城市天然气长输管道施工工艺工法.docx
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城市天然气长输管道施工工艺工法
城市天然气长输管道施工工艺工法
QB/ZTYJGYGF-GS-0204-2011
市政环保公司王 驰
1前言
1.1工艺工法概况
燃气管网是城市基础设施的重要组成部分，是跟随城市发展而不断发展和完善的一支主动脉，主要埋设于城市各条道路的地下。
管线的铺设采用的是开槽埋管和非开挖铺设两种施工技术，但由于城市天然气长输管道支管多、焊缝探伤等特性不宜采用非开挖技术施工，所以现在一般都采用开槽埋管施工技术，由于开槽埋管施工对地面交通影响较大，同时给市民工作、生活带来许多不便，特别在人口稠密的城市中心和交通拥挤的地段，这个矛盾就更加突出。
我公司近些年在兰州承建了几个标段的城市天然气管网改扩建工程，在施工中采取化整为零，分段开挖、分段焊接、流水作业的方法，通过工程实践不断总结提高，逐步形成此工法。
做到了安全防护、质量管理、文明施工全面受控，措施落实到位。
1.2工艺原理
城市道路长输天然气管道明挖施工按照“挖探坑、疏交通、短开挖、少扰动、强支护、抓焊接、保防腐、严试验、早封闭、重文明、轻扰民”的原则稳步前进。
开挖前进行人工探坑开挖，摸清地下管位情况，开挖后合理安排土建和安装的工序衔接，根据量测数据确定最佳的施工单元长度，保证在最短时间内完成施工。
2工法特点
2.1城市道路长距离天然气管道开挖采用分段开挖，分段焊接，合理安排工序衔接，可加快施工进度，缩短工期。
2.2施工安全性好、对外界干扰小，文明施工易于管理。
2.3循环时间短，对城市道路交通影响小。
3适用范围
本工艺工法适用于在黄土地区修建的城市道路下长距离天然气管线施工，对黄土地区修建的其他地下管道工程亦有借鉴意义。
4主要技术标准
《城镇燃气输配工程施工及验收规范》（CJJ33）、《业金属管道工程施工及验收规范》（GB50235）、《场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》（GB50236）、《属熔化焊焊接接头射线照相》（GB/T3323）、《质管道聚乙烯胶粘带防腐层技术标准》（SY／T0414）。
5施工方法
城市燃气工程具有安全防护要求高、文明施工等级高、场地狭小、交通繁忙、地下管线复杂、城市施工干扰大、不适合大规模作战和焊接等级要求高等特点。
针对以上特点，必须采取灵活多变、因地制宜的方法，合理部署管材堆放场地、施工区段、材料进场时间、道路开挖时间；提前探明地下管位，合理分段，合理调配土方，尽量减少土方外运；统筹安排，合理计划，保障材料供应，减少材料倒运；积极协调排除城市施工中各项干扰，加强安全防护，保证现场文明施工，各项应急处置措施到位；组织小而精干的施工队伍进行施工，安全、快速、有序的完成；同时，加强焊接质量、防腐检查，严把无损探伤、气密性试验关。
6艺流程及操作要点
6.1施工工艺流程
施工工艺流程见图1。
图1施工工艺流程图
6.2操作要点
6.2.1施工准备要点
1除了设计和甲方提供的相关资料外，还要到现场进行全程地下管网的情况摸查和临街交通情况的调查，将相关的各种井室、相邻管线、横穿管线的材质和深度一一标注，并将开挖一侧的小区、学校、工厂、大型商场等交通密集处也一一标注（这些地方往往需要夜间突击施工）。
2开挖前根据调查情况安排人工进行探坑开挖，进一步确定地下管位情况。
探坑的布置间距为10～50m，可根据实际情况适当调整。
6.2.2施工要点
1交通保障
