牵引管道穿越大中型河流的大型卷扬机.pdf

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1、石油天然气学报 ( 江汉石油学院学报 )2 0 1 3 年 5 月 第 3 5 卷 第 5 期 J o u r n a l o f Oi l a n d G a s T e c h n o l o g y( J J P I )Ma y 2 0 1 3 V o 1 3 5 N o 5 3 3 9 牵引管道 穿越大 中型河流 的大型卷 扬机 N T。；J ： ， 套 妻 ， 耿 红 军 ( 中 国 石 油 天 然 气 管 道 局 第 四 工 程 分 公 司 ， 河 北 省 廊 坊 市 o 65 0 00) 杨 福 进，张俊松 ( 中国石油天然气管道局第四工程分公司， 河北省廊坊市。 。 0 0 。

2、 ) 摘I g 在长输油气管道建设中，管线路由不可避免地需要穿越河流，且江河穿越施工是长输管道建设的 控制 性工程 。2 0 1 1年西气东输二线枣 阳一 十 堰支 干线工 程 ，管道 四公 司技 术人 员在 以往工程 实践 的基础 上 ，创新采用 大吨位卷 扬机 作为定点设备 牵引管道 过江 ，这 在 国 内管道 建设 领域 实属首 例。此次 穿越长 度 1 8 0 0 m，采用 2台卷扬机牵引。将卷扬机作为牵 引设备 ，保证 了施 工连 续性，有 效避 免 了牵引 区域 施工 用地 受限的问题。 关键词带水大开挖；控制负浮力；小平车发送；接收坑；牵引力；浮筒 中图分类号TE 9 7 3 4

3、 文献标志码A 文章编号1 0 0 0 9 7 5 2 ( 2 0 1 3 )0 5 0 3 3 9 0 5 2 0 0 4年管 道 四公 司在 忠武线 襄樊 支 线 工 程 中首 次 采 用带 水 开 挖 、小 平 车轨 道 发送 、控制 负 浮 力 底 拖法成功穿越汉江。此次穿越采用 1 2台爬行设备 牵引。施 工中由于发送场地受限，牵引道长度较短， 采用 曲线发送 、三次牵引。2 0 0 5年应用该工法在冀宁联络线工程 中成功穿越大汶河，此次穿越采用 1 4 台爬行设备牵引。2 0 1 1年西气东输二线枣阳一 十堰支干线工程，创新采用大吨位卷扬机作为定点设备牵 引管道过江。将卷扬机作为牵

4、引设备 ，保证 了施工连续性 ，有效避免了牵引区域施工用地受限的问题。 l 技术 要点 1 1 带水 开挖 成 沟技 术 在有 水 流 的 情 况 下 ，采 用 水 上 挖 泥 船沿管沟轴 线反 复开挖 ，随着 开挖深 度 的增 加 ，管 沟 侧 壁 无 法 保 持 直 立 ， 自然 坍 塌 ，并 达 到 自稳 状 态 ，继 续 开 挖 管 沟 至设计 深 度 ，管沟 成 型 。图 1为管 沟 开挖 示 意 图 。 1 2管 道负 浮力 控 制技术 D + 4m 图 1 管沟开挖 示意图 管道入水 后负浮力 是指 在水 中单位 长度内整体管道所具有 的重力和浮力 的差值 。通过调整浮筒所产生的

5、净浮力值控制负浮力 ，降低管道与 沟底的摩擦力 ，保证管道在牵引过程中紧贴管沟底部移动。 1 3定 点设 备牵 引技 术 摩擦式卷扬机作为定点牵引设备，依靠卷扬机辊筒与钢丝绳之间的摩擦力产生拉力，点对点直线牵 引穿越管 道前进 。每 台卷扬 机配 备一个 储绳筒 ，单 独盘 绕收 回的 钢丝绳 。储 绳筒 收绳速 度与 卷扬 机 同步 。 收稿日期2 0 1 3 0 3 2 8 作者简介 胡卫军 ( 1 9 7 8 一 ) ， 男， 2 0 0 2 年 华北航天工业 学院毕 业， 助 理工程 师。 长期从事项目 技术施工管理工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m

