淺談過海管道施工技術

張劍鋒

（福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000）

1 工程概況

福建省東北部沿海軍民融合引用水項目（三期應急工程）工程總承包（EPC）項目,過沙埕港段需要采用沉管方式進行施工。管道采用單根沉管跨海,管徑DN600,壁厚12 mm,Q345 B,沉管長為1377 m,北側下海點福鼎市佳陽畬族鄉蕉宕村（3013881.61,40531679.26）,南岸登陸點位于店下鎮北部的鼎盛鋼廠西北側（3012598.83,40532017.27）,兩端埋管段長度分別為110 m 和60 m。由于海上埋管段的海床大部分是淤泥質地質（南岸登陸段有拋石區域）,沉管采用先開挖后敷設管道的施工方式。其施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

2 施工條件及難點

東北部沿海軍民融合引用水項目施工水域自然條件較好,基本不受外圍海域風浪、海流影響,對水下沉、埋管施工較為有利。施工區域位于溫熱地區,受季節性氣溫影響較小,可實現常年施工。由于沙埕港海域兩岸有養殖區域,因此,水上施工會受到一定限制和影響。

東北部沿海軍民融合引用水項目管道穿越沙埕港水道路由,海水的水位受潮汐水的影響,呈規律性變化。場地潮汐水屬正規半日潮,落潮速大于漲潮速,據（1969 年～1975 年）潮位觀測資料統計（黃海高程）本區最大潮位為5.00 m,最小潮位-2.90 m,最大潮差7.90 m,最小潮差2.60 m,平均潮差2.30 m,平均高潮3.25 m,平均低潮-2.05 m。由于高低潮位差值較大,在落潮期間有一定的水流速度,因此,在鋪管沉放時,必須考慮較為穩妥的穩管措施[1]。

3 施工技術方案

3.1 掃海清障路由調查

為確保本項目按照預定時間完成,在正式開工前,必須對管道路由進行全面掃測和障礙物清理情況進行查驗,復核管線路由范圍內地質情況,為后續的施工船舶進場、管道順利敷設提供準確的信息,并且對管道路由和施工海域有一個更全面的了解,調查同時,復核和測放起始點坐標位置,為施工船舶進場后能夠立即組織施工做好準備。

對施工現場海床進行預先普查,著重檢查管道沿線施工區域內的海床情況,保證海床條件滿足施工船舶在該區域起拋錨作業的要求。掃海調查工作的主要內容如下：

（1）潮汐、水深測量。測量工程位置附近的潮汐數據。通過一個裝有多波束系統的調查船沿管道路由進行水深測量。

（2）旁側聲納掃描。管道路由兩側各100 m 為測量區域,調查作業區域內海床上不規則地形地貌特征和障礙物進行詳細的辨認,確保施工船舶的安全。

（3）淺地層剖面測量。管道路由兩側50 m 為測量區域,進行高分辨率淺地層剖面掃測,查驗路由區域的障礙物分布情況和地質變化情況,后續的管道溝槽開挖、埋設作業提供參考。

（4）潛水員進行進一步探摸確認。利用潛水員對調查區域內的任何障礙物、海纜和管線、平臺或者結構物的圖像和儀器進行詳細確認[2]。

3.2 短管及材料裝船及運輸

3.2.1 管道過駁裝卸

本項目所需管道、附屬材料由廠家運至鼎港船廠（南岸：管線下游2 km）裝船運至鋪管船側,辦理清點移交后,由鋪管船上吊機配合過駁至鋪管船上進行存放。其他材料均從倉庫領出,從碼頭進行裝船運抵施工船舶。

3.2.2 短管堆放

短管過駁至鋪管船管材堆放區存放時需墊上木質墊塊,兩側設立固定限位樁,層間采用橡膠墊或木楞進行間隔,以防管子滾動。存放管道的數量按照存管區的空間確定,以滿足2 天～3 天鋪設用量為佳。

3.2.3 輔助器材裝卸、運輸

領用的鋼管及附屬器材,由質量部派員進行現場或庫區查驗,大件材料以質量檢查表為主,外觀沒有缺陷、不影響組管焊接等即可,其他器材的查驗主要通過外觀檢查、質保資料的核對、規格尺寸的核對通過后,方可進入施工現場,重要器材必須有查驗影像資料留存,以供追溯調查。運管船舶在進入施工區域前,會先與項目部或鋪管船隊等部門聯系,在得到允許后停靠于鋪管船側面指定位置,停靠時應使船舶裝載區靠近鋪管船上吊機,以便過駁卸船,運輸船停靠后與鋪管船采用纜繩系牢,防止移位。管子吊裝使用專用索具和吊帶吊裝。在裝卸過程中應小心操作,避免對管子造成碰撞或擦傷之類的任何損傷,吊裝機械采用鋪管船上的履帶吊[3]。

3.3 鋪管船布錨

3.3.1 路由區海域現狀

本項目海上敷管路由區附近,是大量的養殖區間,對鋪管船展布有較大影響,根據現有路由地勘資料所提供的海底地形、地貌、地質狀況等情況,在施工前,應對施工海域路由范圍內的海底情況進行一次全面摸排,確保海底管道敷設施工開始后,能夠順利、安全地完成施工任務。

