隧道穿越管道安装施工技术

隧道穿越施工技术隧道工程是长输管道线路工程当中常见的一项施工内容，主要有地上隧道和地下隧道两种。地下隧道多用于不宜采用定向钻穿越的非开挖大中型河流穿越，如西气东输延水关隧道和长江盾构穿越等；地上隧道多为山区地段的越岭隧道，其目的是缩减线路长度和减小管道高程变化，如兰成渝管道工程的天灯寺隧道和西气东输工程地寨河隧道、蛤蟆口隧道、大尖山隧道等，根据穿越地质的不同越岭隧道又分为石方隧道和黄土隧道两种。长输管道线路工程中的的隧道工程施工主要分为两大部分，即隧道开凿和穿越段管道安装。隧道开凿针对不同类型的穿越采取的主要方法有直接开凿、爆破开凿和盾构开凿等。河流穿越隧道一般采取盾构和爆破的方式开凿隧道，管道安装完成后一般需注水封堵；越岭隧道一般采取爆破开凿（石方）或直接开凿（黄土），管道安装完成后封堵洞门。隧道开凿（盾构、爆破）技术专业性强，国内仅有少数几家具备资质的施工单位可以承建，象西气东输工程所有的越岭隧道以及延水关黄河隧道全部由安能公司承建，长江盾构则由台湾中鼎公司承建，其施工技术细节在此不再展开叙述。本文所讲的隧道穿越是指隧道开凿完成后的穿越段管道安装，下面对其主要的几种施工方法做简要阐述。几种常见设计形式隧道内管道敷设在设计上常采取沟埋敷设、堤埋敷设和支墩敷设等。沟埋敷设即隧道内开挖管沟，管道埋设于隧道开挖地坪以下；堤埋敷设即隧道安装于隧道开挖地坪上，采取挡墙或砼沟槽的形式将其隔离并回填细土将管道埋设；支座敷设是指隧道开凿完成后在隧道内砌筑管道支座，管道安装在砼支座上并采取弧形钢板和预埋地脚螺栓固定。一般情况下穿河隧道和石方越岭隧道多采用支座敷设，土方隧道多采取沟埋敷设或堤埋敷设。如西气东输管道工程延水关黄河穿越隧道、寨河隧道、大尖山隧道、蛤蟆口隧道和荆坡隧道等均采取支座敷设的方式；羊道峁（连续）黄土隧道则采取堤埋敷设的方式，不同敷设方式的断面如下图所示：施工方法根据隧道内管道敷设的不同形式、管材规格以及地形条件等因素，隧道内管道安装方法可分为隧道内直接组焊和隧道外预制发送两种，隧道外预制发送根据不同情况又可采取滚轮发送和轻轨发送两种。隧道内直接组焊是指用运输小车、龙门架、导链等进行直接进行隧道内运布管，并组焊管段，进行隧道内防腐补口，为提高施工效率可采取双联管或三联管措施，该种方法多用于小管径、隧道内安装空间较大的情况，该种方法一次性施工投入较小，但施工周期较长，隧道内运布管、组焊人工劳动强度大，且HSE管理措施要求严格。隧道外预制发送法是指在隧道内安装特制辊轮或铺设轻轨，隧道外进行管段预制，边预制变发送，最后拆除辊轮和轻轨，将管段就位于设计位置，该方法多用于管径大、隧道内安装空间狭小的情况，该方法施工一次性投入较大，需预制安装辊轮或铺设轻轨、小车等暂设，但具有施工效率高、劳动强度小和易于HSE管理的特点。隧道内直接组焊法施工较为简单，主要施工难度和工作量在于隧道内运布管以及防腐补口，其施工措施亦可借鉴辊轮法和轻轨法，在此不多言赘述。下面以西气东输两个越岭隧道的工程实例分别阐述辊轮法和轻轨法。辊轮法隧道内管道安装工程概况施工方法根据设计资料和现场实际地形，先进行隧道内支座固定墩施工，然后在支座固定墩上利用预埋地脚螺栓安装自制的辊轮；隧道标高较高的一端（出口）设牵引卷扬机，边组焊边牵引发送，直至完成全部管道安装；最后利用气囊辅助拆除辊轮，将管段就位于支座上；隧道出口端开辟预制场地预制“二联管”，以加快施工进度。