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长输管道土石方工程施工技术

陆芝进
(广东宏大爆破工程有限公司，广东 广州 510623)

摘 要：管道输送油气是快捷、安全、经济的油气运送方式，西方国家早已普及使用。本文通过西南成品油管道土石方工程施工技术介绍，为中国即将兴起的大规模长输管道工程建设提供经验借鉴。
关键词：长输管道；土石方；管沟开挖；小型穿越；管沟回填；地貌恢复
1 工程概况
西南成品油管道工程是继西气东送工程后的第二条长输管道。该管道为国家及中石化的重点工程，主要是通过新建管道由广东向广西、贵州、云南输送成品油，管道全长1700km，设计管径500mm，输油能力为1000万吨/年。管道途径云贵高原山区，该区大都出露石灰岩地貌，山上岩石裸露，沟深路陡，施工难度大。
土石方施工的任务有测量放样→施工作业带平整→管沟开挖→小型穿越→管道回填→地貌恢复等。
2 施工技术与方法
2.1 测量放样
测量放线是放出线路轴线和用白灰沿桩放出作业带边界线，在线路轴线上根据设计图纸要求设置纵向变坡桩、曲线加密桩、标志桩。控制桩上注明里程、地面高程、管底高程和挖深。当纵向转角大于2°时，设置纵向变坡桩，并注明变坡点位置、角度、曲率半径、切线长度、外矢矩。
2.2 作业带平整
作业带宽度8—12m。作业带开拓、平整遵循保护农田、果林、植被及配套设施的原则，减少或防止产生水土流失。在施工作业带范围内对影响施工机具通行的石块、孤石、杂草、树木等应清理干净，沟、坎应予平整，有积水的地热低洼地段排水填平。耕作区内作业带开拓时，基层的耕作土应靠进征地边线堆放，满足设备通行的条件并满足HSE的要求。
2.3 管沟开挖
2.3.1 管沟开挖一般要求
管沟开挖根据地形、地质等条件可采用人工或机械开挖，开挖深度和宽度按照设计图纸要求进行，沟底要求直线段应顺直；曲线段管沟应圆滑过渡，并保证设计要求的曲率半径。
管道埋地后管顶覆土层最小厚度应达到以下标准：
一般地区：旱地不小于0.6m；水田不小于0.8m；
特殊地区：石方地段不小于0.5m，并上面覆土。
管沟开挖边坡应根据土壤类别和土壤力学性质确定。
2.3.2岩石段管沟开挖
（1）管沟规格尺寸
在需要爆破的石方段典型的管沟规格尺寸为：上宽1.6米，底宽1.4米，高1.5米，断面积2.25m2。
（2）爆破地质
管线穿越段属典型的喀斯特地貌，地表为第四系残坡积层，沿河谷为冲积层，厚度0.1~3.0米，基岩以石灰岩层为主，部分为砂页岩，中等硬度，层状明显，大部分岩层完整性较好，局部呈微风化。
（3）爆破环境
本段管道线路工程中，有穿越乡镇靠近民居，有靠近铁路、公路和高速路，有相伴相行地面地下通信光缆和高压供电线路，也有田野、山地空旷地带。不同地段有不同的爆破环境，有简单的也有复杂的。
（4）爆破方法的选择及爆破参数
主要特点是：①线路长，但管沟小；②爆破条件复杂；③爆破环境变化大。因此，所选用的爆破方法也比较多，主要爆破方法及主要参数介绍如下：
1）普通浅眼爆破
① 适用条件
主要适用于施工便道修筑和作业带的平整，管沟沟底石方不连续或零星石方（孤石）爆破。
② 爆破主要参数
炮眼布置以梅花形垂直眼为主，钻眼直径d=40mm，炮眼深度根据实际情况而定，一般不超过1.5m，孔距a=0.6~0.9m，排距b=0.5~0.8m，炸药单耗q=0.3~0.6kg/m3，单孔药量按Q=q·a·b·H计算。
2）常规管沟爆破
① 适用条件
适合于爆破地点离建（构）筑物较远，爆破安全要求不高，爆破环境简单的山区。
② 炮眼布置以梅花形布置为主，中间垂直眼，侧边眼可以靠边内插。
③ 主要爆破参数
ａ　钻眼直径d
钻眼直径d取40mm
ｂ　最小抵抗线w
w=（15~25）d=（15~25）×40=600~1000mm，取0.5m~0.8m。
ｃ　超深h
按h=0.3H计算 h取0.3m~0.6m
ｄ　排距b
b=w=0.5m~0.8m
ｅ　孔距a
a=（1.1~1.2）b，这里按每排三个孔计，a=0.7m；
ｆ　炸药单耗q
根据现场试爆确定，q=1.1km/m3；
ｇ　单孔药量Q
单孔药量依公式Q=q·a·b·H计算：
当爆破深度H=0.5m时，Q=1.1×0.7×0.5×0.5≈0.2kg；
当爆破深度H=1.0m时，Q=1.1×0.7×0.6×1.0≈0.5kg；
当爆破深度H=1.5m时，Q=1.1×0.7×0.7×1.5≈0.8kg；
当爆破深度H=2.0m时，Q=1.1×0.7×0.8×2.0≈1.2kg；
管沟深度大于2.0米时，必须分层进行爆破开挖。
3）管沟控制爆破
①　适用条件
靠近民房等建筑物、公路、高速路、铁路、地面通信线路和高压线路，爆破环境复杂的地方需要控制爆破。
②　炮眼布置
垂直眼，每排布置3个孔，中间孔布置在边眼的前面，超前约为排距的1/3，起爆顺序是先中间后两边，图1。