3.3.2 布錨原則

鋪管船在施工布錨之前,要對管線設計路由坐標進行詳細校核,同時調查設計路由沿線施工區域內其他設施的位置并標明,然后繪制出合理的錨位圖。錨位圖繪制完成后需按照程序上報相關單位審批,再根據批準后的錨位圖進行定位錨泊系統的布點放樣。

3.3.3 起拋錨工作

船舶必需按照相關程序得到指令后并根據批準的錨位圖在施工區域進行拋錨定位。根據工程現場施工條件及作業性質,并經各參建單位研究討論決定主作業船按八字錨位法拋設6 個錨。

圖2 鋪管船拋錨示意圖

3.4 鋪管船鋪管

在正式施工前,必須充分做好各項準備工作,包括船舶、機械、起重設備等的保養和調試工作,鋪管船在正式鋪管前,各種相關設備、器械都要進行試運轉,確保萬無一失[4]。

3.4.1 首段管道長度的確定與鋪設

該段敷管既要保證本次的應急任務的完成,又要確保沉放的管道的安全,即在后續進行接長時,管道外端能夠保證吊出水面不會對管道造成損傷破壞。經對管道的彎曲擾度曲線進行計算,第一次沉放的管段長度必須大于456 m 時,管道才會在管端起吊時不出現彎折損壞的問題。因此,前期需在岸端陸地臨時設置滑道進行首段的管道對接和發射,組焊和防腐完成的管道發射到水面暫存,待長度接到456 m 時,兩端封口,用拖輪配合牽引到管道溝槽位置,從岸端進行注水沉放。

為保證沉放效果和控制外端不入水,漂浮沉管前,分別在150 m、200 m、250 m、300 m 設置助浮裝置（如氣囊、浮筒等）,保證管道外端始終保持一定的浮力,讓管道呈彈性彎曲的弧度下沉入槽,方便尾端與鋪管船發射架連接。

3.4.2 后續管道的鋪設

后續921 m 管道在鋪管船上進行焊接組管、發射入海。首段管道鋪設完成后,岸端管口安裝緊固好悶板,布設好注水閥門及排氣閥,布置好牽引纜固定點。控制端起吊至鋪管船發射架組管焊接工位上進行后續管道的組管焊接。每根短管長12 m,在鋪管船上完成3 根短管的焊接（即36 m）進行一次水下管道的沉放鋪設,管道沉放是利用岸端注水閥向管內注水進行助沉。在發射入海前需完成所有相關試驗檢測,且檢測全部合格后才能進行水下管道的正常沉放鋪設作業。如發現質量不合格時,及時對 瑕疵位置進行返修,確保管道入海后質量合格率達到100%。循環作業至水下管道施工完成[5]。

鋪管過程中,管線屈曲監控采用如下方法：作業過程中嚴格按操作規程進行作業。另外,需要派遣潛水員水下檢查。潛水檢查內容主要為：順托管架尾部向后檢查：檢查管道防腐層有無機械損傷等。繼續向后檢查包括管道與泥面接觸的管道位置及狀態等。發現異常時,潛水人員也需要進行下水檢查。再輔之以張緊器連續監控,鋪管船所采用的張緊器能夠實時顯示張力,有專職人員監控張緊器張力變化,并根據作業條件及對張緊器張力進行調節。

圖3 鋪管示意圖

4 質量控制措施

4.1 現場施工階段的質量控制措施

項目進入到現場階段時,涉及范圍廣,技術較為復雜,因此也必須選擇優秀的班組精細施工。滿足工程實際的各種需要,施工人員需要熟悉設計圖紙,了解管道的功能。施工現場包括物流、交通、材料的堆放、廢料處理、環境保護等相關問題都要合理規劃。管道的鋪設要進行吊裝的應力和變形驗算,計算起重船舶的位置,調點、調高吊具是否滿足要求,要控制管道下沉的速度,盡早地完成鋪設工作,防止出現異常的位移,影響管道沉放的質量。

4.2 材料進場計劃的質量控制措施

隨著科學的進步,材料的種類和質量也都在不斷提升。對于選購的原材料,會直接影響到工程的整體質量,因此,想要保證工程的質量,就必須要對原材料的質量予以保證。采購材料之前,各參建單位需要進行比對,控制材料質量,購買之后需提供材料,質量保證的相關文件,對于不合格的產品禁止使用。

4.3 施工機械的質量控制

開展任何的建設活動,必會用到大型的工程機械設備,這些設備是否完好,是否運轉如常,以及是否具備相應的技術能力,都會影響到施工作業的效率。同時也對質量產生一定程度的影響,如果采取專業化程度高的高精尖設備,那么雖然能夠實現高質量的保證,但同時經濟成本也會有所增加,因此應當選擇恰當的施工設備,并及時對設備進行檢修,防止設備更新不及時產生的效率不合理。為了控制機械對于施工質量的影響,需要在施工的時候對于項目本身的需求進行重點關注,并在此前提下尋求合適的設備開展有效操作,對設備內容進行嚴格的管理,適時的檢修。

5 結語

過海管道施工技術與管道工程建設和人們的生活息息相關的,所以對于管道工程的質量也需要有一定的保障。但是現階段很多施工企業對過海管道施工技術并不成熟,并且相關技術規范及標準比較缺乏,所以針對過海沉管段施工技術在工程的應用,必須精研技術,踏實落實,為企業爭取市場上的核心競爭力。相關研究者應加大過海管道施工技術的研究,推出標準,并提供更多技術實施方案和思路。