长输管道山区弯管安装与测量施工技术.pdf

?第 16卷?第 1期?江?汉?石?油?科?技?Vo.l 16?No.1?2006年 3月JI ANGHAN PETROLEUM SCI ENCE AND TECHNOLOGYMar.2006长输管道山区弯管安装与测量施工技术罗春海(江汉石油管理局油建公司)摘要?山区弯管安装是山区长输管道施工的关键。通过西南成品油管道的施工,总结了长输管道山区弯管安装与测量的经验和方法,并对国际上通行的弯管加工、安装方法做了介绍。主题词?山区长输管道?弯管安装?测量?近几年长输天然气、长输成品油管道建设方兴未艾。国家重点工程?西南成品油管道工程,是目前国内最长、技术最复杂、施工难度最大的长输成品油管道工程,该工程全长 1691km,途径云贵高原石质山区,社会依托差,交通运输困难,施工条件异常艰苦,气候、地形地貌复杂,安装施工难度大,尤其是冷热弯管的测量与安装,不仅工作量比一般地段成倍增加,而且对管道的施工质量和整体施工进度制约明显,是施工中控制的一个关键因素。江汉油建公司承建的西南成品油管道工程(甲召寨?桃花园)全长 100km,冷热弯管的安装工作量约为整个标段安装工作量的 1/4多。由于弯管安装相对困难,质量不易控制,且影响施工进度,因此如何解决好山区弯管的测量与安装,是我们施工中要研究和解决的重点问题。1山区弯管安装技术?弯管安装对于直管段来说施工相对困难、质量不容易控制。而弯管的安装质量对整个线路工程有着非常直接和重要的影响,如安装质量不合格则可造成埋深不够、悬空、起弯点偏移、割口返工。根据我们在施工中的研究和总结,应从以下几方面进行控制。(1)首先是测量放线工作要把好第一关,测量成果正确与否直接关系到弯管加工和安装的角度是否正确,这是一个关键因素。测量放线按设计交桩确定的走向原则进行,依据管道施工图、中线测量成果,测量人员要具备较强的业务素质和身体素质,选择具有长输管道测量放线经验和山区高原施工经验的人员,测量仪器配备使用目前先进的全站仪,GPS全球定位仪,测量时放出管道走向中心线、组对焊接中心线(沟上焊)、施工作业带边线,设置并用不同颜色油漆标识中心桩、边界桩、控制桩。山区施工地势起伏较大,地貌复杂多变,平面转角、纵向转角、空间角(迭加角)、平面弹性敷设和纵向弹性敷设需设加密桩。测量放线中既要遵循设计线路走向原则,尽量使施工线路最短,又要考虑到方便施工,在不违背设计原则的前提下减小施工难度,增加施工安全性,减少弯管用量,方便投产运行、使用维修,增加生产管道的稳定性,测量人员应与施工技术人员密切配合把握好这个原则。在测量放线时,不仅要按要求设置中心桩、纵向变坡桩、曲线加密桩、标志桩,还要清楚地标记变坡点位置、角度、曲率半径、切线长度、外失矩,注明连续里程、地面高程、管底标高和管沟挖深。容易损坏的变坡点等位置应设控制桩,并标注水平转角或纵向转角的起点、终点位置,并在作业带扫线后,对平面和纵向等转角部位进行复查。(2)相对平坦、平缓地段采用沟上焊时,可先根据测量成果进行冷弯管加工。地形起伏较大、地形复杂的地段或石方管沟地段,应等管沟成型后,进行测量复测后,再按开沟后的测量成果进行冷弯管加工。(3)根据测量成果对水平、纵向冷弯管进行加工弯制时,其起弯点不应一律在直管段中心(习惯做法起弯点在中心),而应在充分保证弯管两端直管段长度(2D且不小于 1.0m)的情况下,根据弯管安装地点的实际情况,具体确定起弯点。?作者简介?罗春海,男,1989年毕业于江汉石油学院工民建专业,工程师,现任油建技术科副科长,从事施工现场技术管理工作多年。?第 1期罗海春:长输管道山区弯管安装与测量施工技术 55?(4)管道管沟开挖时,技术人员和测量人员要对管沟开挖人员、设备操作手进行开挖交底,开挖作业应按已设置的转角桩、变坡点、弹敷曲线进行,尤其是在变坡点开挖时,变坡点(起弯点)应稍向管沟纵深方向延伸,切忌提前起弯或临近陡坎、陡坡处方才变坡,否则容易造成管道埋深不够或管道露出管沟,从而造成返工。(5)安装施工前,机组长、机组技术员应清楚掌握当前施工段所需安装弯管数量、弯管角度以及具体安装位置,掌握安装水平弯管多少根、纵向弯管多少根、迭加角弯管多少根,清楚纵向转角是向上还是向下?空间迭加是向上还是向下?向左还是向右。布管时要指挥布管人员按具体的详细的弯管需求信息进行布管,并针对不同的情形采取具体的有针对性的施工方法。(6)弯管安装总体原则:一般情况下,一般地段(相对平缓)采取连续施工的方法即沿着管道组焊前进方向顺序施工;复杂特殊地段采取先安装弯管,然后再组焊弯管两端直管段的方法施工。(7)弯管角度的确定与选择。