰量多年冻土分布地段，植被清理可在任何时间进行，但林区林木砍伐宜在冬季进行。从保护冻土环境，高含冰量地段树墩应保留；低含冰量地段，在不影响施工的情况下应尽量保留树根，以利于水土保持和植被恢复，同时增加地表承载力。从减小多年冻土上限下降幅度考虑，作业带地表的杂草、苔藓等有机层应尽量不清除。2.2、施工作业带铺设为维持多年冻土环境的热平衡，多年冻土地段的施工作业带制作，应尽量采用填方，尽量贯彻“宁填勿挖”的原则。尽量减少作业带宽度，保证对冻土最小的扰动。铺筑作业带工作垫层时，尽可能的保留地表腐植土层。2.3、管端坡口清理及制管打磨冬季施工管口在组对前，必须清除钢管内表面的尘土、积雪等污物，同时将坡口端面及坡口处管端内外表面打磨出金属光泽，但不得减薄母材厚度，宽度不小于15mm。对于管端内外制管焊缝（螺旋焊缝）的余高应打磨至与母材基本相平，以避免形成“十”字焊缝。2.4、预热除湿预热除湿在管道组对前进行，顺序为先内后外。首先用火焰加热器从钢管内壁预热，预热在距离管口50mm范围内进行，除去管内清理后残留的冰雪，在高寒条件下，使管道内、外壁上的水汽完全蒸发，避免在焊接过程中出现受热不均或残留水份使焊道开裂。预热除湿应在管道组对前3～5min内完成，减少管道组对预热时间，提高施工效率。2.5、管口组对管道采用内对口器对口。在整个冬季施工焊接过程中，管道应始终在组焊线中心位置，严禁采用任何形式的强力组对；同时，严禁任何形式的用吊管机摔管和推管以及弹性敷设，避免引起较大的焊接应力集中，以保证管道的安全运行。2.6、管口预热当环境温度低于焊接工艺规程规定的最低温度，或风速超过焊接工艺规程规定最大风速时，必须采用密封较好的防风保温棚，并配置防爆灯。防爆灯作用是保证棚内的环境温度，从而降低焊缝金属结晶速度；其次，为焊后缓冷打下良好基础；在管口预热过程中要注意以下几个方面：（1）管口加热要均匀，采用中频加热器进行管口预热，根据焊接工艺规程，焊接的预热温度应达到规范要求的预热温度。温度测量采用数字显示红外线测温仪，并在距管口径向100～120mm处测量，均匀测量圆周上的8个点。（2）环境温度在-5℃以上时，预热宽度宜为坡口两侧各50mm；环境温度低于-5℃时，寒季焊接的预热宽度为坡口两侧各70～100mm的范围。（3）预热后应清除表面污垢，用数字显示红外线在距管口25mm处的圆周上均匀测量预热温度。2.7、管道焊接（1）焊口预热经测温合格后应立即进行根焊，保证管口温度不致于降低过快，焊接过程中应继续对管道进行加热，加热温度控制在100℃。（2）根焊完成后用点温仪对焊道层间温度进行测量，当测量温度达到80℃以上，方可进行填充焊接、盖面焊接施工，为保证层间温度，焊接过程中应继续对管道进行加热。（3）为保证低温条件下焊接质量，每道焊口宜连续焊接完成。在工休前要完成三层焊道并不低于壁厚的50%，同时，采取保温缓冷措施，避免出现应力而对焊缝金属造成不良影响。重新焊接时必须首先将焊道两侧各300～500mm范围内加热到50℃以上，去除管内水汽，再用加热带加热到焊接温度，方可焊接。2.8、焊后缓冷为了防止焊道急骤降温，焊接完成后立即采用保温被进行覆盖，在覆盖保温被前，先用电暖器烘烤保温被到80℃以上，严禁用冰冷的保温被对焊口覆盖，以防止产生冷淬现象。3、重点探讨问题3.1、管沟开挖季节的选取1）对于需要保护冻土的富冰、饱冰、含土冰层及冻土沼泽等地段，管道施工应选取在寒季进行。2）对于需要寒季施工地段的管沟，为减少管沟开挖难度，可在制作施工作业带的同时，将腐殖层或积雪堆积在管沟开挖处，以减少管沟开挖处冻结深度，减少施工难度，等管沟开挖时再移走管沟开挖处堆积物，进行管沟开挖。3）对于要求冬季施工的富冰、饱冰冻土地段，为减少开挖难度，可以在日平均气温低于0℃时，先进行管沟开挖，为避免在管道下沟前管沟内积雪，可进行松散回填，等管道具备下沟条件时，再将管沟开挖。3.2、管沟回填1）换填用粗颗粒土可分为粗料和细料两种，在上冻前必须将换填土运至现场储备，避免在冬季地表上冻后无处取土。2）寒季施工时，备好的换填料，应采取有效保温措施，防止换填料冻结。3）管道下沟前，应将沟底积水、积雪和杂物清理干净，整平沟底，按设计要求分层进行换填。管道就位后，管沟的换填、回填应连续作业，一次完成，防止管沟土上冻，增加施工难度。4）为减小管沟回填土体的融化下沉量，管沟回填时，应分层压实。高含冰量冻土地段管顶回填土高出地面的高度为1m。以防止回填土压密下沉后，在管道位置形成积水沟渠，对管线造成威胁。5）管沟回填的冻土难以压实，回填的冻土及管沟处多年冻土还存在来年暖季的融化下沉问题，因此，对于高含冰量多年冻土区的管沟需要冻土来年融化后进行二次回填。二次回填应选择在来年寒季进行，管沟处回填土高出地面1m，二次回填后应做好管道沿线植被恢复工作。3.3、管沟回填方式中俄原油管道漠河-大庆段工程，所经加格达奇以北、大兴安岭地区平均气温在-4℃，极端低温-52.3℃，地址条件按其含水率（决定冻土的力学特性）大小，可分为：少冰冻土、多冰冻土、富冰冻土、饱冰冻土和含土冰层五类，大兴安岭的多年冻土目前处于退化状态，多年冻土的年平均地温较高，抗热干扰能力低，热稳定性差，大多属于不稳定多年冻土，土冻结时，由于土颗粒间的水膜胶粘连接转变成冰胶粘连结，其强度大大提高，冻土的抗压强度较之融土，要大几倍、十几倍，对所经管道造成极大危害，故回填管沟时避免造成对管道的破坏，采用粗颗粒土换填方式，步骤为管底300mm以下采用最大粒径不应超过75mm的碎石、破碎砾石、筛选砾石、天然砂、人工砂、石屑或以上材料的混合料换填，管底300mm以上采用的最大粒径不应超过10mm的细料。由于管沟回填的冻土难以压实，回填的冻土及管沟处多年冻土还存在来年暖季的融化下沉问题，因此，对于高含冰量多年冻土区的管沟需要冻土来年融化后进行二次回填。二次回填应选择在来年寒季进行，管沟处回填土宜高出地面0.3m以上。参考文献：1）《输油管道工程设计规范》gb50253-20032）《油气长输管道工程施工及验收规范》gb50369-20063）《钢质管道焊接及验收》sy/t4103-2006