沟槽根据现场情况，分别实行单侧封闭或全封闭施工，在靠道路中线一侧设置彩钢板进行交通安全防护，夜间在彩钢板上设置警示红灯以保障车辆和行人的安全。
施工单元段按照200m设置，每单元段开挖不得超过200m。
在单元段与单元段间保证有20～30m的交通疏导区（如图2），连续的相邻单元段最多只能开3个，为一个工作区。
图2交通疏导区示意图
每个工作区两端各设一名交通疏导员，由他保证该区段内的交通疏导。
在工作区两端设置交通安全警示牌和限速牌。
材料进场在夜间进行，这样可以保证白天不因材料装卸而影响交通。
2管沟开挖
管沟开挖工艺流程：
准备工作——下发开挖通知单——验桩及核对——开挖——管沟检查验收——填写施工验收记录——下道工序。
按图用经纬仪引出管道水平弯曲处的各坐标点，并栽好坐标桩；再用水平仪在管道的变坡点找出水平点。
沟槽上口宽b按下列公式计算：
b=a+2nh式中a为沟槽底宽；h为沟槽挖深；n为边坡率，边坡率根据地区的地质状况采用。
无支撑管沟沟底的开挖宽度不应小于下表1的规定。
管道施工时需操作的地方，应设置工作坑，工作坑的大小应以便于操作为准。
表1无支撑沟底宽度
公称直径（mm）
沟底宽度（m）
50-80
0.60
100-200
0.70
250-350
0.80
400-450
1.00
500-600
1.30
700-800
1.60
900-1000
1.80
3管材的贮存、运输、下管、布管
由于城市道路施工现场一般都不具备存放条件，管材、管件根据计划调入，统一存放，并根据施工进度和安排进行统一调度、管理、运输，施工现场用一批运一批。
1）贮存、运输
防腐绝缘钢管装车时应使用专用吊具，注意保护防腐层结构和管口，严禁碰、撬等有可能损坏绝缘层的操作方法。
钢管下面需垫放胶皮软垫，捆绑时要用外套胶管的钢丝绳，绳子和绝缘层间需垫胶皮软垫。
卸管时必须用专用吊车小心吊放，严禁用损伤防腐层的撬杆滚滑方法卸车。
卸管时应根据一车管的总长度在地面上预先测量好距离，按指定位置卸管。
2）下管、布管
管子下沟与管沟开挖紧密配合，管沟开挖合格一段，运送一批，下沟一段。
下管子时，吊车司机要与指挥人员协调，起吊必须用专用吊具，动作要准确平稳，起吊高度以1m为宜，轻放至沟底或井底，严禁损伤防腐层的做法，并注意对已设上、下水管，以及电缆等的保护。
4管道组装焊接
1）管道组装
钢管用气割或机械方法切割时应满足切割面平整，不得有重皮、毛刺、挂渣、氧化铁等，切割平面和管子轴线的垂直度允许偏差为管子直径的1％，且不大于2mm。
管道焊接接头位置应保证距离弯管点不得小于l00mm，且不宜小于管子外径。
相邻两道焊缝的距离不得小于管子外径，且不得小于150mm。
管道焊接接头距离支墩（支架）净距不得小于50mm。
不得在管道焊缝上开口。
管道组装前，须设专人对管子进行清扫。
焊接后的管段，如需开口时间较长，应用临时盲板封堵管端。
管道组装时，避免用锤击法强力校正管道错口，并注意钢管外保护层，若不慎损坏时，需认真做好标记，尽快修补。
管口如有轻度变形可用专用工具校正，不得用重锤直接敲击管壁，如有损坏，应将变形部分的管端切除，并将管端重新加工坡口。
2）管道焊接
焊接方法：
采用手工氩弧焊打底，电焊条盖面工艺，采用上向焊接工艺，焊条采用E4303型，氩气采用纯度99.98％以上。
焊接材料应专门存放并做到防潮、防油蚀。
电焊条应由专人负责按说明书进行烘干后，存放在保温150～200℃筒中待用，烘干温度为350℃一400℃，烘干次数不得超过2次。
管线焊接时，应保证每条焊缝连续一次焊完，如因故被迫中断，应采用防裂措施。
