浅谈半沟开挖方法在沙特地区的应用

徐 驰 闫泓瑾 赵世扬

1.东北石油管道有限公司 辽宁 沈阳 110031;2.沈阳惠东管道控制有限公司 辽宁 沈阳 110031;3.中国石油天然气管道工程有限公司沈阳分公司 辽宁 沈阳 110031

一、前言

目前，中国企业在沙特阿美市场中占的比例越来越大，中标、在建的工程越来越多，其中大部分为长输管道工程，而线路部分施工在长输管道工程施工中起决定作用，重要性不言而喻。

沙特地区为热带沙漠气候，沙漠分布广，降雨少，偶有距离海较近的盐沼地区。地质情况以上土下石结构为主，土层厚度较小，底部石方厚度大，硬度大，人工或机械开挖困难。

哈拉德天然气管道项目施工工期紧，同时沙特地区施工环境恶劣，施工效率低。本文通过对沙特地区各种管沟开挖的典型设计进行描述，重点介绍半沟开挖方法在哈拉德天然气管道项目中的成功应用，为今后沙特地区管道线路施工提供经验与借鉴。

二、项目概况

哈拉德天然气管道项目是沙特的国家重点项目之一，位于沙特东部省哈拉德地区。项目内容包含:主线路施工约302km，其中36寸管线长度约216km，各种管径油田集输管线约86km，沿线站场连头、阀室及其他配套专业施工安装；同时有7个气体集汇站RH、1个气液分离站LSS、1个气体汇管站GGM、1个哈维亚末站HGP等。

图1 哈拉德天然气管道项目示意图

三、沙特地区一般段典型管沟开挖方法

1、土方地质段管沟典型开挖方法

图2 土方段管沟开挖典型图

本开挖典型方法适用于土质地段，包括黏土、泥土、灰土、沙土、碎石等非石方段。沟底最小宽度为管外径+400mm，沟底超挖至少200mm，管顶覆土(至灰土盖帽顶部)不小于900mm，灰土盖帽的厚度不小于150mm。管沟放坡要求如下:

A类土:如黏土、泥土等黏性土，放坡比例为1:0.75(高宽比)；

B类土:低黏着力土，如沙、石、泥土的混合物，放坡比例为1:1(高宽比)；

C类土:低黏着力，如砾石、碎石等不稳定的岩石或带水开挖段，放坡比例为1:1.5(高宽比)。

2、石方地质段管沟典型开挖方法

图3 石方段管沟开挖典型图

本开挖典型方法适用于石方地段。沟底最小宽度为管外径+600mm，沟底超挖至少200mm，管顶覆土(至灰土盖帽顶部)不小于900mm，管顶低于自然地面不小于50mm。管沟可垂直开挖。

3、盐沼地区管沟典型开挖方法。沙特境内存在大面积的盐沼地区，距离海岸线近，水位高，管沟施工设备通行困难，且地下水和地表水对管道的腐蚀强。

图4 盐沼管沟开挖典型图

本开挖典型方法适用于沙特乃至中东地区特有的盐沼地区。考虑到地表水的腐蚀以及施工的便利性，管道采取地上土堤敷设。首先需要在管道中线位置铺设混合土垫层，厚度最小为管外径+250mm，压实后开始管沟的开挖，管沟开挖断面及方法同土方段管沟开挖，沟底深度与自然地面一致，需要注意的是，管底需高于此地区的历史最高洪水位150mm，保证管道不受地表水的腐蚀。因此在辅设混合土垫层时，需清楚历史最高洪水位，然后计算出垫层最小厚度，然后再进行垫层的敷设。

四、半沟开挖方法的应用

1、半沟开挖方法的介绍。沙特阿美的体系文件SAES―L―450中明确表示，在考虑到经济因素情况下，对于硬岩地区且石方上层土厚度小于一半管外径+150mm的情况下，半沟开挖可作为石方段备选管沟开挖方案。

虽然在沙特阿美的体系文件规定，半沟开挖方法可作为备选方法用在石方段，但实际工程中，沙特阿美项目一般不允许采用此方法，工程设计方也不会主动推荐此做法，一般只有在业主考虑经济方面的因素的前提下才允许采用。

2、实际工程应用。哈拉德天然气管道项目在施工过程中发现，区域内地质为上土下石分布，土方厚度小，清扫作业带后大部分为裸露石方，且石方坚硬，硬度远大70MPa。在采用高等级规格的凿岩机开挖管沟后发现，想要达到设计图纸中规定的管沟深度也异常困难，施工效率低、施工进度缓慢，难以达到工程进度要求。

该工程地质条件为石方地段，如果按照设计文件执行，应采用一般段石方地质段典型管沟开挖方法进行施工。

经过对工程实际地质情况的现场调查，发现石方硬度大于70MPa，属于硬质岩，按坚硬石方考虑；同时石方上层的土方厚度小，一般在300mm左右，小于一半管外径+150mm，满足沙特阿美体系文件SAES―L―450中的半沟开挖条款。

根据沙特阿美体系文件描述，半沟开挖示意图可表示为如下:

图5 半沟开挖示意图

半沟开挖方法是在石方段管沟典型开挖方法上发展而来，沟底最小宽度为管外径+600mm，沟底超挖至少200mm，管顶覆土(至灰土盖帽顶部)不小于900mm，管中心标高低于自然地面不小于150mm。管沟垂直开挖。

3、半沟开挖的优缺点分析。优点:减少石方开挖工程量，以沙特哈拉德天然气管道项目36寸管道为例，半沟开挖方法每延米石方量约为0.75m3，石方段典型开挖方法每延米石方量为1.8m3，节省了60%的石方开挖工程量；同时由于石方开挖工程量的减少，也增提高了施工效率，节省工程时间。

缺点:由于管沟挖深变浅，但管顶覆土仍为最小900mm，实际管堤用外运土工程量增加。

五、结论

半沟开挖方法已经沙特阿美业主批准，成功应用在哈拉德天然气管道项目，此方法的应用，虽然增加了外运回填土的工程量，但大大减少了石方开挖的工程量，提高了整体施工效率，节省了工程时间，为项目顺利投产奠定了基础。

同时也为中国企业在沙特阿美市场长输管道工程积累了相当的管沟开挖经验，为今后沙特地区管道线路施工提借鉴。建议土方段与盐沼地区施工按照本文中的典型开挖方法进行施工。对于石方段，硬度不大的岩石段，可按本文中石方段典型开挖方法施工；硬度大于70MPa、土层厚度小且D9型凿岩机开挖作业困难的石方段，在沙特阿美批准的情况下，采用半沟开挖方法进行施工。