天然气管线工程施工技术及施工方案分析

天然气管线工程施工技术及施工方案分析随着时代的发展和人们生活方式的转变，社会对天然气的需求越来越大，天然气管线工程也越来越多。我国自20世纪60年代的“巴渝线”以来，截至2014年我国已建成天然气管道长度6.2万千米。中国也已成为居美国和俄罗斯之后的世界第三大天然气消费国。天然气管线工程包括施工的前期准备，施工中期的土方工程、穿跨越工程、防腐工程等多方面的准备。而在整个天然气管线工程中，天然气管线工程穿、跨越等工程作为核心控制工程有着举足轻重的地位。其中穿跨越位置的选择和方案的确定尤为重要。然而在管线工程施工技术不断提高的同时，在施工技术的转变和施工质量等方面依然存在一些隐患和缺陷，制约着天然气管道的使用效益和安全运营以及维护。因此，有必要对现有的施工技术和施工方案进行研究分析，不断完善我国天然气管线工程的技术体系。我国天然气管线工程的发展概况及特点1.我国天然气管线工程发展概况利用天然气管道输送天然气是陆地上大量输送天然气的唯一方式，早在工业革命以前，我国就率先开始了用木竹管输送天然气。目前,世界上建成的各种管道的长度已超过250×104km,原油、成品油和输气管道的建设与发展已有规律可循。管道已成为世界能源运输的主要方式,其总长度己超过了世界铁路的总里程,并且在发达国家和中东产油区的油品运输现已全部实现了管道化,与铁路、航空等其他运输方式相比发展得还不够。随着生活水平的不断提高，我国的管线建设也越来越大。以“西气东输工程”为代表，在现有6.2万千米的基础上，2015年我国天然气管道长度将接近10万公里，其中主干道和支干线的建设将达到2.5至3万公里，支线建设将达到3.5至4万公里。近年来，迅速增长的天然气需求对中国天然气供给产生巨大压力。过去13年中，中国的天然气用量增长近6倍，达1680亿立方米，我国已成为居世界第三大天然气消费国。未来，我国天然气用量也有望进一步增长。2014年我国天然气消费也保持在10%的高速增长，占比一次能源进一步增加到6.7%。随着我国天然气消费步入快速增长通道，配套管道运输建设的需求也会进一步增长。而随着社会需求的不断增大，我国天然气管道发展也借鉴顺应国际发展趋势，呈现“管径、压力逐渐增大，材料钢级逐渐提高，支线观望加速发展的特点。并致力于技术发展，以求早日实现关键设备国产化。长输天然气管线施工特点为了满足社会对天然气的需求，就要做到长距离的持续性地对天然气资源进行运输。从施工特点上来看，天然气资源在长距离的管线当中要保持各个部位的协调和平衡，而且要保证其上游和下游之间的衔接是一致的。下游的使用者其用气的需求应该更多得到满足，从而维持整个长距离输送管线的稳定性。而在特殊的地段当中，进行长距离的天然气输送管线的铺设与施工，则更需要注重其他地形的特殊性并且保证天然气输送的稳定与安全。因此，无论是在一般的地段，还是特殊的地段，长距离的天然气输送管线都应该确保其复杂操作的稳定性，其输送的稳定性、安全性将涉及很多层面的利益。[1]二、天然气管线施工目前，我国天然气管线施工主要分三个阶段。施工前期这要进行施工地址的选定，组织落实管理项目组等前期准备。施工中期主要包括土方工程部分、焊接工程部分、绝缘防腐工程、接口补口工程以及其他相关工艺。施工后期主要进行的是清管、试压工程。三、天然气管线工程穿、跨越等工程的施工技术在整个天然气管线工程中，天然气管线工程穿、跨越等工程作为核心控制工程有着举足轻重的地位。管线的穿、跨越工程顾名思义即铺设管道时铁路、公路、城墙、河流等特殊地段对管道进行地下敷设或架空敷设。一般需遵循适应当地条件以及经济合理性原则。概括来说主要包含穿、跨越选址，环境条件分析，穿、跨越结构方案的研究确定三个部分。1.穿、跨越工程的选址首先是穿、跨越地点的比较。一般从外部条件、地形情况、地质普查、预计管道的长度以及估计的投资总额几方面对所选择地段进行评估比较。然后选择其中最合适的地段。确定好地段以后，还要考虑施工过程中加建的公路情况，周围是否有居民以及交通情况等方面为穿、跨越方案做准备。环境条件分析2.1跨越位置的水文地质评价，应包括下列内容：1.跨越未知的地层含水情况及地下水位变化情况、地下水质分析。2.跨越位置的上下游有无水工设施或规划、储水能力、最高水位及坝顶标高等。3.跨越位置的设计洪水频率下最高洪水位及枯水位标高。4.跨越位置的最高流速与流量。5.跨越河流的冰凌资料。6.设计洪水频率下的一般冲刷深度和局部冲刷深度。2.2跨越位置的工程地质勘察报告应包括下列内容：1.查明桥墩和锚固墩区地层岩性、地质构造、不良地质现象的分布和工程地质特性。2.测试岩土的物理学特性，水和土的腐蚀性评价，提供地基基础和桩基设计参数。3.对边坡及地基的稳定性、不良地质的危害程度和地下水对基础的影响程度作出评价。2.3勘察资料应包括下列内容1.应查明河流的类型、特征、河流两岸河漫滩及河床断面特征，一般和局部的冲淤程度，河道变迁情况，形影设计洪水频率的洪水位标高和最大流速。2.跨越位置的通航等级。3.当地极端最高气温、最低气温、最高月平均气温、最低月平均气温、冻土深度、最大风速、基本风雅、积雪厚度和覆冰厚度等。[2]3.穿、跨越方案的研究首先根据现场情况确定施工范围以及工程地质条件，设计过江、过河的还应调查工程水质条件。