再焊时必须进行检查，确认无裂纹后方可继续施焊。
不准在同一焊道上使用不同牌号的焊条，各层间接头必须错开20—30mm，焊工每焊完一道焊缝应在介质流向上方距焊口50—l00mm处用钢印打上桩号和焊工代号，并做好记录。
5探伤
焊缝外观检查合格后，以不少于30％的焊口数量进行X射线抽查。
达到GB50236中规定的Ⅲ级为合格，设计要求100％探伤的焊缝，应达到Ⅱ级。
经X射线检查不合格的焊缝需进行返修，返修后仍按原规定进行检查，同一个焊缝返修次数不得超过两次。
6管道焊缝、补口、弯头的防腐绝缘
焊缝、补口和弯头采用聚乙烯胶粘带防腐补口带。
补口带的性能应满足：
基膜厚度0.1～0.3mm；胶层厚度0.2～0.8mm；胶带厚度0.3～1.1mm。
基膜拉伸强度≥18MPa；基膜断裂伸长率≥200%；体积电阻率＞1×1012Ω·M；电气强度＞30MV/m；吸水率＜0.35%；厚度允许偏差±5%。
按规范要求，焊缝处的防腐层厚度应不少于设计厚度的85%。
防腐层施工时应在高于露点温度3ºC以上进行。
在风沙较大时，没有可靠的防护措施不宜涂刷底漆和缠绕胶带。
管件表面应除锈，达到GB/T8923—1988中规定的Sa2级或St3级。
管件预处理后，涂刷底漆应在6小时内完成，钢管表面必须干燥、无尘。
待底漆表面干后，再缠绕胶带。
胶带缠绕时，胶沾带始端与末端搭接长度应不少于1/4管子周长，且不少于100mm。
不得扭曲、皱折，带端应压贴，使其不翘起。
7试压和吹扫
为缩短路面占用时间，减少对周边居民生活的影响，原则上按照不超过500m一段试压，一般即按2个单元段进行。
1）试压前的准备
对试压段工程进行一次全面性检查，其内容包括主管道、附属管道、各种穿越、回填、防护设施等。
完成管线试压临时设施，其内容包括压力表座、温度表座、排空管、连通管、压缩空气导入管等。
试压所用的压力表必须是经过校验合格的产品，其精度不低于1.5级，表盘直径不小于150mm，最小刻度不大于0.2大气压／格，最大量程为2.0Mpa。
所用温度计其精度不小于1级、标量刻度应为0～100℃。
2）阀门、管道试压和吹扫
阀门安装前，应对阀门的阀体和密封面进行抽检，并逐个对阀门进行水压试验，停压5分钟，阀体、垫片、填料涵及阀门的各密封面均不变形，无损坏，且不渗不漏，压力表读数不下降为合格。
管道系统吹扫，介质为压缩空气。
吹扫压力不得超过设备和管道系统的设计压力。
吹扫应间断进行，并以最大量进行，空气流速不得小于20m／s。
吹扫过程中，应在排出口用白布或涂白色油漆的靶板检查，在5min内，靶板上无铁锈及其它杂物为合格。
管道系统强度试验采用压缩空气试验，试验时，压力应逐级缓慢升压上升，待升压到试验压力的50%时，停止升压进行检查，如无泄漏及异常情况，继续按试验压力的10%逐渐升压，直至强度试验压力。
每级试验压力应稳压3min，达到试验压力后再稳压60min，无泄漏、无变形等为合格。
系统气密性试验的试验介质为压缩空气。
当达到试验压力时，先等待一段时间，使管道内气体的温度与周围环境的温度相等，用涂刷中性发泡剂的方法，巡回检查所有密封点，无泄漏时，开始稳压，24小时后，检验以压降不超出允许值、无泄漏为合格。
管道系统气密性试验合格经业主和监理验收合格后，方能缓慢泄压，并填写试验记录。
7劳动力组织
所需人员参考见表2：
表2劳动力组织
序号
工作项目
作业内容
人数
1
开挖、
回填
路面切割
2
风镐
2
挖掘机司机
1
自卸车司机
3
清渣
2
普工
12
2
管道安装
电焊工
6
管道工
4
铆工