图1 管沟控制爆破炮孔布置图

③　主要爆破参数
由于管沟宽度比较小，一般要求一次爆破深度不能超过1.5m，如果沟槽深大于1.5m时，需分层爆破开挖。管沟控制爆破主要参数的确定与普通管沟爆破大体相同，主要不同处在于炮眼排距密些，炸药单耗取小些，堵塞长度长些和起爆顺序要求高些。管沟控制爆破主要参数见表1。
表1 管沟控制爆破主要参数表
参数名称
单 位
参 数 值
备 注
管沟爆破深H
m
0.5
0.7
0.9
1.2
1.5

炮眼深l
m
0.8
1.0
1.3
1.6
1.9
最小抵抗线w
m
0.5
0.5
0.6
0.6
0.6
排距b
m
0.5
0.5
0.6
0.6
0.6
孔距a
m
0.7
0.7
0.7
0.7
0.7
炸药单耗q
kg/m3
0.9
1.0
1.0
1.0
1.0
单孔药量
kg
0.15
0.25
0.38
0.5
0.6
堵塞高度
m
0.6
0.7
0.9
1.1
1.3
（5）装药及堵塞
1）炸药的选用
当管沟没有水时，采用硝铵2#岩石炸药；当管沟有积水时，用采用乳化炸药；炸药直径f=32mm，每卷重150克。
2）装药结构
普通浅眼爆破和常规管沟爆破采用连续装药结构，管沟控制爆破须根据炮眼的深度分别采用连续装药结构和分段装药结构，当炮眼深小于1.5m时，采用连续装药结构；当炮眼深大于1.5m时，则采用分段装药结构。
3）炮眼堵塞
堵塞材料就近就地取材，可用粘土或黄土等做成炮泥，要求干湿适中，填塞时要填实，堵塞长度要求大于最小抵抗线的长度。有水的炮眼采用中、粗砂作为堵塞材料。
（6）起爆方式及爆破网络
普通浅眼爆和常规管沟爆破用火雷管和一般电雷管起爆方式，管沟控制爆破起爆时为准确控制先中间后两边的起爆顺序，采用毫秒电雷管起爆方式，网络采用串联连接。电雷管起爆电源采用高能电容式起爆器，起爆顺序从管沟已形成的台阶处开始依次逐排进行。
2.4 小型穿越
2.4.1 河流穿越
大型河流的穿越一般用河底隧道、管桥、悬跨等方法，小型河流的穿越方案采用大开挖形式。施工工序有：开挖导流明渠或用导管导流→围堰→排水→清淤→开挖（钻孔爆破）→修筑作业带→敷设→油管安装→回填→水工保护→砌两岸护坡体→弃渣→恢复原地貌等。
2.4.2 铁路、公路穿越
（1）顶管穿越
等级以上公路、铁路全部用顶管方法施工，施工时根据岩土的不同采用不同的方法施工，土方段可用机械把套管一根一根地顶进去。
顶管工艺流程
施工准备→测量放线→工作坑设置→后座墙制作→设备安装→工具头就位调试→起动顶进→挖土外运→纠偏→注浆→继续顶进→管道连接→撮后一段管→工具管拆除→竣工测量。
（２）隧道穿越