平面转角弯管按照实地测量成果确定和选择,但在确定纵向转角的弯管加工角度和选择弯管的安装角度时应区别对待。当纵向弯管向上弯起时,所选择的角度应略微加大(经验值为 0.5 1.0!),安装完后在两端直管段的重力作用下,弯管及直管趋于贴近管沟底部;当纵向弯管向下弯起时,所选择的角度则应略微减小(经验值同样为 0.5 1.0!),这样可以防止弯管栽头,并方便组对和焊接。(8)迭加弯头的安装施工:除按上述方法操作外,施工时先将弯管吊放在所要安装的位置,经过简略调整,目测基本达到前后方向一致后,采用拉粉线测量,在测量过程中,根据实际情况将弯管(弯头)位置作适当调整,达到弯管中心线与前后直管段中心线一致,然后方可组对焊接。(9)当弯管角度与现场管沟开挖情况不相符合时,要提前进行处理,否则将延误施工,减缓施工进度。施工要具有前瞻性,要做到 干一看二想三#。由于土建管沟开挖偏差在所难免,尤其是石方段管沟爆破成型十分困难,转角(包括水平及纵向)角度、起弯点等与设计或测量成果总会出现或多或少的不符合性。提前发现将及时调整弯管加工角度,从而与现场保持一致,同时由于冷弯管在加工过程中也存在一定的允许误差,因此,即使是完全按照测量成果进行开沟,也可能出现弯管角度与现场实际情况不相符的现象。为了做到弯管安装不出现悬空、上翘或栽头现象、做到弯管安装与管沟形状相一致,在安装到距冷弯管前 20 30m(1 2根直管段)时,需再次测量管沟和弯管角度,出现不一致时提前进行处理。同时也为避免管道螺旋焊缝或直焊缝错开间距小于 100mm,而按规范要求必须割口的情况出现。当需要切割直管时或加装短节时,提前测量好长度,并加工打磨坡口。(10)弯管(包括热弯管)组对:一般采用气动内对口器,山区陡坡段施工时采用外对口器。内对口器组对时根焊 100%完成后方可撤离对口器,外对口器组对时根焊完成 50%后方可撤离。弯管焊接要根据工艺规程使用正确的焊材(具体见焊接工艺评定),热煨弯头的焊接要采用符合要求的焊接材料(如低氢焊条),同时要尽可能地为焊工创造方便操作的环境、作业条件,保证焊接质量。(11)热煨弯头应避免完全在沟上焊接(最多焊接一端,另一端下沟后再焊接),在地形相对平坦且在沟上组焊热煨弯头时,管道下沟时热煨弯头两端直管段应同时设置吊点同时下沟,不得强力下沟或在下沟过程中发生拉裂焊口的事件,同时如需连头施工时,连头口应避免设在弯头处;如需沟下连头施工,连头焊口必须设在直管段部分。2弯管测量计算简化?弯管测量与计算是一项繁琐的工作,尤其是山区管道施工,弯管安装工作量大。2.1传统迭加角(空间角)计算公式计算模型见图 1。图 1?D j叠加角?在模型图中:BAC为管线走向。坡向相同时:?56 江?汉?石?油?科?技?第 16卷?cosa=cosa1 cosa2 cos?+sina1 sina2%坡向相反时:cosa=cosa1 cosa2 cos?-sina1 sina2在以上公式中:a1:坡角;a2:坡角;a=迭加角(空间角);?:水平角(外角)。2.2图表法Dj=(Px-k)2+|(?1+?2)|2Dj:迭加角;Px:水平角偏角;K:系数;?1、?2;坡角(为实测值)图表法需查表计算。2.3简化计算方法计算模式见图 2。图 2?计算模式?管线走向:O?A?B;迭加角为 BAC;水平转角a1,竖直转角 a2作 BDC垂直面 ADC,并使 AD&BDC,BD&ADC,设 BD=单位长度 1#,则:AB=1sina2,AD=cosa2sina2在三角形 ADC 中,AC=COSa1=ADAC=AC=ADcosa1AC=cosa2cosa sina2,DC=sina1 cosa2cosa1 sina2在 BDC 中,BC=BD2+DC2=12+(sina1 cosa2cosa1 sina2)2在 BAC 中,迭加角 BAD=a,则(余弦定理)cosa=AB2+AC2-BC22AB AC=(1sina2)2+(cosa2cosa1 sina2)2-12+(sina1 cosa2cosa1 sina2)221sina2 cosa2cosa1 sina2=1sin a22+cosa22cosa12 sina22-1-sina12 cosa22cosa12 sina2221sina2 cosa2cosa1 sina22=cosa1+cosa22cosa1-sina22 cosa1-sina12 cosa22cosa12cosa2=cosa12+cosa22-sina22 cosa1-sina12 cosa222cosa1 cosa2=cosa12 cosa22+cosa22 cosa122cosa22 cosa2=cosa1 cosa22.4纵向转角测量计算微机处理(1)将现场测量的高差距离(全站仪读数)和反三角函数求角度等的公式输入电子表格,并给各列定义。