灞河穿越定向钻施工方案.docx
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灞河穿越定向钻施工方案
西安-商州输气管道工程
FS035~FS036桩灞河穿越
施工组织设计
0
2010-06-28
初步使用
庞周荣
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批准人
施工组织设计
第一章工程概况
1.1概述
西安-商州输气管道工程是陕西省天然气管道建设工程的重要部分,该输气管道起于靖西管道西安末站,沿绕城高速北与西渭输气管道平行敷设,管线全长130km。
灞河穿越工程为0035~0036号桩,施工场地位于西安市东北效北三环秦灞桥北侧约300m,管线拟采用定向钻方式穿越。
穿越段水平长691m,管道实长694m,管径为φ610×12.7,管道设计压力4.0MPa。
穿越段管道最低点设计标高为352m,穿越深度为24m,穿越管道在河床最低点的管底覆土厚度约14.8m。
本次穿越设计管道规格为φ610×12.7,L415直缝双面埋弧焊接钢管,3PE加强级防腐。
定向钻穿越入土点位于西岸,此处地势平坦,交通便利,适于作为定向钻施工场地;出土点定在东岸,此处地势平坦,组装场地开阔,有利于管道焊接安装、回拖。
钻机入土角为10°,出土角为7.5°,定向钻穿越轴线为三段直管段和两段曲线组成,曲线段曲率半径为1500D。
穿越管道主要通过粉质粘土层,但在入土和出土部位,曲线要经过砾砂、圆砾、中砂、细砂等复杂地层,特别是在入土侧0~10m深处经过10m左右的卵、砾石地层,出土侧4~18.37m深处经过14.37m左右的卵、砾石地层。
穿越管道经过的地层复杂,厚度分布不均匀,岩性变化较大;细砂、中砂、砾砂、圆砾及卵石层的赋水条件、地层渗水条件较好,施工过程中易造成塌孔、卡钻现象,均为定向钻穿越的不利地层,卵石地层更是被称作定向钻穿越的禁区。
粉质粘土层虽然适宜定向钻穿越,但该层分布不太稳定,且夹有中砂层,因此,本工程施工难度极大。
重点解决以下几个方面:
首先必须选择合理的穿越层位,以及针对复杂地层的应对措施;其次,在施工过程中采取合理的泥浆配比,防止塌孔、卡钻;最后,合理组织施工,及时进行扩孔、管道回拖。
1.2地形、地貌、地质
穿越点灞河河面宽度约250m,勘察期间,河流平均最大流量为33.295m3/S,年平均含沙量为3.01kg/m3,年平均输沙率52.45kg/s,最大冲刷深度为5.0m。
经本次勘查揭示,穿越段覆盖层河床部分地层主要为第四系全新统松散堆集的人工填土、细砂、中砂、砾砂、粉质粘土和圆砾。
依据土体形成的地质时代、成因、底层岩性、物理力学性质的不同划分工程地质层。
勘测深度内共划分为4个工程地质层,各层特征综述如下:
1)人工填土(Q4ml):
褐黄色,以粘性土为主,含少量碎石、水泥块等。
厚度3m,分布于河堤两岸。
2)细砂(Q42d+pl):
黄褐色,稍湿,松散,砂质不纯,混有少量粘性土,级配不良,夹少量圆砾,以石英、长石、云母等为主。
该层层厚2.80m。
3)中砂(Q42d+pl):
黄褐色,饱和,稍密~中密,砂质较纯,局部夹少量泥质,级配一般,可见零星砾石,成分以石英、长石、云母等为主。
该层层厚4.40m。
4)砾砂(Q42d+pl):
黄褐色,饱和,中密。
砂质较纯,局部夹少量泥质,级配一般,可见零星砾石,成分以石英、长石、云母等为主。
该层层厚4.40m。
5)砾砂(Q41d+pl):
黄褐色,松散~稍密,稍湿,砂质较纯净,级配一般,磨圆较好,层次棱角状,局部夹零星卵石,一般粒径2~4cm,成分以石英、长石、云母等为主,局部泥质充填。
