张宏志，杨凯，孙更柱，于洋，李明

（大庆油田工程建设有限公司安装公司， 黑龙江 大庆 163416）

长输管道定向钻或大开挖穿越管道与主线路管道的连头，以及石油石化老区改造项目中，在新、老管线连头处常会出现管线走向不一致，容易出现大口径管道标高、走向不一致，出现空间任意角度管道连头。以往大口径管道连头施工中，连头点管段、弯头下料的准确性，占有连头时间最长，同时也是造成连头焊口组对质量问题的最主要原因[1]。传统方法是施工现场采用4点或8点测距法或使用粉线配合量角器的几何测量法获得初步的管段长度和弯头角度，在沟下进行试装管段、弯头，反复调整、修磨完成大口径管道连头，这种连头方法存在连头点焊口强力组对、容易发生错口、连头时间长、施工质量差、施工成本高等难题，造成连头点焊缝应力集中、使用寿命短[2]。特别是在沼泽、河渠等高地下水位地段，在易滑坡、崩塌等地质不良地段，在弯头型号因素制约的施工现场，造成连头难度大、施工成本高等[3]。

本文总结了以往长输管道连头和石油石化站场连头的施工经验，研究了放线法和三维空间模拟连头法两种方法，实现了大口径管道空间任意角度连头，提高了施工效率和质量，降低了施工成本，具有较大的推广价值。

1 放线法

连头管道两端的管顶处各找一点A、B，用卷尺测量AB的长度L1，沿管线走向绘制一条走向线，用角钢的边线延伸管道走向线AC、BD。垂直于AC上A点，与管道1延长线相交于D点。

图1 放线法测量数据

图2 第二组测量数据图

L3是一个带角度的斜线，用拐尺和细绳线找到C点，用滑石笔标定该点，用卷尺测量BC段长度L3、AC段长度L2。固定住L1、L2、L3，在L1、L2或L3中任意取一点，用一根细绳延伸该直线相交到管口为E点，用滑石笔标定该点为E点。用两把拐尺和细绳线辅助测量，连接A、E点，延伸至F点，测量出AF段长度L4。

以图2为第二组测量数据。用拐尺和细绳线找到H点，用滑石笔标定该点，用卷尺测量BH段长度L5、AH段长度L6。

固定住L1、L5、L6，在L1、L5或L6中任意取一点，用一根细绳延伸该直线相交到管口，用滑石笔标定该点为M点。

用两把拐尺和细绳线辅助，连接B、M点延长线，以B为垂足，相交管道2延长线于K点。用拐尺以N点为垂足，做KN垂直MN，测量出BN段长度L7。

1.1 管道投影平面

投影原理：空间任意两管道连头处构建直线使其连接，每条管线走向线分别与直线AB建立辅助平面，在辅助平面内弯头角度不是叠加角，便于计算弯头角度和预制管道长度。辅助平面1是管道2上A点走向线与AB决定的平面，辅助平面2是管道1上B点走向线与AB决定的平面。

图3 管道2与AB投影面

图4 管道1与AB投影面

1.2 绘制平面图纸

由于管道直径大，难以找到大型的纸张手工绘制，因此，绘制平面图纸一般采用AUTOCAD软件绘制。在AUTOCAD软件上绘制出两个圆，由于测量点在两管顶处，顶管处圆半径为弯头曲率半径和弯头半径之和，底管处圆半径为弯头曲率半径和弯头半径之差。在两圆上做垂线和切线。

如图5所示，在图纸上任意画一条直线为管道2，任取一点为A点，垂直于A点做一条长度为L4的线段，端点为F点。在管道2延长线上以A点为起点，量取长度为L2的线段，端点为C点。垂直于C点画一条长度为L3的线段，端点为B点。连接BF，并延长FB至H点，BH即为投影后管道1的走向。以A点为切点，以管道2的走向线为切线，以209mm为半径画圆。以B点为切点，以管道1的投影后走向线为切线，以95mm为半径画圆。做两圆的公切线，与圆相交于P、R点，连接OP，用量角器量出Q1角度，Q1即为管道2弯头的加工角度，用直尺或三角板量出a1值。

