山区地段情况下长输管道的施工规范和技术要求
关键词：长输管道,山区地段,施工技术
目前，全球石油天然气等能源价格持续在高位运行，其间还多次出现大幅度上涨，而另一方面，我国经济迅速发展，人民生活追求更高质量，能源需求质量和数量不断提高，由于我国能源分布和需求的结构性矛盾，运输方式多采用长距离管道运输。自2003年建成西气东输一线以来，我国又相继建成川气东送、榆林-济南、陕京一二三线等一系列长输管道，天然气在国民能源中的比重已经达到3.5%，在西气东输二线建成以后更是将达到5%，而西气东输三线及各个省市级的管网建设也正在如火如荼的开展起来。
这类长输管道工程项目，由于常常在西部和东南地区铺设相当距离，用以连接西北及中亚气源地和东南经济发达地区，而西部地处中国第三阶梯，山脉连延，简单说来有黄土高原、昆仑山脉，川藏的大巴山脉，云贵的云贵高原等，多为石方；而在东南部经济发达地区，则更多受制于密布的水网和丘陵，或者因为人口稠密，也必须将长输管道设置于郊区、山区地段，管道所经地区高低起伏、悬崖峭壁、河谷纵横。
在山区和水网地带，管道施工的关键不单是要加强机具和设备装备，而且要从施工组织和施工措施方面充分挥设备性能，实现因地制宜的机械化施工，以提高施工效率。首先在施工准备上，要根据不同地形条件进行专业机组配置，从设备、材料和人员上要综合考虑，既要发挥机械化流水作业的优越性，配置流水组焊作业机组，又要克服地形条件带来的障碍，化整为零，展开小台班作业；施工措施方面以充分发挥设备性能为主要目的，在施工投入和施工效率综合比选的前提下，尽可能的加大施工作业带开拓力度，保证设备的通过能力，以展开机械化的施工作业，同时辅以预制发送、整体吊装等多种措施克服沟谷、隧道和大坡度地段等施工难点。下面以长输管道一些重要工序在山区地段条件下的施工技术逐一分析。
一、山区水网地段长输管道施工测量放线
首要要做好前期的施工准备工作，准备好车辆、设备、图纸和人员，最重要的是GPS定位仪等测量仪器进行校定和对放线人员进行地形地貌的初步交底，以便防止人员安全事故。应采取边放线边清点的方法原则，防止当地居民突击栽种。如果放线时不能及时清点，也应与主管部门沟通好，由其派专人跟随证明，施工单位则采用数码相机等录像手段将沿线作业带内的地表作物情况加以记录，以便作为征地赔偿的依据。[1]。
为便于测量放线，设计思想也应作出一定改变，特别是在交桩时就应该考虑到路由重新优化的问题。比如应当注意到为便于在山区施工，管道本身所经过的位置在经过居民民居、畜栏、坟地等区域时，往往设置在地势相对开阔、已经存在村中小路或能够通行车辆的位置，这样就与民居、坟地等讲究生活便利和风水格局的地面附着物争抢空间，而山区中往往此类地方其实空间依然狭窄，施工过程中的车辆通行、管道施工也常常会导致民居、设施等损坏，带来与穿越城镇居民区同样的问题，反而不如设计从条件稍差、但能通车的其它地段进行管道铺设。
测量放线时还应该注意一点，就是地形地貌的改变和土地使用情况的改变。长输管道建设往往经年累月，山区虽然偏僻，但是在西部的川地和东南的丘陵，泥石流在夏季多有发生，山体崩塌也时有所见，而且南方人口稠密，常开山取石，相对的测量放线不可能一簇而就，征地费用更不可能一步到位，所以测量放线的过程中，应当积极将地形地貌与设计文件进行比对，发现异常情况尽快报告监理、业主、设计代表等人员协商解决；关于土地使用权或者使用情况发生变化，也应当及时上报，以便各方及时沟通，如果不能重新获取土地，就要尽快重新选定线路路由，以便确保工程顺利延续。
测量放线是整个管道现场施工的首要工序，在山区坡陡谷深，没有经过机械平整，安全问题应该放在首位，放线人员必须采取适当的防护措施，防止毒虫、野生动物等对人的侵害和跌落等危险，具备可靠的通讯手段，随时与驻地保持联系。
水网段的测量放线程序和一般线路相同，只是对设备和人员防护有着特殊的要求[2]。由于沿线沟渠较多，且水深较大，人员、测量设备无法直接通过，如果绕行，则会花费更多的时间和施工成本，所以需配备简易的载人橡皮筏等工具，以提高进度。
二、山区水网地段长输管道施工便道修筑和作业带设置
对于连接施工作业带与现有公路之间的施工便道修筑要选择适当的位置，尽量利用现有的乡（山）间小路修筑施工便道；个别基岩地段采用松动爆破配合开拓；若无乡（山）间小路可依托的，宜采用削方的办法开拓便道。