2
钳工
2
起重工
2
普工
5
3
吹扫、
试压
空压机司机
2
调度
1
4
量测
测工
2
5
其他
队长
1
技术负责人
1
专职安全员
1
质检员
1
实验员
1
电工
2
探伤检测
3
防腐工
4
修理工
2
运输车司机
2
吊车司机
1
交通安全管理
4
8机械设备配置
施工机具应根据地质、环境及管道长度配备。
所需机具设备参考见表3：
表3机械设备参考
序号
作业
机械设备名称
型号规格
单位
数量
备注
1
开挖
挖掘机
Wc-60
台
1
开挖
自卸汽车
QD351
台
3
土方
铲车
G50
台
1
土方
载重汽车
JNJ50,8t
台
2
运输
2
焊接安装
汽车吊
QY-8
台
1
管道装卸
龙门吊
5t
台
2
安装
柴油发电机
STC-15
台
1
自备电源
半自动切割机
MZ1-10
台
1
安装
交流电焊机
JL－30
台
3
焊接
直流电焊机
AZ－50B
台
3
焊接
氩弧焊机
WS-315
台
2
CO2气体保护焊机
IGBT/NB-500
台
1
焊条烘箱
台
3
保温筒
台
10
角向磨光机
LT6E
台
8
3
吹扫打压
空压机
9M3
台
1
打压
4
井室土建
砂浆拌合机
UJ200B
台
1
钢筋切断机
GJ40
台
1
木工压刨床
MB206
台
1
木工圆锯机
MJ225
台
1
插入式振捣器
ZG50
台
3
平板振动器
ZB11
台
1
5
回填
电动轻夯机
DL-1
台
2
蛙式打夯机
HW-20
台
2
6
环保
真空泵
ZG-20
台
2
排水
潜污泵
3in
台
4
排水
水罐车
5m3
台
1
洒水
7
检验仪器
激光测距经纬仪
HP4
台
1
水准仪
DSZ3——A32
台
1
手持式超声波测厚仪
TT300
台
1
光谱分析仪
86142A
台
1
塔尺（铝合金）
5000mm
把
1
压力表
YB——150A
个
1
压力表
YB——150
个
1
焊接检验尺
HJC——60
件
2
核子密度仪
MC-3
台
1
游标卡尺
0.1mm
件
1
电火花测试仪
台
1
9质量控制要点
9.1易出现的质量问题
9.1.1原材料质量存在问题：
燃气施工管道主要材料一般由业主供货，施工单位受甲供材料的影响，质量意识不强，容易放松对材料的质量管理。
9.1.2焊缝质量缺陷：
焊缝咬边超标或存在气孔、夹渣、未焊透、根部未熔合等内在缺陷。
9.1.3质量检测不严格：
抽检方法不当，抽检数量不够，检验标准不严格。
没有严格按照有关规定，从不同焊工、不同管线号进行随意抽检；焊道经无损检测发现不合格片，返修或扩探比例的执行不严格，做模拟检查件进行补片，一些高合金钢焊后时间不够进行无损检测。
容易产生延时裂纹不能检查出来，固定口拍片比例不够等。
9.1.4管道防腐不严格：
存在材料质量不合格，配比不按要求，除锈达不到等级，焊缝除绣处理随意性大，作业环境不适宜，劳动强度大，操作人员的技术水平普遍不高，缺乏相应专业知识导致涂装方法不当，厚度不均匀，流挂，气泡，分层脱落等，不能真正有效地起到防腐蚀作用。
9.2保证措施
9.2.1把工程质量从事后检查转向事前控制，达到了“以预防为主”的目的。
9.2.2严格遵守工艺流程，工艺流程是进行施工操作的依据和法规，任何操作人员都应严格执行；控制工序施工的操作人员、材料、施工机械、施工方法和施工环境。
只有将它们有效地控制起来，使它们处于被控状态，才能保证每道工序质量正常、稳定。
9.2.3必须加强质量检验工作，对质量状况进行综合统计与分析，及时掌握质量动态，始终使工序活动效果在掌控之中；设置质量控制点，以便在一定时期内、一定条件下进行强化管理，使工序始终处于良好的受控状态。