(如下表 1所示,便可直接求出纵向转角,R=表示电子表格行)。?表 1?各列定义表ABCDEFGHIJ123456A:序号;B:h仪-仪器高,m(全站仪直接读数);C:h镜-镜高,m(全站仪直接读数);D:两点之间相对高差,m;E:高程,m(仪器站点为(0.000的相对高程,一般为仪器站点;F:L 水平距离表示仪器站点与测点的距离(全站仪直接读数);G:两测点间距离,以绝对值表示,在电子表格中表示为 ABS(FR-FR-1);H:纵向坡度,根据 tg!=H/L,则 arctg!=arctg(H/L),则定义H 列为:Roun?(DEGREES(ATAC(D?第 1期罗海春:长输管道山区弯管安装与测量施工技术 57?R-DR-1)/GR,2),式中 2为取 2位小数;I:两测点间纵向坡角?;水平转角:全站仪直接读数;迭加角:利用简化公式计算。(2)计算纵向角例表见表 2。表 2?测量数据处理表序号仪高(m)镜高(m)高差(m)高程(m)水平距离(m)两点距离(m)顺向坡度(!)变坡点角度(!)备注11.491.60.950.8464.5125.38-0.860.0021.491.60.570.4639.1315.24-6.140.0031.491.6-1.07-1.1823.8913.164.690.0041.491.60.01-0.1010.7310.73-0.050.0051.491.4900.00031.581.000.0061.491.60.550.4431.5826.720.170.0071.491.60.630.5258.327.570.060.0081.491.60.660.5585.8726.67-0.090.0091.491.60.620.51112.5427.745.600.00101.491.63.343.23140.2816.71-4.550.00111.492.62.010.90156.9933.480.860.00121.492.62.511.40190.4715.070.230.00131.492.62.571.46205.5419.592.052.05141.494.63.270.16225.13225.13-0.83-0.8315161.492.60-2.14-3.25257.9320.91-0.820.003!171.492.60-2.44-3.55237.023.10-4.61-3.79?小河181.492.60-2.69-3.80233.9211.810.685.295!3国际上通行的弯管施工方法?(1)国内现在通行的冷弯管加工安装做法与国际管道施工通行做法的比较。从陕京管线到西气东输,从忠武线到西南成品油管线,无论是国家级重点工程还是省部级重点工程,国内管道施工企业在进行线路冷弯管加工制作时,无一例外地是将弯管机设置在一个固定加工场所。要加工弯管时,需要先从防腐厂把防腐直管拉运到加工地点,然后再把加工好的弯管拉运到所需要的工地,所费时间较长,周转较慢,受制约因素较多,耗费的设备及人力资源较多、费用相对较高,而且可能影响施工进度,且加工的弯管也不一定完全适合现场实际情况,造成弯管与管沟底部不贴近而悬空、上翘、栽头等,进而影响管道埋深,或者为了保证安装质量,需现场重新修整管沟或切割直管段,影响施工顺利进行,并造成施工费用增加。如遇石方段施工,则整改就相对困难,所以为保证冷弯管的安装质量,不仅对施工现场,而且对冷弯管的加工要求也非常高。(2)查阅和了解国际管道施工安装的先进经验和做法,尤其是比较冷弯管的加工、安装指导思想,基本上与国内做法存在着明显不同。国外通常的做法是:不设固定加工场所,弯管机在施工作业带内跟随焊接机组一同前进(需推土机等设备牵引),随时需用弯管随时加工,需用什么角度加工什么角度,弯管起弯点能满足现场管沟开挖和成型的具体情况,这样减少了直管和弯管的倒运,而且能满足焊接机组的及时需要,保证焊接机组的顺利进行,有利于提高综合施工进度和保证冷弯管的安装质量。但这种方法受地理条件制约,有一定影响,同时对施工作业带的开拓、修筑质量要求较高,对于小焊接机组存在设备资源不能充分利用,对实行大流水施工作业的大型焊接机组则能充分发挥其作用。如果将弯管机设在施工现场加工,则需对现在所使用的弯管机其行走部分加以改进,以适应现场情况,且各工序(尤其是前期工序)必须密切配合。现场加工弯管是一个先进的国际施工经验和做法,我们应向此方向改进工作。(编辑?云?帆)