4200公里管道穿越百年梦想
■概况
西气东输管道是迄今国内距离最长、管径最大、管材等级最强和设计压力、输气能力、自动化控制程度最高的管道。主干线西起新疆塔里木油田轮南首站，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南、安徽、江苏、浙江和上海十省区市，到达上海市白鹤镇末站，线路总长4200公里。管道设计年输量120亿立方米，设计压力10兆帕，管径1016毫米，管道辐射地域广，建设规模宏大，地形地貌复杂，穿越了新疆野骆驼、安西极旱荒漠和宁夏沙坡头等国家级自然保护区，先后6次穿越古长城，3次过黄河，1次过长江，穿、跨越其他大型河流3次，铁路、公路118次，是国内自行设计、建设的第一条世界级天然气管道工程，从系统构成优化和施工工艺等各方面都达到了当今国际上天然气管道设计建设的先进水平，开创了中国天然气管道建设和天然气工业发展的历史新篇章。
●在长江两岸挖出两个工作井，然后让盾构机从南岸的井壁钻入，北岸钻出。
●用机械装置，将一根根直径1.8米的钢管，从黄河河底的一岸顶到另一岸。
顶管穿黄
所谓顶管技术，就是要在黄河河底用机械装置，将一根根直径为1.8米的钢管，从一岸顶到另一岸。西气东输的管线就从这些钢管中通过。
图为几位工作人员走下工作井的旋梯。工作井深31.8米，管道在井底焊接后一节节顶进去。南方都市报记者陈平生摄
这是根口径为1.016米的钢管。经过35万道焊口的焊接，它的总长度为4200公里。火车顺着它从头至尾要行驶两天两夜。
这就是西气东输管道，我国第一条自行生产修建的长距离高压输气管，西起新疆轮南，东至上海。每年由西向东输送120亿立方米天然气。
“输气管比输油管更危险。”范莉说，输气管中推动气体前进的压力是10兆帕，如果钢管破裂一个小洞，喷出的气体足以将人体射穿，遇到明火甚至会引起爆炸，将钢管撕裂。
作为西气东输管道公司生产运行处的高级主管，范莉曾参与撰写了西气东输的管道事故应急预案，熟悉西气东输管道工程中每一个角落。
荒漠戈壁是昼夜温差几十度的无人区，黄土高原的湿陷性让起重机无法进场，江南高密度的鱼塘阻止了管材运输———每一个问题都是那么棘手，可最终每个问题都找到了一个“完美”的答案。
范莉说，整个工程就是一个巨大的梦，人们凭借想像力和科技的力量，最终将这个梦变成了现实。
一隧底穿天堑
西气东输管道工程大致可分为江浙、陕晋和新疆三大段，每一段都曾涌现出无数问题，困扰整个工程的推进。中国石油西气东输管道公司苏浙沪管理处副处长傅文奎说，管道工程江浙段就差点折在长江这道天堑上。
管线过长江一直是中国能源业的一块心病。
上世纪70年代，毛泽东主席就打算建设一条鲁沪线，将胜利油田的石油直接输送至上海。但因为长江过不去，最终只好改线。“管线过江”这一难题从那时起就一直悬到现在。
西气东输工程在立项时，“管线过江”就是一个独立课题。傅文奎说，当时共有16个方案，每个方案的视角都不相同。
有人提议采用跨越法，在江面上搭建一个200多米的塔架。因为不具可操作性，跨越法很快被否决。最后，决定在“铁打的三江口”钻凿出一条越江隧道。
但是在长江两侧，普通的隧道施工方法并不适用，“基岸不稳定，而且容易涌水。”傅文奎说，三江口的地质结构稳定，适合用盾构推进。而且盾构不怕涌水，它能将水和泥都通过管子排出。
盾构机，庞大的圆形身体上长着一个锥形的头。锥形的头也就是它的盾牌，上有许多刀片，在飞速旋转中，切碎土石。圆形身体将它不断往前推。
人们希望它能完成一次漂亮的江底穿越。可现实远比设想复杂。
首先要在长江两岸挖出两个工作井，然后再把盾构机下放到井底，让它从南岸的井壁钻入，直到从北岸的井壁钻出。“可这两个工作井就挖了近1年时间。”傅文奎说，当时不断地出现流沙、塌方，挖5尺塌3尺，开挖非常困难。从2001年9月26日开始挖掘，直到2002年9月初才完成。
要突破的第二道防线是长江大堤，它导致整个掘进过程非常缓慢。“大堤只要出现轻微沉陷、裂缝，就必须马上采取补救措施。”