6、学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m油气 管道工程 2 0 1 3 年 5 月 2 操作要点 2 1 穿越管 道预 制安装 2 1 1 鹅头 的设计 与 安装 鹅 头是 管道牵 引 系统 的关 键 ，牵引 力 的受 力点 就在 鹅头上 。 安 全 。鹅头 采用 图 2 图 4所示 形式 ，抬起 4 。 焊接 在管 道前部 。 力学 指标确 定方 式如 下 。 1 )插销 半径 确定 ： R J 鹅 头的结 构和形 式 ，关 系到 整个工 程 的 两 根主 索拴在 插销 上 。管道 鹅头 的各项 Q F f f z ( -厂 取 1 4 ； f z 取 1 5 ) 式

7、中 ： R 为插 销半径 ， mm； F为牵 引力 ， N； r为剪应 力 ， N ram ； Q 为作用 到插 销上 的拉力 ， N。 2 )鹅头 钢板纵 向焊 缝长 度 鹅头钢板采用三块钢板， 两侧板厚 ， 中间板厚 。 ， 侧焊缝长度用 L 表示 。 计算中， 按照最不利情况考 虑 ： 即 3 块 钢板 已断 2块 ， 只有 1 块 钢板 ( 较 薄钢 板 、 2条 焊缝受力 )承担 剪应力 。 L。 ( 2 ) 3 )插 销孔处抗 拉 面长度 ： Lz ( 3 ) 抗 剪 面长度 ： L。 ( 4 ) 式 中 ： L 、 L 、 L 。 分别 为焊缝 长度 、 抗拉 面长 度 、 抗

8、剪面长 度 ， mm。 图 2鹅头俯视 图 图 3鹅头侧视图 图 4插销 2 1 2浮筒 的 生产 与安 装 1 )管道 入水 负浮力 计算 在计算管道入水后的负浮力时，需考虑管道质量、排水体积等因素。 G = G1 + G2+ G。+ G ( 5 ) 式中： G为水下管道每米质量 ， k g m； G 为钢管每米质量， k g m； G 为防腐层每米质量 ， k g m； G 。 为橡胶皮 每 米质 量 ， k g m； G 为压 重块 每米质 量 ， k g m。 V ： V + V2 + V。 ( 6 ) 式 中： 为管道排水体积 ， m。 ； V 为防腐管排水体积 ， m。 ； V。

9、为橡胶皮体积， m。 ； 。 为压重块体积， l e t。 。 由于压重块安装后 ， 无法做到密不透水， 故不应按照压重块排水体积计算 ， 而应按照各个单体 的排水 体积累加， 以保证计算结果准确。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m第 3 5 卷第 5期 胡卫军 等 ：牵引管道 穿越大中型河流的大型卷扬机 F浮 = = =P V g， ( 7 ) L 式 中 ： F浮为管道 入 水后 每米 浮力 ， k N m； p为水 的密 度 ， k g m。 ； g为重 力加速 度 ， m s ； L为管道 长度

10、 ， r l l 。 F负1一 Gg F浮 ( 8 ) 式中 ： F负 1 为管道入水后每米负浮力 ， k N m。 2 ) 管 道 负浮力 削 减措施 经上述计算 ， 管道人水后每米负浮力 F 负 较大， 为达到安全施工 、 降低投入的 目的， 应该采用负浮力削 减措施 。 在 管道 上方 安装 浮筒 减小 管道 负浮 力是最 为安 全 、 经 济、 可 行 的办法 ， 负浮 力控 制在 0 F伍 1 之 间 。 F K X l G g ( 9 ) 式 中： F为陆地启动牵引力， k N； K为启动系数 ， 1 ； 为管道与发送道的摩擦因数 ， 1 ； G 为管道在发送道上 的质量 ， k

