天然气长输管道山地陡坡段施工技术研究

一、引言

天然气作为一种清洁、高效的能源，在我国能源结构中所占比重日益增加。天然气长输管道工程是实现天然气资源跨区域调配的关键基础设施，在我国能源战略中占据着举足轻重的地位。然而，随着天然气管道建设向中西部山区等地形复杂区域的不断推进，山地陡坡段施工面临着诸多挑战。以辽河油田建设公司参与的江津 - 南川项目为例，该工程途经重庆太公山高陡坡段，局部山体倾斜角度达 80^∘ °， 30^∘ 以上陡坡占比高达 39% 。如此复杂的地形条件，使得传统施工方法在施工效率、施工安全和环境保护等方面均暴露出明显的瓶颈。因此，结合工程实践与技术创新，系统研究山地陡坡段天然气长输管道工程施工技术，对于保障天然气长输管道工程的顺利建设、提高工程质量和降低工程风险具有重要的现实意义。

二、山地陡坡段施工技术难点

2.1 地形与地质条件复杂

山地陡坡段地形呈现出起伏剧烈、坡度陡峭的显著特征。例如，西气东输三线闽粤支干线项目，其 93% 的线路处于山区段，平均落差达到200 米，最大坡度超过 40^∘ °。在这种地形条件下，施工机械的操作空间受到极大限制，施工人员的作业难度和安全风险大幅增加。

同时，山地陡坡段的地质结构通常较为松散，极易发生滑坡、泥石流等地质灾害。如国家管网集团川气东送管道就曾因山体滑坡导致管道断裂，给工程造成了严重的经济损失和安全隐患。此外，湿陷性黄土、岩石破碎带等特殊地质条件的存在，进一步加剧了施工的复杂性和难度，对基础处理、管道敷设等施工环节提出了更高的技术要求。

2.2 设备与材料运输困难

山地陡坡段狭窄且崎岖的作业带，使得大型机械设备难以直接进入施工现场。在江津 - 南川项目中，为解决管材运输问题，采用了“之”字路修筑与挖机接力运输管材的方式。然而，这种方式不仅效率较低，而且增加了施工成本和安全风险。对于陡坡段的布管工作，常规的运输方式已无法满足需求，必须依赖悬索、轻轨等特殊技术。以豆丁网案例中所提及的悬索施工法为例，该方法采用卷扬机作为动力系统运输管材，但在实际操作过程中，需要精确计算悬索的承重能力、安装角度以及管材的固定方式等，任何一个环节出现问题都可能导致管材坠落等安全事故。

2.3 焊接与质量控制挑战

山地环境下的气候条件复杂多变，湿度、风速等因素对焊接质量有着显著影响。在川二西项目中，虽然采用山地柔性内焊机将焊接时长从5 小时缩短至 45 分钟，一次合格率提升至 96% ，但热煨弯管与直管的全自动焊接仍然存在技术瓶颈。热煨弯管与直管的几何形状差异以及材料性能变化，使得焊接过程中容易出现应力集中、焊缝缺陷等问题，目前通常需要预制袖管过渡来解决这一问题，但这无疑增加了施工工序和成本。山地陡坡段进行焊接质量检测也面临诸多困难。传统的检测方法如PAUT（相控阵超声检测）与DR（数字射线检测）双检，不仅检测周期长，而且在复杂地形条件下操作不便，难以满足工程进度和质量控制的要求。

2.4 环保与生态保护要求高

天然气长输管道工程在山地陡坡段施工过程中，必须将对植被的破坏程度降至最低。江津 - 南川项目通过严格控制作业带宽度，采用生态恢复技术，尽量减少对周边生态环境的影响。然而，山地陡坡段本身生态环境脆弱，一旦植被遭到破坏，极易引发水土流失等问题。施工过程中还需防范地质灾害对环境造成的二次破坏。例如，在保山作业区设置集油池与拦油点，目的是降低施工过程中可能出现的溢油风险，避免对周边土壤和水体造成污染。但在实际施工中，如何确保这些环保设施的有效性和稳定性，仍然是需要解决的重要问题。