来自中国台北的董方栯就是这种困难的亲历者之一。
2002年6月，董方栯匆忙飞往南京。当时，他只来得及带上几件随身换洗衣服。一路上，他的心里不踏实。因为他将担任西气东输南京三江口长江穿越工程项目部副总经理。由于工程进展迟缓，这个职位在董之前已经更换三任了。
长江盾构穿越的施工方案由中国台湾中鼎公司制定，盾构机的工程师是日本人，担任工程技术监理的是美国人，负责管理、协调的是西气东输管道公司。
董方栯到达南京后，发现很多人都在长江南岸边上一筹莫展。
穿越路径总长1992米，在江底60米处通行，盾构机需要打出一条内径3.8米的隧道，用来通过西气东输的管线，并预留出修建副线的空间。
最大的困难隐伏在穿越大堤之后的789米处，盾构机遇到了鹅卵石。“这种鹅卵石实际上就是著名的南京雨花石。”傅文奎说，这种石头石质异常坚硬，而且它比勘探取样时的要大。取样时的石粒只有五六厘米，如今遇上的每块直径有28厘米。
而且，这一块块硕大的鹅卵石和胶泥紧紧地裹在一起。由于此前的地质资料没有显示这一点，董方栯等人完全没有准备。董担心这些鹅卵石层和长江水相通。长江水压非常巨大，如果两者相通，盾构机在穿越卵石层时，可能发生江水倒灌，那将是毁灭性的。
2002年10月16日，董方栯进入工作井视察，已打出的隧道开始涌水。壁上的滴水落在头盔上啪啪地响着。
越往里，涌水越大。四周岩壁不断的涌水让董方栯头晕目眩。机器推进非常困难，最差时每天只有几厘米。2003年1月26日，当盾构机旋转前进至791环时，水泵被碎石打破。公司总部紧急向日本购买设备。一个月内，盾构机平均每天只能掘进一环。
董方栯紧急决定从日本进口四台机组，对盾构机的整个系统进行改造，让它能快速打碎裹在泥里的鹅卵石。
情况开始出现转机。鹅卵石层在被一寸寸地突破。最让董方栯担心的江水渗漏问题也没发生。7月26日，盾构机从北岸井壁钻出。那天董方栯在接受采访时说，“我绷紧了一年的神经总算可以松掉了。”
现在的隧道很精致。管壁上的每个水泥环片都非常标准，衔接流畅。这条隧道共用了20多万吨水泥和钢筋混凝土。
顶管穿黄开先河
在陕西、宁夏段，西气东输管道要三次穿越黄河。三次穿黄，用了三种不同的方式。在宁夏中卫，地质过于复杂，所以在河面搭起塔架，让管道通行。在陕西延水关，地质相对坚硬，便在河底开凿出一条管线隧道。在郑州，穿黄时用了一种顶管技术。
这段黄河顶管工程在世界穿越工程中也属于绝无仅有。
所谓顶管技术，就是要在黄河河底用机械装置，将一根根直径为1.8米的钢管，从一岸顶到另一岸。西气东输的管线就从这些钢管中通过。
但是，黄河是条摆动河，河底的地质比长江更为复杂。
黄河自古就是一条水上交通要道，千百年来，黄河的河道发生了很大变化，水情也极不稳定。在黄河的顶管穿越中，常常会碰到深埋在河床里的沉船、古树，甚至巨石。
黄河生产运营处的齐副处长说，2002年7月4日，黄河暴发洪峰，延水关169根5吨重的钢管像面条似的被水冲走，解放牌卡车像船一样从墙头漂到了院外。
28岁的施振东，是黄河顶管穿越项目部的工区长，由他来带领工人，完成所有的工程设计。在他面前的河道不宽，仅一二百米，但河道会左右漂移，其控制范围近8公里。其中3600米为主河道冲刷范围，深度20米，4000多米是河滩冲刷范围，深度5－8米。
黄委会要求，为保护河床，管道必须在滩地10多米以下、河床20多米以下穿越。
整个工程的重点就是3600米主河道范围内的顶管穿越。施振东说，首先要下4个沉井，将3600米分成3段，每段各自顶管，最后相连。
沉井就是一个超大型的钢筋水泥筒，筒内直径15米，高30米，有数万吨重，远看就像一个碉堡。4口井必须要沉到地下30米，才能进行第二步———将套管水平顶进。
施振东所在的是第3号井。3号井于2002年3月20日开始施工。开挖下沉过程中发生7次塌方。最大一次涌入的沙石有4400立方米。
沉井同样艰难，每天下沉进度以厘米计。在4口井中，3号沉井的速度原本是最快的。2002年9月8日，它离目的层只有90厘米，但遇到了胶泥层。9月9日到10月2日，施振东所在的第3号井纹丝未动。“我盯着这个笨重的水泥井，感觉空气都窒息了。”