施工流程施工准备施工准备测量放线便道修筑无损检测补口、补伤施工预制场地开拓钢管运输管线组焊管道就位两端管道连通隧道内支座墩施工辊轮安装管段试压施工技术措施施工准备主要施工机具准备自制辊轮58套（隧道内48套，隧道外预制流水线10套）牵引用卷扬机采用10t慢速卷扬机（JJM-10），并配备2－5组滑轮组；牵引钢缆选用Φ19钢丝绳；后溜20t卷扬机一台（JJM-20），用于管段制动；龙门支架2个（现场制作），用以辅助隧道内管段吊装就位，每个龙门架配2个10t手拉葫芦和1根15t吊装带；照明和通风装置安装在隧道内壁一侧（隧道断面图右侧）射钉安装三角支架，用来架设电缆；隧道内每隔15m左右设置一处照明灯，照明灯需防水、防爆。在距离隧道口20m和以后每隔120m左右同向设置轴流通风机，对隧道内进行强制通风，以保证空气流通。测量放线全站仪、经纬仪等测量仪器经法定计量部门校验合格且在有效期内方可使用；工前对隧道各个控制桩进行复测、校核，准确无误后再进行放线；管道支座墩中心轴线、预埋螺栓中心轴线必须精确定位，水平距离测量精度达到1/4000，高程测量精度达到20mm（L为两测点间距离，以Km计）；管道施工前必须复测管道支座墩中心轴线、预埋螺栓中心轴线，测量无误后方可开工。施工地开拓和便道修筑根据现场情况，选择隧道出口端开拓一面积为30m×50m作为设备停放场地和临时堆管；争得有关部门同意后，取用隧道开挖土石方，将场地进行平整，表层铺垫碎石厚度为200mm；隧道出口端沿隧道内管道安装中线向外将黄土台地推成与隧道同一坡度的组装发送区，长度100m；西侧开辟联管预制区用以预制“二联管”。现场修筑运管便道，连通伴行公路和施工作业场地，保证管材及各种耗材运输。支墩、锚固墩施工根据设计要求，隧道内管道每20m设置一个混凝土支座墩。由于隧道内空间狭小，所以隧道内支墩在管道组焊前提前施工完毕，隧道两侧锚固墩在隧道内管道安装就位完毕后进行施工，具体施工要求按设计执行。辊轮和卷扬机安装支座墩施工完成养护达到强度后，在支座墩上安装自制辊轮；组装区用工字钢预制支墩，尺寸同隧道内支座墩，间距10m。辊轮组装图如下图示：在隧道进口处和预制组装区滑道端部各设20t卷扬机一台，预埋混凝土基础加以固定，以提供牵引动力；混凝土基础尺寸为2m×1.5m×1m，卷扬机与基础间用预埋地脚螺栓固定。管线组焊管线在作业场地先预制成“二联管”，并完成无损检测、防腐补口工作，再用吊车将管段吊装到组焊道轨上的辊轮滑道进行组焊；管道组对采用内对口器，STT打底焊＋药芯焊丝自保焊填充盖面；管段放在辊轮滑道上进行组对，吊管机配合；预制组装区设焊接工位4个，间距24m；每个工位均填焊2遍。第一段管段前段焊接一段变径管（大小头），用18mm厚Q235A钢板卷制，内穿Φ19钢丝绳，组焊完一道口后，向前牵引一段管的距离，进行后继管段的组焊，直至完成穿越管段的组焊；管道尾端和隧道口处用卷扬机和吊带进行后牵引，防止管段沿坡下滑。焊口无损检测和补口、补伤管口的无损检测、防腐补口、补伤根据每日施工进度，在尽量靠近洞口处完成，以减小施工难度；当焊口需要进行返修时，将发电机置于隧道口，采取接长焊机电源线和电焊把线的方法进行返修；隧道内焊口的除锈按规范要求采用喷砂除锈，但由于管线组焊后没有足够的宽度保证空压机的通行，我们采取制作轻型沙罐（25Kg）、接长送气管的方式，压风机放置于分别隧道的进、出口供气，沙罐由人工背进隧道内，从而完成防腐作业。