学文网摘要: 敷设大口径长输管道在水网和沙漠地段，会遇到管沟不易成型、大型工程机械无法进场等困难，带来很大挑战给管沟开挖和管道整体下沟。施工方法应采用双侧沉管，可解决这一难题。我们进行力学分析在对此工法中的管道承载问题上，采用此工法进行施工的要点和注意事项，我们结合工程实例介绍，提供有益的经验为水网和沙漠地段的管道建设。
关键词:沉管法；管道；应用
中***分类号： U23 文献标识码： A
引言
随着我国不断开发的油气田，已经得到了广泛的应用的大口径长输管道。管道不可避免要跨越河流，在管道工程建设过程中，经过丘陵、岫岩、沙漠、山区、冲沟、沼泽等各种地带，其中带来很大困难的是沙漠和水网地段的管道建设，如管材无法运输，管沟不易成型，大型工程机械无法进等。增大的长输管道管径，沙漠和水网地段的施工难度进一步加大。修筑作业带、冬季施工、井点降水等方法是以前水网地段施工主要的施工方法，既增加了建设成本，又耽误了建设工期。本文结合平泰线西气东输冀宁联络线7标与陕京二线输气管道山西太原阳曲段5标水网地段的施工经验，对水网地段大口径长输管道的沉管法施工技术着重进行介绍。
一、沉管法介绍
沉管法：采用沟上组焊方式对水网地段管道的管道中心线上，然后开挖管沟在沿管道两侧，将管道自然降落到管沟内的施工方法，是利用管道自身重力作用。在于施工比较容易组织是沉管下沟方法的优点，减少临时占地，能提高工效，操作简便、作业人员设备安全可以得以保证，管道施工的各种质量要求不会降低。沙子具有流动性和管沟不易成型的特点，所以这种方法也适用于沙漠地段。
二、沉管法管道受力分析
1、力学模型
管道下沟的方式见***1(a)，管道下沟的受力状态可简化为受均布载荷的超静定梁模型见***1(b)：
***1
2、力学分析
2.1由力学知识可知，支反力FRB和均布载荷Q在支点处产生的变形之和为零，因此：
2.2由材料力学可知：
可以求出：
A截面的弯矩：
B截面的弯矩：
代入以上公式计算比较，得MA-MB>0，B截面弯矩比A截面弯矩大，B截面为最大危险截面：
可以求出：
2.3梁C点挠度公式为:
式中：
挠度/mm—f；
惯性矩/mm4—I;
应力/MPa—δ；
抗弯截面系数/mm—W；
外径/mm—D；
均布载荷/(N/mm)—q；
弹性模量/MPa—E；
截面弯矩/(Kn.m)—M；
内外直径比—a；
总跨度/mm—L；
2.3分析计算
取X70钢，安全系数n=1.2，弹性模量E = 2.1x105MPa，[δ]= δS /1.2= 402.5MPa，屈服极限δS=483MPa。有关计算结果见表1：
表1
以上计算我们可以看出，在沉管施工过程中D1016mm等的各类大口径管道，相应的管道最大应力为许用应力，如果管沟深度超过极限挠度￡max，这个时候可能处于不安全状态。所以在遇到这类沉管施工过程中，管沟的深度必须全程严格跟踪，把它的极限挠度控制在￡max范围内。
三、实例应用
1、工程概况
平泰线西气东输冀宁联络线7标与陕京二线输气管道5标山西太原阳曲段。人工修整阶梯状农田的地势，约在150m左右的每阶长度，逐步升高的BF235桩至BF240桩。粉状土，质地均匀的地质情况由施工***纸提供，为III级的工程分级。
历史上本地段为河谷地带，地下水位也很高，施工当年夏季当地降雨量较大，是两侧山地降雨汇水区，即使是少雨季节，导致水位升高在该段地下。地耐力下降较大，由于土壤含水率上升后，大型吊管机等重型履带设备无法进入，因为施工期间正值雨季。
按照施工规范要求的陕京二线输气管道，必须有6台70t以上吊管机同时作业，在管道整体下沟时，但因土壤承载力差的沼泽地段，无法在其上行走的70t吊管机，不能采取正常地段的整体吊装下沟、沟上组焊的作业方法，要想确保管道建设的正常进行，必须采取措施。
2、总体方案的施工