9.2.4管子、管件、阀门在使用前应按设计要求核对其规格、材质和型号，并对出厂合格证、材料质量证明书进行确认。
并进行外观检查，外表无裂纹、缩孔、夹渣、折迭、重皮等缺陷，对部分存在缺陷的材料，如管道表面锈蚀严重，存在裂纹、夹层等缺陷，或者管道壁厚不够，椭圆度超标等不得使用。
对于一些特殊合金钢材料没有按规定做相应的无损检测（如表面着色或超声波检查），化学成分的光谱分析的也不得使用。
9.2.5钢管应抽检5%且不少于一根，进行外表面无损检验，不得有超过壁厚负偏差缺陷。
钢制无缝管件不得有裂纹、疤痕、过烧几其它有损强度和外观的缺陷，内表面应光滑，无氧化皮，锻制管件应无影响强度的麻点、结疤、缺肩、重皮等缺陷。
弯头、异径管、三通和管帽等应测量其外径、壁厚、椭圆度等尺寸，其偏差应符合规定。
9.2.6焊接材料有焊条说明书或质量证明书；包装完整，无破损或受潮现象；对于受潮、药皮变色、焊芯有锈迹及已存放一年以上的焊条，应烘干后重新进行质量评定，各项指标符合要求可继续存放或使用；如有一项指标不合格，应以双倍数量复验，仍不合格时，应予以报废。
9.2.7氧乙炔焊和惰性气体保护焊所用的冷拉钢丝，应按规定验收；氧乙炔焊和氧乙炔割应使用一级氧气，其纯度不低于99.2%；电石质量达到国家标准的一、二级标准。
9.2.8焊缝无损检测工作由第三方来执行，监理工程师加强监督检查，特别关注焊道抽检方法和检查结果，要求严格执行焊道返修和扩探有关规定，防止弄虚作假。
9.2.9提高质检工程师的专业水平，加强监督管理。
严格按照有关规定，从不同焊工、不同管线号进行严格抽检。
9.2.10重视防腐工作，配备专业防腐工程师，加强作业人员的培训和质量意识，提高操作人员的技术水平，严把防腐材料的质量关，严格除锈并加强检查力度。
9.2.11尽可能的改善作业环境，减轻劳动强度。
10施工安全
10.1主要安全风险分析
10.1.1质量有缺陷在使用过程中出现燃气泄漏等重大事故：
对质量把关不严，相关人员责任心不强或睁一只眼闭一只眼，放松监督，甚至存在弄虚作假现象或质量缺陷没能及时发现，投入使用后在生产运行过程中，随着管道受到温度，压力和腐蚀，振动等作用，焊道的缺陷将逐步显现，可能出现穿孔，开裂或爆破。
10.1.2道路交通安全事故：
闹事区施工，车流量大，行人多，施工时干扰居民，影响交通，不重视交通安全管理易发生车辆、行人或施工人员的交通安全事故。
10.1.3对无关人员的人身伤害：
在进行无损探伤、压力试验时，安全防护、警戒措施不到位、不重视，容易发生对过往行人或住户的人身伤害事故。
10.1.4对地下和空中的管道、线路等设施的破坏：
市政道路地下和空中的管线、设施极其繁杂，燃气管道由于其发展的时间比其他设施滞后，对其它管线千躲万避，难有存身之地，稍有不慎就会造成安全事故。
10.2保证措施
10.2.1组织员工参加压力管道安装知识培训，加强全员安全教育，提高文明施工意识，提高操作技能。
施工前，工程技术人员要对有关管理人员和作业人员进行详细的书面交底，并要求大家真正理解技术交底中的内容，作好相关施工过程记录。
10.2.2焊接人员必须经过专业培训，取得质量技术监督局颁发的特种设备焊接作业证书，并在上岗前组织现场考核，经过考试合格后方可上岗作业。
不合格者，停岗接受培训，经培训仍不能满足要求则退出现场。
焊工进入现场施工，要跟踪管理，焊接项目必须与考试合格项目一致（质量技术监督局的考试项目），焊接工艺参数必须符合焊接工艺评定要求。