1．施工便道修筑难点及处理措施
根据以往施工经验，发现如下几处难点及采取对应便道形式：
（1）对于西部来说施工便道不好修筑的地方有两个，一个是西北的黄土高原，一个是西南的秦岭大巴山脉这样的岩石强风化带。
对于西北的黄土高原来说，管道的埋设或许问题不大，但是地广人稀，便道往往修筑较为绵长，而且因为水土保持情况较差，黄土的抗蚀力极低，因而黄土地貌的侵蚀过程十分迅速，甚至一次暴雨冲刷成一条数百米长度的侵蚀沟。便道路地面往往在雨后受到重压便会出现塌陷情况，对此建议在冲沟密集或者排水不畅的地段主动埋设过水涵管，对水流加以导引减轻路面损害，同时加大路面巡视和维护力度，确保路面破损及时修复。
对于西南岩石强风化带的山区，不仅存在路面易塌陷的情况，还多有落石、泥石流等突发灾害，除了增加过水涵管，还应当增加风险识别力度，同时路边设置水渠或防护沟，减轻落石等伤害力度。
（2）对于利用现有的乡（山）间小路修筑施工便道，虽然看来方便，即使不考虑外协问题，仍然需要注意两点，一个是路基承载力的问题，一个是简易桥梁的问题。
乡间小路，尤其西北、西南两地，多不走载重车辆，一般用碎石或者无筋混凝土等铺就，而管道建设运管、运设备、走挖掘机大多都是重载车辆，如果只是在平地，压坏路面还可补救，但是在西南常可见到盘山的村级公路，水泥路面不过四五厘米厚，设置伸缩缝等又不合理，一旦路面崩坏，极易产生高危事故；还有简易桥梁的问题，村建桥梁本不为工程施工设计，往往承载力不足，尽管外表看来也十分厚实，但是使用的材料、钢筋等常常只是从节省成本出发，不能承载工程车辆通行，如果只是小型沟渠发生问题还可以临时补救，但是一到雨汛季往往连桥面都会淹没，十分有碍施工进度，所以使用前应当咨询桥梁的设计、施工情况，雨季的水位情况，提前做好预案。
2．水网地段施工便道修筑
由于水网地段地下水位普遍较高，且管道走向多是从中间横穿多块水田，为保证不影响非作业带的作物种植，对于沿线所经过的水田、菜地等地段的作业带，采用在施工作业带的两侧开挖明沟进行排水，以降低地下水位，提高作业带承载力；开挖明沟所挖出的土方用于施工作业带两侧筑坝，以阻挡两侧因下雨或其它原因造成的地面积水。如果作业带两侧水田的灌溉渠被截断，则需要使用涵管穿过作业带，人工修筑灌溉渠，保证水田的灌溉用水。
三、山区水网地段管沟开挖
1．管沟开挖
管道埋深对管道的运行安全非常重要，所以管沟开挖必须严格按照设计要求的深度执行。土方地段主要采用机械直接进行开挖的方式成沟，石方地段采用松动爆破的方法开挖管沟。开挖成的管沟必须平直，局部不平的可以用风镐找平，以保护管道防腐层。石方段管沟开挖验收完成后，按设计和规范要求在沟底铺垫细土或设置袋装土管墩，防止管道就位过程中划伤防腐层。
水网段的管沟应及时排水，在开挖时防止管沟塌方、漂管，确保管沟成型；回填时防止回填土与水混合形成泥浆，确保规范对回填土的要求。施工同时应该做好警示标志，并对施工人员做好交底。
2.布管和安装准备
因山区、水网地段弯头、弯管多，为了减少现场施工调管工作量，在布管前应根据管沟开挖测量成果表进行选管，并对管段和弯管、弯头进行编号，现场布管时应按照编号和测量成果表进行对号入座，避免弯头浪费。
值得注意的是，管沟开挖完成后，用吊管机进行布管，转角处根据实际测量角度弯制弯管，布管时应防止损伤防腐层[3]。特别注意监控弯管后续安装情况，对于接续管道安装应当避免对弯管造成拉扯效果，形成应力破坏或者延迟性裂纹。
在山区采取沟下焊接方式，设备沿施工作业带行走，应与管沟保持一米以上的安全距离，并应在管沟较低一侧行走，防止重力压塌管沟，焊接完成后，按照要求进行检测、补口补伤。
四、加强管道焊接的质量控制
施工单位的管理方面，应加强对焊材的质量检查，在西南、东南地区长年天气潮湿，山区天气多变更为明显，因此极易引起焊丝焊条锈蚀变质，应特别注意焊丝、焊条存放，应在移动焊材库内或焊条桶内，作到随用随取。
严格执行焊接工艺规程规定的焊接参数，将焊接工艺规程的主要参数制作成方便的指导卡，放在施工现场和焊工手中，以确保相关人员熟知。山区风大，在冬季施工中，要特别加强预热温度和层间温度的控制，根据环境条件，焊接时使用防风棚保证风速、环境温度等符合规范要求。根据工艺要求，焊后需要采取缓冷的，焊道需包裹保温被。西气东输二线管道多次发现焊口未熔合原因为保温不到位，具体实际做法中则是露于防风棚外的管口不做封堵，导致焊口处空气对流，降温过快，因此，有必要在气温较低的情况下，将防风棚外的管口一起包裹以确保温度。每天收工前，将管子两端用特制的管口密封套或盲板密封，以防止雨水、泥沙、杂物等进入管内。