该层层厚2.30m。
6)圆砾(Q41d+pl):
褐黄、杂色,密实、稍湿,级配良好,磨圆较好。
颗粒呈亚圆状,一般粒径0.5~5cm,含少量砾砂及卵石,砂质填充,局部含泥质。
该层层厚9.0m。
7)砾砂(Q41d+pl):
黄褐色,密实,饱和,砂质不纯,级配较好,磨圆较好。
含少量圆砾及卵石,最大粒径6cm,成分以石英、长石为主。
8)粉质粘土(Q41d+pl):
黄褐-青灰色,可塑,土质均一,可见黑色铁锰质斑点其中16.2~16.4m和18.9~19.2m为薄层细砂,该层层厚2.3~9.2m。
9)细砂(Q42d+pl):
青灰色,饱和、密实,砂质不纯,混有少量粘性土,级配较好,局部夹少量中砂及粗砂颗粒。
该层层厚3.0m。
1.3场地稳定性评价
1.3.1区域稳定性评价
如前所述,勘察区属汾渭断陷盆地之渭河断陷盆地的中断南部即西安凹陷的东南隅。
西安凹陷位于临潼~长安断裂以西,哑柏断裂以东,渭河断裂以南,秦岭山前断裂以北的广阔的渭河阶地区。
由于拟建管道穿越处跨越河床、一级阶地等不同地貌单元,揭露地层岩性主要为人工填土、细砂、中砂、砾砂、粉质粘土河圆砾,其分布厚度和特性变化较大,因此工程地质条件相对较复杂。
但从本次勘察穿越场地总体来看,场地内构造断裂及其活动不甚发育,无全新活动断裂通过,工程地质条件相对较好,场地处于相对稳定的区域,区域场地稳定性较好。
1.3.2岸坡稳定性分析评价
穿越处河流两岸岸坡现为人工修建河堤岸坡,其内侧为人工浆砌片石护堤,稳定性较好;外侧为人工填筑沙土,人工种植花草绿化坡脚,出露岩性为砂砾石及粉质粘土,西岸内侧与河顶面高差约4.5m,右岸内侧与河堤顶面高差约5.0m,自然条件下,两侧河堤外边坡稳定性较好。
据野外调查,该段穿越段河床自然条件人为改变较大,上游多处地方设置有橡皮坝,河水流速较慢,河水对岸边冲刷侵蚀较小,故岸坡稳定性较好。
1.3.3河床稳定性评价
据野外调查,该穿越处场地两侧为人工修筑河堤,内侧为人工浆砌片式结构,现阶段河床发生变迁、游荡的可能性不大。
河床内自然条件较好,无开采砂石等情况,河道内河水流速相对较缓,且上游多处设置有橡皮坡,对洪水的调节作用较好,因此,穿越段河床总体稳定性较好。
1.3.4场地穿越适宜性评价及施工注意问题建议
根据勘探钻孔揭露的地层岩性,按《油气田及管道岩土工程勘查规范》(SY/T0053-2004)表4.6.25对穿越处揭露的岩土层进行土石工程分级如下:
人工填土、细砂、中砂、砾砂、土石等级为Ⅰ级;粉质粘土土石等级为Ⅱ级,圆砾土石等级为Ⅲ级。
拟穿越地交通较为便利,但穿越河流的西岸勘察期间正进行住宅小区建设及北三环污水处理站排污管道施工建设,场地空间十分受限,施工环境相对较复杂,建议调整该处管线出土或入土点位置。
1.4社会依托
拟穿越场地交通较为便利,但穿越河流西岸正在进行住宅小区建设及北三环污水处理站排污施工建设,场地空间十分受限,施工环境相对较复杂,施工难度较大。
最好作为钻机场地。
1.5施工工期
计划施工工期40天,从设备进入现场开始计算时间。
1.6工程量
序号
项目
单位
数量
备注
一
φ610×12.7直缝双面埋弧焊钢管组焊
m
691
由甲方完成
二
三层PE加强级防腐
㎡
691
由甲方完成
三
定向钻穿越
m
694
实际曲线长度
四
入土侧下φ1016套管
m
60
扩孔前完成
五
出土侧下φ1016套管
m
138
导向前完成
1.6.1场地平整:
钻机场地:
钻机场地使用推土机或人工平整后压实后即可以作为钻机场地(50m×40m),场地四周挖0.8m宽0.8m深的排水沟。
出土侧施工及焊接场地:
焊接作业带可利用部分线路段的施工作业带宽度,自出土点前30m开始,长度为穿越长度+50m,即为798.83m,组装场地前30米用于管线连头,占地宽度为20m,在出土点的一侧挖排浆池(20m×15m×1.5m)。
出土点场地占地40m×40m,平整压实后,用于放置钻杆和出土点设备。
管线从出土点后30m后开始焊接。
1.6.2挖排浆池2个(穿越两岸各1个),作为废浆回收地,防止废浆流散污染环境。
排浆池的尺寸为:
20m×30m×1.5m。
1.6.3挖地锚坑2个,出入土两侧各一个:
长5.0m、宽3.0m、深1.8m,穿越时地锚前放置12m长,深度1.8m,厚度0.5m的钢挡板,挡板前紧贴挡板均匀打8个8m长,壁厚为δ10的φ219管桩;穿越光缆套管时地锚前紧贴地锚打4个φ219管桩,并与地锚连接。
1.6.4钻机场地油料区用彩条布隔离,宽4米,长6米,高1米。
1.6.5钻机场地搭泥浆料棚,10m长,5m宽,2m高。
1.6.6钻机场地四周围拦制作安装,宽30米,长40米。
1.6.7入土侧下Φ1016的套管60米。
1.6.8钻导向孔:
1条,长度为694m。
1.6.9导向孔完成后,钻机移场至设计入土点。
1.6.10出土侧下Φ1016的套管138米。
1.6.11定向钻施工管线安装:
Φ610×12.7,长度694m。
(由甲方完成)
1.6.12管线检验、探伤及定向钻穿越段管线试压、清管。
(由甲方完成)。
1.6.13管线补口、补伤数量按照图纸。
(由甲方完成)。
1.6.14管道焊接场地挖发送沟,自穿越管段出土点至穿越管段管尾,发送沟长度为694+25=719m
1.6.15预扩孔:
14"、20"、26"、32"、36"扩孔各1次,长度分别为694m。
1.6.16清孔、回拖管道:
用32"扩孔器+回拖管道。
1.6.17完工后清理施工场地,恢复地貌,施工剩余废泥浆1321m3(剩余泥浆量的计算详见3.3.3.6)用车拉运到当地垃圾填埋场。
1.7钻机的选用
1.7.1钻机回拖力的计算
灞河穿越工程主管管径为Φ610×10mm,穿越长度为694m。
结合地质勘探报告显示的地层分布情况,管道在回拖过程中,主要受轴向拉力和弯曲应力,因为管道大部分在水平段上,只有两端处于弯曲状态(合计长度约239米)。
弯曲半径为1500D,完全满足管道的自然弹幅半径,因此弯曲应力很小,可以忽略不计。
因此,我们主要考虑管道在孔洞内的拉力,由管道自重在孔内产生摩擦力F自和管道在孔中的综合粘滞摩擦阻力F摩组成。
已知:
Dn=610mmσ=10mmL=694m
则管道回拖最大拉力:
Fmax=F自+F摩
F自——为管道自重在孔内产生摩擦力。
F自=f.PO.L
式中:
f为管道与孔壁之间的摩擦系数(0.1-0.6)。
穿越主力层为粘土,成孔较好,施工中,回拖时泥浆中加入润滑剂等添加剂,摩擦系数会很小,根据经验取f=0.2
PO=π(D2-d2)/4×γ。
其中γ为管材密度,D管道外径,D=0.61m,d为管道内径d=0.61-0.02δ=0.61-2*0.01=0.59(m),
则:
PO=0.098吨/m
计算得出:
F自=0.148*0.2*694=20.55(吨)
F摩——为管道在孔中的综合粘滞摩擦阻力
F摩=πDτψL
式中:
ψ为固相含量系数(10-40),回拖前我们进行一次清孔,加入高分子聚合物,提高泥浆的携带能力,做到孔中干净。
取ψ=15
τ为泥浆的切应力(15-30Pa),我们回拖过程中,在泥浆加入泥浆流变剂,改善泥浆流动性,降低切应力,取τ=19.5Pa
计算得出:
F摩=πDτψL=3.14×0.61×19.5×15×694×10-4=38.93(吨)