10.2.3加大安全投入，采取适宜的安全防护措施和施工机具；提供适宜的施工作业环境；安全体系确保行之有效，可操作性强。
10.2.4加强交通安全监护，对交通安全疏导人员进行岗前培训，合格后方可上岗；无损探伤工作安排在夜间进行，并在安全距离外进行监护，防止行人进入射线辐射范围；管道打压工作时，加强安全监管工作，严禁无关人员进入施工区域。
10.2.5试验过程中如遇泄漏，不得带压修理，缺陷消除后，应再进行试验。
系统试验合格后，试验介质宜在室外合适地点排放，并注意安全。
10.2.6加强现场安全设施的维护和管理，并指定专人巡查，保持安全设施的完好和有效性。
10.2.7加强现场临时用电管理工作，移动电器、电源线和配电箱（板）等应保持完好、齐全、有效，防止漏电事故。
10.2.8加强前期施工调查工作，对地下、空中设施做到心中有数，防止破坏事故发生。
10.2.9氧气瓶、乙炔瓶要定点分开放置，与明火的安全操作距离不小于10米，并避开高压线。
10.2.10做好车辆安全的管理工作。
严禁无证驾驶、酒后驾驶、疲劳驾驶、违章行车，严禁开病车。
11文明施工
11.1召开全体施工人员会议，将施工时必须控制噪声的要求，下达给每一位作业人员，做到人人心中有降噪意识和观念。
对进场施工机械设备均经严格测试合格后再进行使用。
11.2加强机械设备保养维修，降低废气、噪音的排放。
土方运输车辆严格进行覆盖，防止扬尘。
配备洒水车，进行洒水作业。
11.3严格控制作业时间，晚间施工不得超过22:
00，早晨不得早于6:
00，特殊情况下需连续作业的要采取降噪措施方可施工，作业前主动与当地居民联系，取得谅解和支持。
11.4夜间不得开动钢筋切割机、木工圆锯机，装卸时，不得乱扔，以免发出刺耳响声。
11.5居住地的工人严格遵守作息时间，夜间电视音响的音量要低，不得嘈杂大声喧哗，起哄，违者严厉处罚。
11.6有条件使用动力电源的地方禁止使用发电机组。
11.7对土路面，灰土路面，表面要进行保养浇水湿润，限制通行，或采用覆盖保养法。
11.8对于石灰消解尽可能安排晚间实施，堆放时要选择好合理的地理位置，远离居民居住处，消解时要注意风向。
11.9对于碎石、砂、水泥堆放点，首先要考虑，堆放位置，既要方便使用，但人流量通过不大，材料要及时上堆，对水泥及时清理地上散料，水泥堆要加以覆盖，在进出料路段要专门派人洒水，固定洒水车，进料结束及时清理。
12施工实例
12.1工程简介
中铁一局集团市政环保公司兰州分公司近几年共中标兰州市天然气城市管网改建工程6次，完成次高压、中压、低压各种燃气管道约40km，CNG加气站2座，调压站3座，设计工作压力次高压为0.8MPa，中压为0.4MPa，设计管材材质多为螺旋焊缝钢管和无缝钢管，管径从DN150——DN600。
12.2施工情况
我单位应用本工法，根据现场实际情况，在工期紧，任务重的情况下，合理组织、精心施工，取得了预期目标，本工法也在施工中不断完善和改进，即加快了施工进度，又满足了确保施工质量和施工安全的目标，还保证了道路交通安全和城市文明施工要求，取得了良好的经济效益和社会效益。
12.3工程结果评价
完工后的燃气工程，地面沉降小，气密性检查和强度试验均一次性通过，工程质量经兰州市质量监督管理站验收评定为优良，为以后从事天然气管道工程积累了宝贵的经验。
12.4设效果及施工图片
图3管道铺设
图4质量检测
图5质量检测
图片6管件防腐
图7管沟回填及警示带铺设
图8设备安装
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