管段就位管段最终整体预制完成，无损检测、防腐检漏等工序完成之后，用卷扬机前后调整管段并锁定，然后每10m设一个气囊，每次顶升长度不小于100m，将管段顶升离开辊轮，从而将辊轮拆除，在支墩上按照设计要求加垫胶皮后再下放至支墩上，并按设计要求用扁钢弧形卡固定管道。管段试压根据设计要求隧道管段单独进行试压，但综合考虑各方面因素，经北京试压研讨会确定，隧道不单独进行试压，并入相邻管段一同进行。所以，隧道试压在两端连头后根据总体试压安排进行。两端管道连通管段就位固定完毕，连通两端管道，连头施工时控制环境温度不低于20oC，以减少温度应力。注意事项及施工技术要求做好测量放线工作，支座墩中线、尺寸线、预埋地脚螺栓中心轴线测量精度达到设计要求；预埋件偏差不大于2mm，并进行隐蔽工程验收及记录；绝缘橡胶板注意保护，避免损坏，如有破损、针孔不得使用；现场砼浇筑所用材料应经现场监理检查确认，不合格的材料不得使用；管道吊装要轻吊轻放，防止管子在吊装过程中应力过大对管子本身产生危害；管道组装焊接严格执行焊接工艺评定和焊接作业指导书，严格控制焊接作业环境，达不到规范要求不得施工；由于隧道内不见阳光且通风差，空气湿度很大，容易造成管表面结露，使除锈后的管子很快重新锈蚀，所以除锈前按规范要求将钢管表面均匀加热以除去表面露水，除锈后立即进行防腐，防止重新生锈和结露。隧道内应定时加强通风措施，保证空气的正常流通，一般每隔半小时通风一次，每次约15分钟，并适时监测、控制隧道内氧气浓度在19.5％－23.5％之间；需在隧道内进行焊接和防腐作业时，严格控制有害气体的排放浓度，并进行监测。通风装置必须铭牌上必须有设备型号和校准日期。安装时，供气扇的入口必须远离易燃或有毒气体，出口位置要防止污染的气体再次循环获对施工人员造成伤害；排气管的入口要紧挨污染源放置。采取空气不足造成生命威胁时的呼吸保护措施，根据粉尘、气体/蒸气、或缺氧等安全因患的种类确定使用呼吸器、过滤器或药筒等。施工前进行设备测试、人员培训、设备维护清洁等工作，并形成文件记录存档。洞内作业场地必须平整、规格化，不允许乱堆乱放物品，并沿洞壁用灰线画出1m宽的通道。钢轨法隧道内管道安装工程概况施工方法根据设计资料和现场实际地形，先进行隧道内支座固定墩施工，然后在支座固定墩上利用预埋地脚螺栓铺设轻轨和小滑车；隧道出口一端设牵引卷扬机，边组焊边牵引发送，直至完成全部管道安装；最后利用气囊或“三不搭”或“四不搭”辅助拆除辊轮，将管段就位于支座上。施工流程图施工准备施工准备测量放线便道修筑无损检测补口、补伤施工预制场地开拓钢管运输通风照明安装管线组焊管道就位两端管道连通水工保护、地貌恢复隧道内锚固墩施工铺设轻轨、安装卷扬机管段试压施工技术措施施工准备、测量量放线、作作业场地开开拓和便道道修筑、通通风照明装装置的安装装及支墩、锚锚固墩施工工等同上。轻轨铺设和卷扬扬机安装支墩和锚固墩施施工完成后后，锚固墩墩表面不锈锈钢垫板暂暂不安装，在在支墩上铺铺设轻轨。