ABSTRACT

Aramco’s oil and gas fields are among the largest in the world, forming a vast network of oil and gas pipelines. This paper mainly aims at the difficult excavation of the oil and gas pipeline network. It has been verified and analyzed that the construction method of backfill through is the most practical and feasible.

Keywords:Above-Crossing Construction, Pipe Distance, Pipe Crossing

浅析上穿施工在沙特阿美油气管道项目 上的应用

杨辉，王超，张志超，田坤，张文江

中国天然气管道局工程公司，河北 廊坊

收稿日期：2020年10月13日；录用日期：2020年11月30日；发布日期：2020年12月15日

摘 要

由于沙特阿美的油气田区是世界上最大的油气产区之一，已经形成庞大的油气管道网络。本文主要针对阿美油气管道网路开挖难的问题，经过验证和分析采用上穿回填施工是最切实可行的施工方法。

关键词 :上穿施工，管道间距，管线交叉

Copyright © 2020 by author(s), Yangtze University and Hans Publishers Inc.

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0).

http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

沙特是中国在中东地区推进“一带一路”建设的重要合作伙伴 [1]，在此背景下，中国施工企业在沙特的市场前景将非常广阔。近几年，管道局先后中标了沙特阿美多个项目，其中多数工程属于油气田区的拉斯坦努拉项目、哈拉德项目、沙特重油项目和沙特NGCP北部管道项目等。

沙特NGCP北部管道项目四公司承建线路全长514 km，项目贯穿哈维亚和哈拉德区域，穿越障碍物共2718处：其中穿越在役管道1137条，光缆565条，架空线294条，穿越marl道路421条，其他障碍物301处。沙特阿拉伯的石油储量和产量均居世界首位，沙特地上地下管线和光缆相当密集；沙特阿拉伯境内沉积岩149万平方公里，占全境面积的62% [2]；严苛的阿美制度要求在役阿美设施3 m之外允许使用设备开挖，而3 m之内必须采用人工风镐开挖禁止使用任何大型设备。综上所述，沙特NGCP北部管道项目在役设施的施工难度可想而知。

国内外现阶段针对穿越施工主要以定向钻穿越施工 [3] 为主，所针对的都是地质环境复杂、大管径和穿越长度较长段的施工；综上所述定向钻在沙特施工并不适用，沙特管线和光缆比较密集平均30米左右一处在役障碍物。国内外针对管线密集区域施工多以人工开挖为主，选用上穿施工方法相对较少，因为上穿施工需要保证在役管线的承载能力和新建管线的埋深问题。

2. 施工方法选用

在项目开工初期，项目管理团队就已经意识到制约整个工程进度的主要因素是阿美在役设施的施工，因此前期开展了很多关于在役设施如何高效施工的调研工作。

2.1. 爆破施工 [4]

爆破法施工主要控制爆破冲击波、振动和飞石，避免对在役设施的破坏；总结了很多与爆破相关的参数其中包括：钻孔直径d = ɸ40~100 mm，最小抵抗线w = 1.0~1.2 m，孔距a = 1.0~1.2 m，排距b = w = 1.0~1.2 m，孔深h = 2~10 m，单位耗药量k = 0.3~0.4 kg/m³ (根据岩石类型通过试验确定)，每孔装药量Q = k.w.a.h (前排)或Q = k.a.b.h (后排) [5] 等；但是经过与阿美运营部门协商，发现如果爆破的方式进行在役设施开挖是非常难以推进的一项工作，耗时会相当长(其中包括炸药的审批流程、在役设施的保护措施是否达到允许爆破标准、地质检验文件等等)。经过最终决定最后爆破仅用于削山使用，而未被用于在役设施三米内爆破。

2.2. 三米内人工开挖

三米内人工开挖见图1所示在施工前需要先确定管线中线，然后对在役阿美管线和光缆进行保护，保护按PMT和阿美运营部门要求共计分为三层保护：1) PE膜保护，2) 木板保护，3) 钢罩保护 [6]；按照要求保护后，阿美现场issuer则允许现场进行开挖施工作业。现场在役施工期间，阿美issuer会对现场进行不定期巡视，主要检查：1) 在役管线在施工作业期间是否有损坏，2) 周围是否有大型设备停放或者使用大型设备进入三米内作业，3) 开挖人员的PPE (防震手套、鞋套、护目镜等)是否齐全。见图1和图2所示人工开挖管沟需挖长度为在役管线左右各3米，宽度至少1米，深度至少1.5米，此处石方人工开挖，开挖至管沟成型共计开挖45天时间。

图1. 在役管线保护

图2. 在役管线开挖

2.3. 上穿回填施工

上穿回填穿越施工方法是采用上穿填土的方式进行上穿施工。回填的在役设施包括油、气、SAPD和光缆，要确定间距首先要确定在役管道的承压能力，钢管承压能力和壁厚的计算公式：压力 = (壁厚*2*钢管材质抗拉强度)/(外径*系数) [7]，根据设计要求在役管道和新建管道最小间距是0.6 m；在与阿美相关部门沟通在役管线上穿问题时在役管线和新建管线间距又有新的要求；如果采用上穿的施工方法必须保证在役油管线和在建管线间距，最终经过与PMT和运营部门协商选择试点进行施工。经过试点施工以后最终与PMT和运营部门协商确定上穿施工为多种施工方法中最实际可行的，对在役阿美设施保护最符合要求。

