兰郑长输油管道斜井病害整治设计与施工

兰郑长输油管道斜井病害整治设计与施工

罗本全1王向东1潘国耀1王林2潘志远2赵增林2

罗本全1王向东1潘国耀1王林2潘志远2赵增林2

（1.四川省地质工程勘察院，成都，610072；2.中油管道西安输油气分公司，西安，710018）

摘要：通过对兰郑长输油管道155处斜井病害基本特征、成因分析以及方案论证，综合提出斜井病害整治方案：斜井井内采用黄土泥浆灌填稳固管道，采用二八灰土分层夯实回填封堵斜井上、下井口防水止水。通过黄土泥浆配合比现场试验、两处试点斜井及兰郑长输油管道兰州-郑州段134处斜井大面积施工取得的良好效果，有力地验证了斜井病害整治方案的可行性、经济性及安全性。总结斜井病害整治施工中的两大关键工序及黄土泥浆灌浆的四个关键点，并提出存在的主要工程地质问题，为此类斜井病害整治作了有益的探索。

关键词：输油管道；斜井病害；斜井整治；配合比试验；黄土泥浆灌浆；灰土封堵井口

LanZhenglongoilpipeslopediseasecontroldesignandconstruction

(1.Sichuanprovincegeologicalengineeringsurveycourtyard,chengdu,610072;2.Mediumoilpipelinexianloseoilandgasbranch,xian,710018)

Abstract:throughtheLanZhenglongoilpipe155placeslopediseasebasiccharacteristics,causeanalysisandargumentationoftheproject,thecomprehensiveputsforwardslopediseasesrepairingplan:inclinedshaftwellusedinloessmudgroutingfillsolidpipe,using16limesoilcompactioninlayersbackfillpluggingdeviatedwellupperandlowerwellheadwaterproofwaterstop.Throughtheloessmudmixfieldtest,twoplacepilotdeviatedwellandLanZhenglongoilpipelinelanzhou-zhengzhou134placeslopeareaconstructionobtainedgoodeffect,effectivelyverifiedthefeasibilityofinclinedshaftdiseasetreatmentscheme,economyandsafety.Summaryslopediseasecontrolintheconstructionofthetwobigkeyprocessandloessmudgroutingofthefourkeypoints,andputforwardtheexistingmainengineeringgeologicalproblemsofslopeforsuchdiseasesrepairingmadebeneficialexploration.

Keywords:oilpipeline,Slopedisease;Slopeimprovement;Mixproportiontest;Loessmudgrouting;Limesoilpluggingwellhead

1引言

在兰郑长输油管道建设中，采取斜井穿越法进行管道施工[1]。该方法避免了传统的“大开挖”方法对坡面环境与植被破坏大、施工进度缓慢及施工土方量多等问题，而且克服了在坡度较大的黄土边坡和冲沟等黄土地区地貌恢复、水土流失和水工保护的困难[2]。

由于受黄土地区水文地质、工程地质、大气降雨和施工工艺等诸多因素的影响，管道沿线的斜井工程不同程度的出现了病害，可能导致管体发生弯曲或管体局部应力集中发生疲劳受损，甚至可能导致斜井所在边坡失稳，严重威胁到输油管道的安全营运。

2斜井病害基本特征

在兰郑长输油管道兰州-郑州段155处斜井野外踏勘调查资料基础上，结合已施工完毕的136处斜井施工过程跟踪调查资料可总结出兰郑长输油管道斜井病害主要具有以下基本特征：（1）斜井内未填充，井内管周均为空洞。（2）井内管道局部悬空、摆动。（3）斜井上、下井口均未采取有效的防水止水措施。（4）斜井上、下井口地表出现塌陷坑、落水洞。

3斜井病害成因分析

（1）井周黄土特殊性质。黄土遇水易于碎裂、崩解，遭受冲刷，黄土垂直节理发育。

（2）斜井开挖后，所在黄土边坡土体原始应力得到一定程度上的释放，而其内部未进行回填，且亦未进行衬砌支护。

（3）斜井上、下井口均未采取有效的防水止水措施，而且井口周围大多为农耕地，农作翻耕为地表水流入井内创造了径流通道，造成地表水冲刷、淘蚀斜井井壁、底，导致斜井井内管道悬空。

（4）输油管道内输送的原油具有较大压强和重度，原油正向或逆向流动产生的动力易使管底悬空的管道上下左右摆动，可能导致管道发生弯曲或管体局部应力集中发生疲劳受损、断裂灾害。

4斜井病害整治方案论证

通过以上分析可以看出，斜井病害整治的关键原则有三点。其一、整治措施所用材料对管道不能有腐蚀性；其二、对空洞斜井填充密实，防止管道摆动、损伤，甚而断裂，造成漏油污染生态环境；其三、斜井上、下井口封口必须具有防水止水功能。

遵循以上关键原则，综合分析比较确定斜井病害整治方案：斜井井内采用掺加外加剂（腐殖酸钠、水玻璃）的黄土泥浆灌填悬空管道的四周用以稳固管道，斜井上、下井口管道四周均采用二八灰土分层夯实回填，其顶部铺设防水土工布止水，形成“止水塞”结构，表部采用原耕植土复耕。