轻轻轨选用11号轻质钢钢轨，单根根长度8mm，其间采采用连接板板加螺栓固固定，连接接板厚度不不小于122mm，螺螺栓采用M18单头螺栓栓，连接板板双面固定定；轻轨底底部在支墩墩间每隔22m用枕木木垫高，高高度与支墩墩表面取平平；两轻轨轨沿管道设设计中线对对称布置，使使组焊管段段能够位于于管道设计计中线上；；隧道底面面坡度为5‰，考虑施施工安全，利利用支墩作作为受力点点对轻轨加加以固定，防防止施工过过程中轻轨轨产生滑移移；轻轨之之间用特制制支杠固定定，如下图图：轻轨固定示意图轻轨固定示意图道木支杠11号轻轨螺栓在隧道出口处设设20t卷扬机，预预埋混凝土土基础加以以固定，以以提供牵引引动力；混混凝土基础础尺寸为2m×11.5m××1m,卷扬机与与基础间用用预埋螺栓栓固定。钢管运输钢管用40t吊吊管机从堆堆管场处单单根吊运至至隧道入口口处组焊平平台，边运运边组焊。组焊管道组对采用外外对口器，STT打底焊＋＋药芯焊丝丝自保焊填填充盖面；；焊机放在在组焊平台台上，焊接接电源置于于坡脚处，接长电源源线供电；；管段放在在小滑车上上进行组对对，自制“四步搭”配合组对对；现场准准备小滑车车60－80个，每根根管用2个。每个小滑车与钢钢管之间用用垫胶皮的的弧形卡固固定卷扬机机牵引点位位于第一个个小滑车上上，组焊完完一道口后后，向前牵牵引一根管管的距离，进进行后继管管段的组焊焊，直至完完成穿越管管段的组焊焊。小滑车及弧形卡固定示意图小滑车及弧形卡固定示意图小滑车φ1016钢管弧形卡焊口无损检测和和补口、补补伤管口的无损检测测、补口、补补伤在隧道道内进行。当焊口需要进行行返修时，采采用将焊机机置于隧道道口，电焊焊把线接长长的方法进进行返修。隧道内焊口的除除锈按规范范要求采用用喷砂除锈锈，但由于于管线组焊焊后没有足足够的宽度度保证空压压机的通行行，我们采采取制作轻轻型沙罐（25Kg）、接长长送气管的的的方式，压压风机放置置于分别隧隧道的进、出出口供气，沙沙罐由人工工背进隧道道内，从而而完成防腐腐作业。由由于隧道内内不见阳光光且通风差差，空气湿湿度很大，容容易造成管管表面结露露，使除锈锈后的管子子很快重新新锈蚀，所所以除锈前前按规范要要求将钢管管表面均匀匀加热以除除去表面露露水，除锈锈后立即进进行防腐，防防止重新生生锈和结露露。管段就位管段预制完成，无无损检测、防防腐检漏等等工序完成成之后，用用卷扬机前前后调整管管段并锁定定，然后每每10m设一个“四步搭”，挂10t倒链式起起重机均匀匀起吊管段段，将小滑滑车推出隧隧道外拆除除轻质钢轨轨；在支墩墩上按照设设计要求安安装不锈钢钢垫板和不不锈钢弧形形垫板等附附属管件后后再下放至至支墩上，并并按设计要要求用扁钢钢弧形卡固固定管道。防腐补口完成后后，按设计计要求进行行水压试验验，用5t水罐车运运水；试压压完毕后将将管段内的的水经过处处理后排放放至指定位位置。两端管道连通管段就位固定完完毕，连通通两端管道道，连头施施工时控制制环境温度度在20oC左右，以以减少温度度应力。水工保护、地貌貌恢复隧道内管段与两两端管道整整体连通后后，按设计计要求进行行水工保护护并恢复地地貌。隧道内管道施工工需重点注注意的问题题隧道内通风在隧道中施工时时，需保持持隧道中通通风良好，防防止缺氧发发生人身安安全事故。对对于长度小小于100m且周围环环境好的隧隧道，一般般采用自然然通风；对对于长度大大于等于100m或四周环环境不好的的隧道，采采用机械强强制通风。在在管道施工工前，根据据隧道内施施工人员及及机械设备备的数量，进进行通风量量的计算，选选择合适的的通风机，布布置合理的的通风管道道，确保隧隧道内有足足够的新鲜鲜空气，满满足施工作作业对环