该工程最大拉力Fmax=20.55+39=59.55(吨),根据计算的拉力,我公司决定采用GD-600L水平定向钻机完成灞河穿越工程的穿越任务。
GD-600L水平定向钻机最大推拉力为139t,是理论拉力的2.3倍,完全能够满足灞河定向钻穿越的施工要求。
钻机最大扭矩为26957Nm,采用Φ102API标准钻杆,地磁有线控向系统,具体施工能力如下:
管道规格
φ24″以上
φ24″以下
穿越长度m
800
1000
埋深
可根据用户要求及地质情况进行设计
第二章编制依据
2.1甲方提供的资料
1.1甲方提供的《灞河穿越工程岩土工程勘察报告》。
1.2甲方提供的灞河穿越平面图及纵断面图。
2.2施工现场踏勘资料
2.1灞河穿越工程现场踏勘情况汇报;
2.2灞河穿越工程现场踏勘录像与照片;
2.3灞河穿越工程现场人文、自然、社会情况调查报告;
2.3管道施工严格按照国家相关规范和标准、中国石油天然气股份有限公司企业标准和规范执行,优先执行企业标准,对企业标准未做规定的部分,执行国家和行业标准。
1)《管道焊接工艺规程》SY/T4071-93
2)《钢质管道焊接及验收》SY/T4103-2006
3)《石油天然气金属管道焊接工艺评定》SY/T0452-2002
4)《油田长输管道工程施工及验收规范》GB50369-2006
5)《长距离输油管道测量规范》SY/T0055-2003
6)《管道干线标记设置技术规定》SY/T6064-1991
7)《油、气输送管道穿越工程设计规范》GB50423-2007
8)《油、气输送管道通用钢管通用技术条件》Q/SJGJX101-2009
9)《油、气输送管道内覆盖层推荐作法》Q/SYJS0034-2003
10)《中华人民共和国安全生产法》主席令第70号(2002);
11)《建设工程安全生产管理条例》国务院第393号(2004)
12)《中华人民共和国节约能源法》主席令第90号(1997);
13)《中华人民共和国环境保护法》主席令第22号(1989);
14)《中华人民共和国水土保持法》主席令第49号(1991);
15)《中华人民共和国防洪法》(1997年);
16)《中华人民共和国野生动物保护法》(1988年11月8日);
17)《中华人民共和国土地管理法》(1998年8月29日);
18)《中华人民共和国消防法》(1998年5月1日实施);
19)《建设项目(工程)劳动安全卫生监察规定》劳动部令第3号(1996);
20)《建设项目环境保护管理条例》国务院令第253号(1998);
21)《建设工程安全生产条例》国务院令393号(2003);
22)《地表水环境质量标准》,GB3838-2002
23)《城市区域环境噪声标准》GB3O96-93
24)《建筑施工场界噪声限值》GB12523-90
25)《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996
2.4类似工程业绩
序号
工程(项目)名称
专业类别
质量评定
备注
1
安徽芜湖地方燃气工程
φ711mm×820m
φ711mm×930m
优良
2
西气东输南京滁河穿越
φ1016mm×940m
φ1016mm×850m
优良
3
北京六环天燃气管道(流沙)
φ1016mm×840m
优良
4
湖南长沙地方燃气湘江穿越
φ711mm×1680m
优良
5
福建乌龙江通讯管道(流沙)
φ273mm×1600m
优良
6
湖北地方燃气鄂州长江穿越(卵、砾石)
φ350mm×1500m
优良
7
湖南地方燃气汩罗江穿越(岩石)
φ711mm×1800m
优良
8
武汉天兴洲长江穿越(岩石)
φ711mm×1824m
优良
9
辽河油田太子河原油管道穿越
φ355mm×1300m