石方段则用小隧道方法穿越，做到短进尺，勤支护，弱爆破，边掘进边支护，确保路基的安全。
2.5 管沟回填
管道回填应在管道安装完成后10d内尽快回填。
施工工序：
管道验收 → 第一层细土回填、压实 → 验收合格 → 通讯光缆铺设 → 第二层细土回填、压实 → 验收合格 → 顶部回填并压实 → 回填完工验收。
2.5.1　土方段管道回填
采用挖掘机和人工配合的形式进行回填。对水田和旱地，回填的顺序是先回填靠管沟边的生土，用挖掘机进行修理和分层压实，然后回填熟土即耕植土。
2.5.2 石方段管道回填
输油管道用光身钢管作材料，外层涂环氧树脂作保护，它很容易被硬物碰破而锈穿。为此，设计对接触管子的回填物要求特别高，规定石方段管道管子四周要用粒径小于1cm的细土或细砂回填，且底部厚度不小于20cm，两侧及顶部不小于30cm。为确保回填质量，对有一定坡度的管沟采用袋装细土回填以防雨水冲跑细土。细土回填完成经现场监理检验合格后，可以进行原土石层的回填，但不能填入过大（大于25cm）石块。为了保证回填密实度，尽量选用机械边填边夯实。耕地段回填至沟顶30cm时要回填原耕作层便于农民耕种，山坡和荒地段回填土须高出地面300—500mm便于排水。
2.6 地貌恢复
耕地恢复土方段管道比较容易，回填时把耕作层（熟土）回填在上部即可，石方段管道耕地恢复比较困难，恢复办法是用人工清理土中的石头，对个别石头太多地段只有换土处理解决，田埂恢复要按当地农民的要求做干砌石或浆砌石。道路、水渠、水沟恢复要比原标准高些，保证做到当地农民满意。
3 结束语
长输管道土石方工程施工作业移动跨度大，管理十分困难。通过本工程后，有以下2点经验值得今后施工同类型工程借鉴。
（1）开工前要对设计线路复测，发现今后施工不利的如近距离与光缆（尤其国防光缆）同行、高压线同行及时向业主和设计单位报告并提出改线建议。
（2）长输管线普遍采用租地施工，管道埋好后要恢复给农民耕种，这种方法虽然给施工单位增加了施工难度，但就我国人多地少的国情也是切实可行的，施工中既要考虑施工方便，也要考虑后期恢复，开挖管沟时一定土石分开堆放，尤其耕作层（熟土）要堆到堆土侧的最外边保护，生土堆在里侧，多余的石碴运到堆碴场弃置。由于油管的四周必须用细土包裹，上部也要回填耕作层，可见能回填的石碴已经很少。如果把多余石碴暂时放在作业带上，那经施工机械压过后造成土石混合，后续的回填和恢复就相当困难，甚至造成无法复耕土地弃置。
参考文献：
[1] 输油输气管道线路工程施工及验收规范（SY0401—98）.
[2] 工程爆破实用手册,刘殿中主编,冶金工业出版社,1999.5