3. 上穿施工流程

3.1. 现场勘察

上穿施工前施工部和技术部共同对现场实际情况进行勘察 [8]，最适合上穿施工区域是两侧高中间低的地势，也就所谓在役管线在凹地中。从施工的角度考虑这种情况回填方量小和上穿易施工；从技术的角度考虑则减少弯管使用量。勘察现场符合上穿施工后，技术部通知测量员进行测量工作，主要测量新建管道的中心线和在役管线确切的交叉位置，确定交叉位置后将使用校准的检测工具(如RD8000 (管道探测器))来定位和确定在役管道埋深，下步将进行开挖试孔以识别现有地下设施的实际深度，到达现有管道顶部时使用塑料铲，以避免在役管道的涂层损坏。经确定均符合上穿要求后出具施工简图允许上穿施工。

3.2. 回填材料选用

用于跨越现有设施的垫料或回填材料应不含岩石和任何可能损坏地下设施保护涂层的材料，现场选用回填材料主要以干净细沙为主(回填上下垫层厚度200 mm)，此回填土在选用之前首先选择取土点采集土样，采集到的土样由质量部将土样送至阿美土质检验部门进行检验，然后出具土质合格检验报告后方可使用。回填完垫层以后则使用原土回填，原土要求回填粒径不能大于75 mm；使用前要先经过筛子过滤，保证回填质量。

3.3. 回填时相关技术要求

回填前首先确定回填管线属于哪个部门，不同部门在役管线和在建管线间距不一致，因此回填高度也不一致；在役管线和在建管线间距如下：

1) 在役地下气管线和新建管线交叉点间距0.6 m；

2) 在役地下油管线和新建管线交叉点间距0.8 m；

3) 在役地下SAPD管线和光缆与新建管线交叉点间距1 m；

4) 在役地下电缆线与新建管线交叉点间距0.3 m；

5) 新建管线过路要求1.2 mm埋深。

每一条在役管线均有一条伴行路，如选择上穿则既要满足管线间距又要保证路的埋深。在回填施工时要求300 mm进行洒水夯实一次，在役管线和在建管线交叉点位置不回填，在役管道和新建管道之间安装砂袋，以确保管道之间所需的间距；为阿美部门检查和阴保机组施工提供方便。见图3为回填后横截面示意图。

3.4. 施工检查和验收

施工检查采用巡检方式进行检查，前期主要检查回填粒径、洒水夯实情况和是否按照技术要求进行回填 [9]；后期检查上穿施工点的长度、宽度和高度是否满足上穿施工交底要求和在役管线间距，各方面均满足要求后则初步认定合格；再次确认是否合格需开挖机组进行开挖后，确定开挖管沟两侧无塌方情况则认定合格。

图3. 典型的横截面示意图

4. 上穿施工方法差异性和不足

表1. 上穿完成情况统计表

见表1所示，全线在役管线和光缆共计1702条，去掉地上油管线179条，剩余总计1523处地下管线和光缆；项目现已施工接近2年时间，正式开始上穿施工是2020年初开始，截止到2020年7月共计上穿回填702条，如果仅用人工和设备开挖7个月时间仅能施工50条左右地下管线或光缆，这还是只考虑土石结合的地质情况，如果纯石方地段施工将会更慢。

4.1. 上穿施工的差异性

1) 施工方法不同，节省施工工期和成本

在工程工期方面，上穿施工是采用垫土代替在役管线开挖施工，采用翻斗车囤土，层层散水夯实，将在役管线原始土表填高，维持与在役管线的最小距离即可保证施工要求，垫土的功效远远高于开挖作业，而且采用上穿施工节省作业带修筑，缩短了石方开挖工期，节约投资，保证工程总体进度。

2) 施工要求不同，减少损坏在役设施风险

上穿施工使用的都是胶轮设备，与以往的施工比较，无需使用开挖设备，这样可不受到阿美要求在役管线3米内不允许设备开挖限制，且采用上穿施工对在役设施影响较小，有效的防止了在役管线开挖对管道防腐层的破坏，在光缆处开挖时也避免挖断光缆情况。

3) 许可制度不同，减少违章操作

上穿施工不需要在沟下进行人工作业，与以往开挖的作业许可相比，不需要申请高风险的阿美受限空间作业许可，采用上穿施工避免因人工或者设备开挖而产生的不必要的违章操作 [10]，取得PMT和阿美运营部门一致认可和好评。

4.2. 上穿施工存在的不足与改进

1) 上穿施工可能影响阴保等后续施工

上穿施工在垫土过程中可能导致对在役管线掩埋的情况，为后续阴极作业带来了很大不便，因此，在上穿回填施工前将在役管线充分暴露，并进行土袋围挡，这样能够有效减少在回填过程中掩埋在役设施的风险。

2) 上穿施工不适用于地上管线的穿越

即使上穿施工有很多优势，但对于地上管线穿越时使用上穿方法就比较困难，上穿回填必然会对在役管线造成一定压力，存在一定的风险，而且地上管线上穿时需要对在役管线掩埋处进行特殊的刷漆处理，增加了一定成本，从而导致地上管线的上穿施工审批困难，因此在地上管线施工时往往避免使用上穿施工或选择有驼峰路有防腐漆违章上穿，从而回避了上穿一定风险。

5. 结束语

沙特阿拉伯作为产油大国，在石油开采到运输形成了非常完整的体系 [11]，有人形容沙特的地下和地上管线就像人身体的血管一样——错综复杂，本次工程采用上穿施工方法为管网区域施工提供了新思路，为今后类似施工坏境提供宝贵的施工经验。

文章引用

杨 辉,王 超,张志超,田 坤,张文江. 浅析上穿施工在沙特阿美油气管道项目上的应用
A Brief Analysis of the Application of Above-Crossing Construction in Saudi Aramco Oil and Gas Pipeline Project[J]. 石油天然气学报, 2020, 42(04): 232-237. https://doi.org/10.12677/JOGT.2020.424137

参考文献