根据黄土的特性，黄土泥浆是采用试验场地附近的天然黄土、水和适量的外加剂拌和而成的流体。所需的外加剂选用腐植酸钠和水玻璃。腐植酸钠作为降粘、降滤试剂，可增加浆体的流动性；水玻璃作为外加剂时可提高材料的强度，提高浆体硬化速度。黄土泥浆呈流塑-软塑态，不会对管道造成损害。黄土泥浆凝固后具有较好的强度，管道将处于均质柔性环境中，近似于原黄土，可有效达到稳固管道防止其摆动的目的。

图2黄土泥浆配合比试验流动性及固化情况

试点斜井施工完两个月后挖开试点斜井下井口检查，发现斜井内部黄土泥浆充填密实，与四周的斜井井壁及管道均接合良好，未发现有收缩缝存在，泥浆略具弹性，呈硬塑状。可以推测，随着时间的增长，管道周围的黄土泥浆强度会逐渐增大，管道的稳定性得到了极大的保证。

综上可知，采用黄土泥浆灌填病害斜井稳固管道，采用二八灰土分层夯实回填封堵斜井上、下井口防水止水的斜井病害整治方案可行，既经济又安全，为黄土地区类似斜井的病害整治进行了有益的探索。

5斜井病害整治的工程实践

（1）斜井病害整治施工一般工序：做好病害斜井上、下井口周边临时排水的前提下以台阶形式打开斜井上、下井口，采用井下电视或其它可视系统探查斜井内部垮塌黄土堵塞情况；如存在堵塞情况，进行水力通井工作。如水力通井无法贯通斜井，则采取在斜井中部开挖竖井或斜井或水平井等对病害斜井分段进行水力通井；确保斜井畅通后，采用二八灰土分层夯实回填对斜井下井口封口。按设计建议配合比拌制黄土泥浆，从下往上分段灌注黄土泥浆；灌注过程中密切观察并记录黄土泥浆在井内的流动情况及摊铺过程，并据此及时调整黄土泥浆配合比，满足灌注充实的要求。灌填完毕后采用二八灰土分层夯实回填对斜井上井口、竖井或斜井或水平井井口封口，铺设防渗土工布，并做好地表地貌恢复工作。

图3斜井病害整治的典型剖面

（2）施工质量控制两大关键工序

关键工序一：斜井上、下井口开挖深度以低于管道底0.5m，开挖宽度不小于3m为原则，确保井口采用二八灰土分层夯填形成的“止水塞”能完全封堵斜井井口，有效拦截地表水及顺管沟的潜流。

关键工序二：浆液的配比应参考设计配比，但应根据各斜井现场浆液配比试验进行合理调整设计配比。黄土泥浆原则应保证泥浆呈流态，能顺利往下输送，使其与井壁及管道紧密结合为目的。

图4灌浆时及固结后黄土泥浆与井周接触情况

6黄土泥浆灌浆的四个关键点

关键点一：拌制质量。

黄土过筛筛孔大小，水玻璃、腐殖酸钠质量，拌制顺序，拌制均匀度等均影响黄土泥浆拌制质量。

关键点二：浆液配比。

浆液稀稠度应考虑斜井的长度、坡度、施工季节气候及拌料的技术参数等，以确保拌制浆液既能顺利流入斜井井底，又不至于浆液过稀对斜井下井口井底压力过大而导致漏浆或冲底现象发生。

关键点三：一次灌浆量。

灌浆后对斜井下井口压力较大，故应控制一次灌浆量。原则上一次灌浆长度不超过10m，坡度较大时不超过5m。

关键点四：间歇时间。

现场黄土泥浆试验表明，黄土泥浆初凝时间30h以上，故采取灌浆间歇36h后再进行下一次灌浆为宜，既保证前一次灌注的黄土泥浆具有一定的强度，又不耽误施工工期。

7存在的主要工程技术问题

（1）黄土泥浆外加剂（如掺入石灰、水泥等）是日后的一个研究方向。

（2）调查及施工过程中均发现部分斜井存在穿越废弃窑洞未做任何工程防护处理的情况，此类隐蔽病害的工程治理也需进一步的探讨研究。

（3）部分斜井下井口位于冲沟内，为保护输油管道安全而不得在管道周围动用机械，井口淤泥土的开挖、支护及降排水成了工程难题。

8结论

（1）通过对斜井病害基本特征、成因的分析以及对斜井病害整治方案进行论证，综合提出斜井病害整治方案：斜井井内采用黄土泥浆灌填稳固管道，采用二八灰土分层夯实回填封堵斜井上、下井口防水止水，

（2）总结出斜井病害整治施工中的两大关键工序及黄土泥浆灌浆的四个关键点，并提出斜井病害整治存在的主要工程地质问题，为此类斜井病害整治作了有益的探索。

参考文献

[1]孙毅力,王芝银等.穿越黄土陡坡管道斜井支护方式[J].油气储运.2009.28(4)：67～70．

[2]王芝银,袁鸿鹄等.管道穿越土质边坡斜竖井设计参数的确定方法[J].中国石油大学学报(自然科学版).2010，1(4)：105～108．