图5 管道2与AB投影面

如图6所示，在图纸上任意画一条直线为管道1，任取一点为B点，垂直于B点做一条长度为L7的线段，端点为N点。在管道1延长线上以B点为起点，量取长度为L5的线段，端点为H点。垂直于H点画一条长度为L6的线段，端点为A点。连接N、A点，并延长NA至K点，AK即为投影后管道2的走向。以B点为切点，以管道1的走向线为切线，以95mm为半径画圆。以A点为切点，以管道2的投影后走向线为切线，以209mm为半径画圆。做两圆的公切线，与圆相交于P、R点，连接OR，用量角器量出Q2角度，Q2即为管道1弯头的加工角度，用直尺或三角板量出a2值。

图6 管道1与AB投影面

1.3 尺寸计算

用量角器量出Q2值，用直尺或三角板量出a2值；Q1为管道2的弯头角度，Q2为管道1的弯头角度；预制管段长度为：

L=L1-a1-a2

2 三维空间模拟连头法

三维空间模拟连头法是利用RTK测绘仪器采集连头点坐标值，在计算机实现三维空间再现，计算出弯头角度和管段长度，提前预制管件和弯头，完成空间管道连头组装。

2.1 连头坐标数据采集和坐标转换

采用RTK测量一端连头点管道管顶坐标和沿管顶1～3m之间轴向坐标共计2处，RTK测量精度精确到厘米，测量的坐标点为大地坐标点，测量坐标点以米为单位[4]。由于RTK测量坐标点测量数据值大，在三维软件中难以显示管道模型，需要对测量坐标点进行数据转换。以连头部位任意一点设置为新坐标点（0,0,0），其余各坐标点减去新坐标点，生成了新的相对坐标点。

2.2 三维虚拟空间连头

图7 RTK数据采集

在三维软件中，依据相对坐标点，生成直线。由直线生成连头点管道模型，确定了连头点管道的三维空间位置。在虚拟空间延长连头点管道轴向线，构建两条轴向线共有的空间曲线，实现两处连头点轴向线连接。在连接处测量弯头角度，依据点、线、面、体原理，构建多个辅助平面，绘制出管道连头模型，实现了连头点准确连接。

2.3 安装图生成

连头点管道在虚拟空间完成连头后，应用三维软件的测量功能，精确测量出管道短节尺寸、热煨弯头角度和冷弯头角度，生成施工安装图，提前下料预制出管道短节、弯头。

图8 大口径管道穿越障碍物连头

3 工程应用效果

根据连头安装图，在预制场地提前预制管道和弯头，减少了沟下作业工作量，提高了管道施工质量和施工效率，加快了施工进度，降低了连头安全风险，节省了连头的降水支护费用，受到业主和甲方的一致好评。

4 结论

图8 管道连头提前预制下料施工

通过放线法和三维空间模拟连头法，降低了大口径管道连头难度和安全风险，节省了连头施工成本。放线法适用于短距离“固定口”连头，连头质量精度高，连头效率高。三维空间模拟连头法适用于长距离管道施工，将连头施工变成按图施工，能提前计算并预制弯头及各种管段，能节省现场测量和加工管件的时间，减少了沟下作业工作量，同时克服现场测量误差大的不足，可加快连头施工进度，提高连头质量。放线法和三维空间模拟连头法大大降低了连头施工费用，具有较大的推广价值和应用前景。

◆参考文献

[1] 王冰怀，隋永莉，崔建业. 减少长输管道连头数量与降低连头组对应力[J].石油天然气学报，2013，35(4)：254-256.

[2] 张与胜. 长输管道连头施工质量控制[J].硅谷，2012，(23)：156-157.

[3] 郭景凤，王以兵，王晓峰. 大口径长输管道施工连头技术[J].工程技术，2016，(7)：120-121.

[4] 付文俊. GPS-RTK在工程测量中应用及其技术特点[J].资源信息与工程，2017，32(4)：138-139.