11、g 。 管道在水下的牵引力不宜超过 F： F负 ： = = ( 1 0 ) 式中： F负为管道在水下的每米负浮力控制水平 ， 实际控制负浮力要小于 F 负， 设为 F 负 实， k N m； 1 z为管道 在水 下 的摩 擦 因数 ， 1 。 水流速在管道牵引过程中会对管道产生侧向推力。 在牵引过程 中， 为保证管道沿管沟 中心线前进 ， 使 管道应有一定的质量 ， 管道在水中的质量应符合下式要求 ： 1 o n G 一 生 ( 11 ) Px 一 ( - 1 2) 式 中： G为管道在水 中的每米质量 ， k g m； P 为水平推力， k g m； C x为取决于管道表面粗糙度和水流态的

12、系数 ， 取 0 8 ； D 为单位长度管子垂直于水流方 向的投影面积( 包括防腐层) ， m m； 水为近管道流水层的 流 速 ， m s ； g为 重力 加速 度 ， m s 。 管 道在 水 下 的每米 负浮 力控 制水平 F 负 实 G ， 以满 足管 道稳 定性 要求 。 r F浮 筒 一 F负 实 兰 ( 1 3 ) n L 式 中： F 浮 筒为单个浮筒应该提供的静浮力 ， k N； 为浮筒数量， 个 。 浮 筒 的形式 如 图 5 所 示 。 图 5浮筒结构示意 图 2 2小 平车 的生产 安装 小平车配合轨道运行 ，根据 回拖管道在发送道上面时的质量 ，确定小平车的间距和承载

13、力。重点是 小平车车轴和轴承的强度 。如图 6所示 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m油气 管道工程 2 0 1 3 年 5 月 图 6小平车外形图 2 3 小 平车 回收坑 及 回收道 的修筑 回收坑前端为降低管线入水前与地表的摩擦力 ，减少回拖力 ，安装一特制高强度滚轴装置 ，滚轴标 高根 据牵 引管 道入水 点位 置 和标高 确定 。 2 4带水大 开挖成 沟 、验 沟 1 )管沟 开挖 采用带 水开 挖方 式施 工 ，对 河流 航道 影 响较 小 。开 挖机 械 主要 为 挖泥 船 ，根 据

14、工程 地 质特点 ，选择不同形式 、特点的挖泥船进行管沟开挖 ，挖泥船的数量根据开挖总方量而定 。图 7为带水 大开挖 流程 图 。 沟定位 - 1 设置导 标H 布缆定 位H挖渣卜 装驳卜 卸渣H 管沟检查 图 7带水大开挖流程图 2 )管 沟 开挖过程 中 ，使用 声纳设 备 随时进 行管 道 轴线 及 高程 、宽度 检查 ，采 集 回淤数 据 。对 偏离 轴线及管底高程等进行即时控制，保证开挖轴线精度 。管沟开挖结束 ，测量轴线坐标 、管底高程及开挖 宽度 。 2 5 定 点牵 引 系统 安装 2 5 1 牵引 设备选 型 卷扬机应通过对管道质量 、浮力 的计算 ，并考虑轨道摩擦因数 、

15、河底摩擦因数、水流影响等因素进 行选型。卷扬机应具有以下技术要求 ：卷扬机采用变频控制 ，即可单台运行又可多台同步运行 ；卷 扬机 在额 定牵 引力 下可 以满足 2 4 h连续 运转 ；卷扬 机具 备正 、反转 运行 能力 ；卷 扬机具 备绳 端涨 紧 装 置 ； 储绳 筒 与卷扬 机具备 同步运 行 功能 ；控制 台具 有数 据采集 系统 ，可 以同 时显示 收 ( 出)绳 长 度、拉力 、速度等数据 ；卷扬机分体后的体积尺寸应方便运输 ，装车尺寸不受限高、限宽的束缚。 2 5 2 牵 引设备 基础 施工 根据卷扬机生产厂家提供的设备基础图及底座安装图，对卷扬机基础进行浇筑 ，预埋地脚螺栓