经过反复勘察与现场调研，淤泥层较厚，管沟成型困难，在进行多处试开挖中，现场试挖管沟的深度达到3m，淤泥淤满只需1个多小时，不好的井点降水效果。同时采取适当的措施，在试开挖时还发现作业条件，可以达到30 t吊管机的作业条件。确定采用双侧沉管法施工，是根据现场的情况，最大深度为3.5m的此段管沟设计，可以达到上述计算极限范围值。
2.1工艺流程
恢复地貌回填阴极保护辅助稳管沉管下沟补口补伤焊缝检测组焊布管加强作业带清理作业带修筑便道。
2.2土壤处理或加固措施在施工作业通道上
2.2.1采用土工格室法、土工布网片垫层法，在土质松软时。增加地耐力方法是：在原地基上铺设一层土工布，清除表面软土以后，再铺300~500mm干土，分层碾压，在上铺竹网片或钢丝网片、格室网片上。
2.2.2作业带上铺垫管排和木排，是根据现场施工情况，将管排铺垫在施工作业带上，是利用挖掘机和人工配合，以便设备行走的施工机具。施工完成后的一段管道，重复利用，将管排取出，铺在下一段作业带上。
2.2.3可以采用铺设厚度为20mm的钢板通过在个别地段局部。
2.2.4检测、防腐补口、组焊
作业带的承载力基本能满足需要，在经过前期的准备，开始进行焊接流水作业在半自动焊机组，进行防腐补口，经无损检测合格后，然后准备下沟进行电火花检漏。
2.2.5沉管下沟与管沟开挖
塌方很严重在采用沉管法下沟时，只能采取阶梯式开挖，管沟开挖断面较大，其开挖断面如***2所示：
***2
能保证设备行走，在降水以后，表而较干燥时，但水仍然排不出去，在原地貌以下1.8m处，基本为淤泥，在水下开挖中。将开挖的淤泥置于新开挖的基槽中，为减少对周围环境的破坏。将为了增加承载力而铺垫的排管及砂石、排木清除，在管道下沟前。
钢管两侧对称布置挖掘机，在平直地段，沿管道方向。为防止管道防腐层的损坏，可在管段上铺垫胶皮，在开挖的附近，然后开始倒退挖沟从管段的一端。必须由专人指挥在挖沟时，前后同时作业在两侧挖掘机开挖时，开挖时呈八字形。采用2个断面同时开挖在管沟开挖时，后面4台挖掘机开挖第2层，前面2台挖掘机开挖第1层。要尽可能减少对生态环境的破坏和对周围环境的污染，在根据国家建一流绿色工程的理念中，将第2层开挖的淤泥置于基槽中，在开挖第1层的挖方***(干土)挖基槽时，淤泥对环境污染需严格控制。
由于土质松软，管道接触沟壁不会损坏防腐层，在管道沿沟壁沉降过程中。出现严重塌方现象是在作业管沟挖开1h后，不断向上涌的管沟下部淤泥，沿管道两侧不断掏挖，需两台挖掘机同时进行，将管道下部的土挤向两边是靠管道的自重，最后沉到设计标高处。准备了多台潜水泵，为防止地下水位高造成管道下不到沟底的情况发生，以保证管道顺利下沟，根据实际情况随时抽水。为防止下部的淤泥将管道抬高，在管道下到沟底后，用砂袋进行压管，沿管道每隔一段的距离，管端必须封死在下沟时，以免其他杂物及水进入管内。
2.3地貌恢复及回填
立即组织人员回填，经电火花检漏仪确认无漏点后。将土推回管沟内，需用挖掘机配合推土机，同时工程施工需进行阴极保护，禁止直接回填时用大块、硬块，以免管道防腐层碰伤。在管沟位置，埋设标志桩。地面回填成梯形台阶。再用雷迪检测仪确认无漏点后，在回填结束后，施工完毕后进行地貌恢复工作。
结束语
总之，我国的管道建设已经进入了快速发展时期，每年正在以约25%的速度递增的管道总里程，沿途不仅会穿越水网沼泽地段在管道建设中，而且还会通过多种复杂地质地区如水田、沙漠等。这种双侧沉管施工方法简单实用，还能缩短工期，在我们通过的力学分析证实，它必将在中俄输油管道、西气东输二线、西气东输三线等工程穿越沙漠地段与水网沼泽中得到广泛的应用。
参考文献：
[1]现行建筑施工规范大全[M].机械设计手册.2010.
[2]钢结构工程施工质量验收规范[S].GB50205-2001.
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