优良
10
惠安堡-银川原油管道工程黄河定向钻穿越工程
φ406mm×1975m
优良
11
江都如东天然气管道项目一期工程
φ1016mm×1350m
优良
第三章项目经理部组成及不可替换的人员
3.1项目经理部组成
为保证施工顺利进行,专门成立以王宝明同志为项目经理的“西安荣盛灞河穿越项目经理部”,将项目部设在工地现场,便于与甲方联系沟通。
针对本工程特点,精心挑选施工经验丰富、具有专业特长的技术业务骨干,组建精干的项目经理部,各部门领导全部由相关科室的主要负责人担任,按照“高标准、高质量、高效益、高速度”的总方针,对工程进行统筹管理,确保实现本工程“四高”的目标。
西安荣盛灞河穿越项目经理部组织机构图
3.1.1为提高工作效率,保证工程管理的及时、准确、有力,项目部管理人员进行了有效的分工,明确了每个人的管理职责。
3.1.2项目部人员配置:
针对该项目,我公司抽调业务能力强,有丰富施工和管理经验的骨干,组建本项目部。
项目部组成人员配备表:
序号
人员
人数
序号
人员
人数
1
项目经理
1
6
财务管理
2
2
项目副经理
2
7
经营管理
1
3
项目总工程师
1
8
材料管理
1
4
质量管理
1
9
综合管理
1
5
安全管理
1
10
队长
3
合计:
14人
3.1.3穿越项目部主要管理人员名单:
序号
职务或专业
姓名
职称
备注
1
项目经理
王宝明
工程师
2
项目副经理
王忠义
工程师
3
项目副经理
张朝伟
工程师
4
项目总工程师
庞周荣
工程师
5
施工队长
张雷
高级技师
兼控向
6
施工副队长
任宝胜
技术员
兼司钻
7
文控室负责人
邱维维
助理会计师
8
财务负责人
庞周利
会计师
9
质量负责人
韩会军
技术员
10
设备负责人
李勇
高级技师
11
经营负责人
陈爱国
经济师
12
采办负责人
张正华
技术员
13
QHSE负责人
王飞
工程师
3.1.4项目施工层设置1个机组:
定向钻穿越机组。
穿越施工机组负责穿越施工中的所有生产工作;
3.1.5项目部主要岗位职责
3.1.5.1项目经理职责
A、项目经理是本项目的组织者和领导者,是本工程的QHSE第一责任人。
同时对本项目的经营效果负责。
B、严格执行党和国家的法律、法规及有关政策。
C、全面协调各部门、各单位的工作关系,及时解决工程中的重大问题。
D、结合本工程的实际对职工进行质量、安全教育,防止各种事故的发生。
E、组织制定本项目的质量奖惩制度,鼓励质量成绩突出的人员,惩罚造成质量事故的责任者,审批质量奖惩报告。
F、负责施工计划的审定和执行,确保项目按计划安全正点运行。
G、负责工程成本的控制,厉行节约,遏止浪费,努力降低工程成本。
3.1.5.2项目副经理职责
A、负责本项目部的日常管理和现场调度。
B、负责分工范围内的生产组织、职工教育、绩效考核和后勤管理。
C、完成项目经理交办的其它工作。
3.1.5.3项目总工程师职责
A、执行项目经理的决策和部署,对本项目的技术、质量负总责。
B、及时组织编写施工组织设计、技术措施和作业指导书。
C、严格督促施工层按设计图纸、技术标准/规范、工艺规程/作业指导书进行施工。
D、组织质量工作会议,及时发现、分析和解决各种质量问题。
E、组织编写和整理竣工资料。
3.1.6项目部主要部门职责及人员组成
序号
部门
主要职责
人员组成
1
行政文控部
对外联络、后勤保障、文件资料管理、项目部日常工作的管理
对外联络1人
文件收集1人
2
对外协调部
协助办理与监理、管线所经过地方政府及部门的关系、相关职能关系;办理施工临时用地手续,占地赔偿和各种其他相关手续等事宜
工农关系员1人
3
工程部