三、关键施工技术与创新

3.1 临时施工便道与管沟开挖

在便道设计方面，采用“之”字形便道与低缓坡度的设计理念，能够有效降低施工便道的坡度，提高施工机械和运输车辆的通行安全性。以闽粤支干线项目为例，该项目每隔 30 米修建焊接平台，这种设计不仅为焊接作业提供了稳定的操作空间，还显著提升了施工效率，使整体工效提高近一倍。对于管沟开挖，在陡坡段优先采用人工开挖的方式，同时结合爆破与支护技术。泰达南港项目采用的“一钻三扩”工艺具有创新性，该工艺通过多级扩孔成型，有效解决了软土坍塌问题，确保了管沟开挖的质量和安全。在爆破作业过程中，严格控制爆破参数，采用预裂爆破、光面爆破等技术，减少对周边岩体的扰动；在支护方面，根据地质条件选择合适的支护方式，如锚杆支护、挡土墙支护等，保障管沟边坡的稳定性。

3.2 布管与运输技术

针对不同坡度的山地陡坡段，采用不同的布管与运输技术。当坡度大于 30^∘ 时，采用悬索系统进行管材与设备的运输。悬索系统的设计需要综合考虑索道的跨度、承重能力、牵引动力等因素，确保运输过程的安全可靠。当坡度小于 30^∘ °时，采用轻轨牵引的方式，轻轨的铺设能够为管材运输提供稳定的轨道，相比传统运输方式，大大提升了运输效率。

3.3 焊接与质量控制

在焊接技术方面，全自动焊接技术的应用是山地陡坡段天然气长输管道焊接施工的重要创新。川二西项目应用山地柔性内焊机，采用 0 间隙组对与窄坡口工艺，不仅使焊丝用量减少 62.5% ，还使焊接效率提升80% 。该技术通过精确控制焊接参数，提高了焊接质量的稳定性，减少了人为因素对焊接质量的影响。在质量检测方面，采用 AUT（全自动超声检测）替代传统的 PAUT 与 DR 双检具有显著优势。AUT 检测能够在1 天内生成检测结果，大大缩短了检测周期，满足了工程进度的要求。同时，AUT 检测具有更高的检测精度和可靠性，能够更准确地检测出焊缝内部的缺陷，为管道焊接质量提供了有力保障。

3.4 地质灾害防治与稳定性分析

基于邓肯 - 张模型进行数值模拟，能够深入分析斜井穿越边坡的受力变形情况，从而优化支护设计。在 E3S 会议论文中，通过有限元模拟评估管道在高陡坡段的力学行为，为工程实践提供了科学的理论依据。数值模拟技术可以模拟不同工况下管道和边坡的受力状态，预测可能出现的地质灾害风险，指导施工过程中采取合理的防范措施。动态监测技术在地质灾害防治中发挥着重要作用。在保山作业区安装的应力应变监测系统，能够实时监测边坡的应力变化情况，及时预警滑坡风险。一旦监测到异常数据，系统能够迅速发出警报，施工人员可以及时采取措施，避免地质灾害造成的损失，保障施工人员的生命安全和工程的顺利进行。

3.5 环保与生态恢复技术

在生态保护方面，严格控制作业带宽度是减少植被破坏的关键措施。众多工程案例表明，将作业带宽度控制在 15 米以内，并设置挡石墙等防护设施，可以有效防止土石方滑落，减少对周边生态环境的破坏。同时，在施工过程中尽量采用环保型施工材料和设备，降低施工对环境的污染。在地貌恢复方面，采用灰土垫层与截水墙等技术取得了良好的效果。如涩宁兰项目在湿陷性黄土区回填灰土，通过严格控制夯实系数（ >0.94 ），提高了地基的稳定性，防止地基沉降对管道造成影响。截水墙的设置能够有效拦截地表水，减少水土流失，促进植被的恢复，实现工程建设与生态保护的协调发展。

四、结论

天然气长输管道工程山地陡坡段施工面临着地形地质复杂、设备材料运输困难、焊接质量控制挑战以及环保生态保护要求高等诸多技术难点。通过对关键施工技术的研究与创新，包括临时施工便道与管沟开挖技术、布管与运输技术、焊接与质量控制技术、地质灾害防治与稳定性分析技术以及环保与生态恢复技术等，有效解决了山地陡坡段施工中的一系列问题。

参考文献

[1] 雷阳 . 天然气长输管道山地陡坡段施工技术 [J]. 全面腐蚀控制 ,2023,37(1):97-99.