然后针对具体情况分析比较地下穿越和架空跨越两个方案选择最优项。一般情况下跨越方案需要有合适的施工和跨越构件的组装厂地、合适架高设备或桥墩的工程地质条件以及大型设备进出的道路，有锚固墩和抗风锁的布置位置。相比穿越工程设计、施工周期短，设计过江、过河共生不需要水下勘察，能减少对环境的影响和破坏，并且能进行景观设计。但是后期需要检查维护。石油天然气长输管道通过水库、河流、峡谷的跨越方法主要有梁式跨越、桁架式跨越、斜拉索跨越、悬揽式跨越等方式。选择原则是根据地形、工程地质、水文地质、施工、投资和维护条件确定的。[3]油气管道穿越的方式根据穿越水域还是天然或人工障碍物的不同改变。穿越水域主要采用挖沟法，穿越天然或人工障碍物可选用挖沟法、水平定向钻法和隧道法穿越。其中隧道法还包括钻爆法、盾构法和顶管法。穿越铁路和公路时还要考虑油套管和无套管穿越。[4]4.穿、跨越方案优缺点对比方案穿越管道跨越管道优点1.隧道内管道不需要维护；2.通信光缆可同隧道敷设；3.维护少，可扩容管道；4.施工占地少,施工人员少；5.节约工程材料,投资省以及应用范围广,受外界环境影响小；6.不受气候条件的影响；7.对交通影响少等。施工技术成熟，建设周期短；跨江、河工程不需要进行述职勘察；工程对环境影响小；能跨越较大空间；对地质要求相对较低等。缺点需要进行详细的水质地勘察，建设周期长，水下隧道风险大；选址相对复杂，对环境影响大；对地质条件要求高；设备的运输和组装都比较麻烦,有些桥梁需加固,否则拖车及吊装设备均无法通过；5.工序环节多(如械掘进、水力出渣、环片预制组装等),每道工序出现问题都直接影响总体工程进度；机械掘进与环片预制、安装,技术要求高；施工危险性较大等。后期多需重点巡查维护；高空作业多，施工危险性较大；洪水和冰凌对桩基础影响大；水下作业多,桩基施工和管桥架设难度大；管桥钢材用量大；美观性差等。5.当前穿、跨越工程中存在的问题穿跨越工程是天然气管道施工中的重要组成部分，其施工质量直接影响着天然气的运输效果。当前穿跨越过程中的主要问题包括：(1)天然气管道本体质量和外防腐层较差，主体管道在穿跨越的施工过程中非常容易出现损坏，造成穿越管段的施工质量效果欠佳；(2)穿跨越线路设计不合理，计算与分析不到位，直接导致在后续施工过程中穿跨越操作难度上升，造成工程质量受到影响；(3)施工中没有对后续的维修操作进行安排和设置，导致维修难度增大。[5]6.可采取的相应对策措施当前主要对策应落实全过程管理，包括强化设计过程管理、突出施工过程管理和完善竣工阶段管理。同时在天然气管道的施工过程中将安全管理也落实到方方面面，施工人员要将施工过程中的施工管理、进度控制、成本控制和人员管理等贯彻落实，形成完善的安全管理体系。天然气管线工程穿、跨越施工技术研究总结大型穿跨越管道工程作为天然气创输管道的控制性工程，选址和穿跨越方案尤为重要，线路工程应该服从于控制性工程。大型穿跨越工程选址应注意与已建、拟建公路、航运、铁路和水里等人造构筑物以及周围自然环境的关系协调，保持足够的安全距离和航运运行高度。同时，选址应当考虑保护环境，特别是涉及跨越江、河的工程项目设计方案应注意保护水源。除此之外，管道穿跨越工程的位置应有良好的工程地质条件，有完整的岩石做塔架寄出的持力层，有合适的施工组织场地，充分依托可利用的医疗、交通、通信等社会资源，降低难度，节省投资。[6]五、相关法律法规一个国家在某领域的法律体系是否完备，标准更新是否顺应时代发展，是衡量该国家在该领域技术发展水平的衡量标准。为了保护石油、天然气管道，保障石油、天然气输送安全，维护国家能源安全和公共安全，

我国于2010年6月25日中华人民共和国第十一届全国人民代表大会常务委员会第十五次会议通过《中华人民共和国石油天然气管道保护法》，现予公布，自2010年10月1日起施行。管道施工设计方面，我国更新出台了GB50251-2003《输气管道设计规范》、GB50028-2006《城镇燃气设计规范》、CJJ33—2005《城镇燃气输配工程施工及验收规范》、GB50235-2010《工业金属管道工程施工规范》、GB50236-2011《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》、GB50184-2011《工业金属管道工程施工质量验收规范》、GB50369-2014《油气长输管道工程施工及验收规范》等。管道具体施工设计方面，又详细出台了GB50423-2013《油气输送管道穿越工程设计规范》、GB50459《油气输送管道跨越工程设计规范》、SY／T6064-2011《管道干线标记设置技术规范》、SY.T0420-97《埋地钢制管道石油沥青防腐层技术标准》等详细标准。此外，各地还根据自身情况出台了更为适合自己的规范标准进行相应调整。六、总结管道工程建设是一项多学科有机组合的系统工程,作为管道工程中重要的一项，天然气管线施工工程应全面提升工程管理水平,做到和国际惯例真正接轨，全盘考虑工程地质、水文地质条件等方面对施工的影响以及高度重视施工可能引发的环境地质问题。全方位地利用国际先进的管理方法与技术装备，创造良好的经济效益与社会效益。这将对我国石油工业在国际上树立良好形象，使施工作业队伍顺利进人国际管道建设的大市场，起到有力的促进作用。参考文献