线路测量、施工技术、技术资料编制、过程控制、各种工程文件的管理,及时准确传递工程信息;
日常生产安排、协调及用车调度;施工统计报表数据资料的收集、统计工作;各专业各施工作业机组之间的协调、施工总体布置及管理。
负责进度控制,编制施工机具、设备的维修保养计划,并负责实施;设备事故的调查分析和鉴定工作。
生产管理1人
计划统计1人
工程师2人
4
计划经营部
工程成本的控制,工程总费用的监督控制,合同条款的执行监督;办理工程款的回收和工程结算。
编制工程预算、结算;流动资金筹措,工程开支的监控,落实财务制度。
各种合同的起草和管理工作;向甲方和监理提供合同中规定的证明文件。
主材、辅材、油料、劳保等领取和采办
财务、劳资1人
合同、预算1人
材料员2人
5
Q/HSE部
负责质量管理方案的制定、检查、实施;安全、环保、健康管理,紧急事故的准备和事实
质量负责人1人专职HSE监督员1人
项目经理资格证
技术负责人职称
不可替换的项目经理及工程技术、质量、安全员
序号
姓名
性别
年龄
职称
在本工
程任职
本人参加过的主要工程及相应职务
工程名称
开、竣工日期
工程造价
任职务
1
王宝明
男
51
工程师
项目经理
滁河穿越
湘江穿越
长江穿越
天兴洲穿越
太子河穿越
黄河穿越
如东穿越
2007.5~6
2007.7~8
2008.8~9
2009.6~10
2009.11~12
2010.3~4
2010.4~5
1253万元
588万元
375万元
1368万元
260万元
1066万元
432万元
项目经理
2
庞周荣
男
52
工程师
技术负责人
滁河穿越
湘江穿越
长江穿越
天兴洲穿越
太子河穿越
黄河穿越
如东穿越
2007.5~6
2007.7~8
2008.8~9
2009.6~10
2009.11~12
2010.3~4
2010.4~5
1253万元
588万元
375万元
1368万元
260万元
1066万元
432万元
技术总工
3
王飞
男
31
助工
专职安全员
湘江穿越
长江穿越
黄河穿越
如东穿越
2007.7~8
2008.8~9
2010.3~4
2010.4~5
588万元
375万元
1066万元
432万元
安全部长
4
韩会军
男
27
技术员
专职质量员
湘江穿越
长江穿越
黄河穿越
如东穿越
2007.7~8
2008.8~9
2010.3~4
2010.4~5
588万元
375万元
1066万元
432万元
质量部长
5
邱维维
女
26
技术员
资料员
长江穿越
天兴洲穿越
太子河穿越
黄河穿越
如东穿越
2008.8~9
2009.6~10
2009.11~12
2010.3~4
2010.4~5
375万元
1368万元
260万元
1066万元
432万元
资料管理
6
张雷
男
27
技术员
控向员
长江穿越
天兴洲穿越
太子河穿越
黄河穿越
如东穿越
2008.8~9
2009.6~10
2009.11~12
2010.3~4
2010.4~5
375万元
1368万元
260万元
1066万元
432万元
控向员
7
任宝胜
男
41
技术员
司钻员
湘江穿越
长江穿越
天兴洲穿越
太子河穿越
黄河穿越
如东穿越
2007.7~8
2008.8~9
2009.6~10
2009.11~12
2010.3~4
2010.4~5
588万元
375万元
1368万元
260万元
1066万元
432万元
司钻员
第四章施工部署
4.1施工总体方案
为保证施工顺利进行,专门成立以王宝明同志
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- 关 键 词:
- 穿越 定向 施工 方案