在2011年的西气东输二线某站场阀门安装过程中，开箱检验后发现到场的阀门袖管上焊缝出现未熔合现象，据分析为阀门厂商为赶工而未做细致检测。为了保证焊口质量，要采取有效的措施如设计规范、焊接工艺评定、焊接材料的质检、焊工考试、焊接过程旁站（死口）、无损检测、返修焊接工艺规程和返修后再次检测、设备的驻厂监造等加以预防。
五、山区水网地段长输管道施工安全管理事项
在山区、水网，人烟稀少，一些地区刚刚开始大规模铺设硬化机耕道，但是多数交通仍依靠碎石山道，部分工程深入人迹罕至的深山老林，需要修建相当长的临时道路，交通及相应的补给十分不便。但同时由于长输管道本身施工的要求，往往一个管理人员需要监管数公里的管道，对施工管理和监理监管带来极大的挑战。山区本身往往电话信号较差，发现问题不能及时反馈也是导致一些安全事故频发的原因。针对以上问题，应当要求各方加大资源投入，保证交通资源和利用当地有线电话资源，实现信息的有效沟通和管理的充分落实。
山区段施工主要应注意设备、人员施工时的安全。设备安全主要采取防滑措施（楔形架），防止发生溜车，同时焊接电源应做好防雨淋、接地措施。人员沟下施工时应做好操作位置的支护措施，防止塌方、顶部滑落土石块等对人员造成伤害。
在2010年，西二线东段和陕京三线承包商陆续发生的“1.21”、“3.15”、“6.30”和“8.20”等四起生产亡人事故中，除陕京三线“3.15”事故起因为吊管机机械故障意外，“1.21”、“6.30”事故皆起因于管沟放坡不足、堆土安全距离不够，同时此前降雨也导致管沟壁承载力下降，而“8.20”事故则源于吊管机在松软且湿滑的砂质泥岩铺垫的斜坡上下行，操作失控导致吊管机发生下滑造成沟下作业人员死亡。这些有些在山区发生，有些虽不在山区，却也对我们进行管道安装和作业带设置、便道修筑有很强的警示意义。
为了防止山区施工对周围居民造成不利影响，应当及时检查管沟积水情况，在作业带周围拉好境界前并做好警示标示，对于施工完毕的管道做好封堵，以防无关人员闯入作业区发生跌落、溺水等危险。
施工有可能改变地表水和地下水的自然流向，降低或抬高自然水位，造成局部地区水涌、突水事故和地表水流失事故。破坏水力资源和水利设施，危及相邻方的利益。因此在施工前必须准确收集可受施工影响的水力资源和水利资源资料。施工中尽可能不要去改变水力资源的自然流向。若因施工必须切断地表水、地下水的自然流向。一定要采取正确的引流措施，作好水工保护。千万不要因施工改变地表水地下水的自然流向而造成自然水位的猛升猛降，造成漏水和突水事故。破坏水资源、侵害相邻方的生命和财产。救生器材要一应俱全，关键工作面都设置专人监护，随时监控施工作业，增加安全防线。
六、结语
伴随经济的迅猛发展，我国对石油天然气的需求量不断加大，而长输管道正是保证这一需求得到有效满足的重要基础设施。包括跨国管道及国内管道的建设的需求不断增加。到目前为止，我国已建成油气长输管道约4.3×104km，已形成纵横东西、贯通南北、连接海外的管道网。而到2020年油气长输管道干线预计将达到8×104km。管道施工企业或单位务必要严格控制长输管道施工质量有效保障国家战略发展的需要，而管道施工和设计人员更要严格执行相关技术标准和规范，并能不断创新长输管道的施工工艺和技术，从而不断提升我国长输管道的设计施工水平。
参考文献：
[1]续理,刘占锋,王炜等.长输管道的施工现状与发展探讨[C].//2005年特种设备安全国际论坛论文集.2005:231-250.
[2]张俊华.试论特殊地段管道敷设施工技术[J].中国石油和化工标准与质量,2011,31(9):79.
[3]张启波,贾颖,闫晓静等.石油天然气长输管道危险性分析[J].中国安全科学学报,2008,18(7):134-138.
[4]刘晓光.HSE管理在长输管道山区施工中的应用[J].建筑,2011,(13):38-39.
[5]李丽萍.天然气长输管道工程设计[J].油气田地面工程,2011,30(7):25-27.DOI:10.3969/j.issn.1006-6896.2011.7.013.