16、。基 础 浇筑 完成后 注 意养护 ，采用 覆膜 养护 方式 ，确保 基础养 护期 ，保 证混凝 土强 度 。 2 5 3 牵 引设备锚 固就位 卷扬机运输至现场后使用汽车吊进行就位安装，将加工预置完成的地脚螺栓 与卷扬机进行连接 固 定 ，采用压浆剂浇筑预 留孔 ，使其在 2 4 h内达到 3 0 MP a的强度，以满足施工需求。卷扬机安装过程 中 所有螺栓要进度到位，避免出现局部受力现象 。安装完毕后要经过长时间运转调试。 2 6主牵 引钢 丝绳发 送 1 )在选择钢丝绳时，根据拉力计算结果 ，考虑 2 倍安全系数。 2 )主管道牵引采用 “ 双船舶发送法”将钢丝绳布人管沟 。管沟开挖完成

17、后 ，在一天内要完成主牵 引 钢丝 绳 的发 送 和与两 岸 的连接 工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m第 3 5卷第 5期 胡卫军 等 ：牵引管道穿越大中型河流 的大型 卷扬机 3 )主船舶作为钢丝绳的载体首先要有足够大的甲板空间，能够合理布置钢丝绳发送架 。 4 )选用大吨位驳船作为动力 船只。驳船动力足，两条船夹住主船舶并且 固定 ，既可 以携船前行， 又可 以抵 抗水 流 的影 响 。 5 )所有准备工作就位后 ，全站仪控制船前进的方向，利用锚泊系统缓慢带动船只前进 ，利用 TDK 控

18、制 钢丝 绳位 置 ，放绳 。循 环操 作 ，将 钢丝 绳准 确 放到 中心 线位 置 。 2 7 管 道试 牵 引 1 )应 确 保两 岸通 讯 的畅通 ，密切关 注 各个 连接 部分 及管 道 的动态 。 2 )启动发电设备 ，同时开动 2台卷扬机 。当鹅头前面的钢丝绳产生移动时 ，卷扬机停止 ，此时沟 内的钢丝绳已经达到绷 紧或者顺直的状态。卷扬机倒转 ，使钢丝绳 自然垂放到沟底 。 3 ) 开动 单 台卷扬 机 ，进行 试 拉 ，如果 在卷 扬机 正 常拉力 范 围 内管道 可 以移动 的话 ，保 持牵 引状 态 ， 使管道前移 l m。如果单 台无法拉动 ，则停止 。重复上面的操作，

19、进行第 2台卷扬机试拉 。 4 )同时 开 动 2台卷扬 机 ，在保 证拉 力 和速 度相 同的情况 下牵 引管 道 ，向前 拉 近 5 m，如果在 卷扬 机 拉力范围内可 以牵引移动 ，试牵引成功 。将卷扬机倒转 ，使钢丝绳 自然垂落至沟底 。 2 8管 道正 式 牵引 1 )牵引前检查各个连接环节 ，牵引区和发送区所有指挥人员 、操作人员 、监控人员、应急人员全 部 到 位 ，通讯 设备 保证 良好状 态 。 2 )两台卷扬机同时启动 ，牵引区操作人员和记 录人员密切关注卷扬机的各项参数 ，使卷扬机在最 低 速 度状 态下 运行 。 3 )发送区总指挥根据管道的运行情况 向牵引区发 出速度

20、调整指令 ，同时牵引区指挥根据速度变化 情况 向发送区发布卷扬机参数变化情况 ，使牵引工作密切结合 ，达到最佳运行状态。 4 )拆 除 鹅头 增安 的 浮筒 ，在 管道 进入 水 中 1 0 0 2 0 0 m 后 ，通过 回收坑 旁备 用 的挖 掘 机 ，牵 引连 接 浮筒 的钢 丝绳 销 轴 ，将 浮筒拆 除 。 5 )在管道牵引入水过程中，小平车靠重力逐个落入小平车 回收坑 中，利用牵引设备通过小平车 回 收道 将小 平 车取 出 。 6 )管道牵引完成后 ，利用声纳设备对管 道深度 和中心位置进行测量定位 ，达到设计规范要求后， 牵引工作完成 。如果管线位置或者深度与设计规范不符 ，必须进行调整 ，直至达到设计规范要求 。 编辑 萧雨 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m