技术人员开始采用少见的爆破法。在爆破的震动力下，迫使碉堡下沉。但在随后的几天里也只下降了10厘米。
4号井则完全是在水中施工，它就像黄河中的一座孤岛。一座临时搭建的竹筏桥将它与滩地相连。井一边在下沉，工人一边用泵将筒底水中的杂物抽出。下沉中遇到障碍时，潜水员就入水探摸。它的沉降速度用肉眼几乎无法辨别。
1号井最先下沉到位。井的下半部都浸满了水，像个小型游泳池。施振东说，即便它是万吨之躯，也要保证它是水平下沉，不然顶管与顶管之间就无法相连。
2002年10月8日零点20分，3号井终于准确下沉到位。施振东说，心里刚松了口气，但马上又将开始正式的顶管作业。
用设备将钢套管按水平线生生顶进。套管在河床下最终要串连起4口竖井井壁的预留洞。这要求极度准确。
可黄河的水土压力很大，每平方厘米约承受三四十公斤的压力。“这个顶管前面即使碰到一块木头或石头，都会是很危险的事。而且如果位置顶偏了，顶管就找不到出口了。”
2003年1月15日，黄河北岸大堤。三个黄色的施工起落架在冬日暖阳和黄河薄雾中分外醒目。
3号沉井，三个工人正用电焊枪磨平钢管接口。两个技术人员正在组装顶管接力用的“中继间”。内径达15米的工作井，七八人在井下忙碌。现场监理姜永安说，套管太粗，每顶进一定数量的钢管就需加一个“中继间”，增加向前的推动力。顶管在每天以几厘米的速度向前推进。
姜永安说，黄河顶管每一段的顶进距离都在1000米左右。这么长的顶进距离在中国没有，即使在世界顶管工程中也是罕见。
2003年9月15日，郑州黄河河底彻底贯通。这标志着整个西气东输管道工程大致完工。
铸就国际一流标准
70多岁的曲慎扬是西气东输设计联营体的总设计师。他除了主持西气东输大江大河穿越方案的设计，还负责对整个工程设计的把关。在他看来，整个管线中遇到的难题数不胜数。
“黄土高原就是一个难题。”它是世界上水土流失最严重的一个地区。平时坚硬的黄土一遇到水就变成稀泥。它对管道铺设带来极大威胁，“在那儿很容易就发生悬管、断管事故。”
曲慎扬说，江南水网也不好对付，那儿的河流圈儿套着圈儿，鱼塘比北方的水井还深。设备根本无法进场，管沟也无法挖。
在整个施工过程中，采用的新技术和发明的新工艺共达到30多项。针对黄土高原的风沙黄土，管道公司发明了坦克式运管车，它有着极强的爬坡本领。在江南水网地带，管道公司发明了爬犁运管法、筒式浮桥，以及一系列的漂浮作业法，来运送、安装每根重8吨的钢管。
在新疆段，为了不惊扰濒临灭绝的几十只野骆驼，管线设计时，故意绕开那片地区，同时管线也增加了18公里，这意味管线工人要在那片昼夜温差几十度的无人区多做10多公里的活儿。曾在那里勘探过线路的赵海宴对戈壁的描述是：没有水，没有生命，没有色彩。
世界第一条管道建于1872年。中国第一条管道建于1970年。这中间整整相差100年。
曲慎扬说，如今这根全自动化控制的管道完全达到国际一流标准。它不只是穿越了4200公里的空间，更穿越了100年的时间。
■效应
西气东输堪称带动经济发展的新引擎。
据了解，在西气东输工程的巨额投资中，西部省区吸纳资金约340亿元，其中新疆200多亿元，营造出巨大的消费市场，并增加大量就业岗位。西气东输工程一旦达到设计规模，塔里木东输之气每年即可分离出57万吨轻烃和91万吨凝析油，并为新疆每年增加10亿多元的财政收入。
同样，在另一个气源地陕西，对各项经济指标也将发挥作用。
2003年10月1日，靖边至上海段胜利投产；2004年1月1日，正式向上海商业供气；2004年10月1日，西气东输工程全线建成投产；2004年12月30日，西气东输工程全线商业运营。
目前，西气东输日最大供气量达1286万立方米，日最大销售量达1140万立方米，产生了巨大的经济效益和社会效益。
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