近岸段海底管道岸拖及斜立管安裝技術

摘要：針對淺水海域近岸段海管鋪設施工中遇到的陸地空間受限難題，使用斜立管作為中間過渡結構連接海底管道和陸地管道，采用了舷側對接的方式連接海管和斜立管。海管登陸段施工采用了海管岸拖和斜立管安裝相結合的方案。海管岸拖采用了鋪管船利用自身系泊絞車回拖的方式，避免了陸地安裝線性拖拉絞車。斜立管安裝利用兩艘淺水浮吊船靠泊使用，解決了斜立管預制和吊裝空間受限的難題。最后采用舷側對接的方式將海管和斜立管連接成為一個整體，實現了海管登陸并與陸地管線連接。

關鍵詞：近岸段；登陸；岸拖；斜立管；舷側對接

中圖分類號：TE952" " " " "文獻標志碼：A" " " "doi：10.3969/j.issn.1001-3482.2024.05.004

Technology of Nearshore Subsea Pipeline Shore Pull and Goose Neck Riser Installation

HU Kai，LI Jiannan，HONG Shuai，NIU Qiang，LIU Kai

（Offshore Oil Engineering Co. Ltd.， Tianjin 300461， China）

Abstract： In response to the issue of limited land space encountered during the construction of a nearshore subsea pipeline in shallow waters， an intermediate transitional structure， namely the goose neck riser， is employed to connect the subsea pipeline and the onshore pipeline. The broadside tie-in method is utilized to establish the connection between the subsea pipeline and the goose neck riser. The landing construction of the subsea pipeline employs a combination of the pipeline shore pull and the installation of the goose neck riser. The subsea pipeline shore pull employs the use of the laying vessel's mooring winch to pull back， thus obviating the necessity for the installation of a linear pull winch on land. The installation of the goose neck riser is accomplished by utilizing two shallow-water floating crane vessels to berth， which addresses the limitations posed by the constrained space available for riser prefabrication and hoisting. Finally， the subsea pipeline and goose neck riser are connected as a single entity via the broadside tie-in method， which facilitates the landing of the subsea pipeline and its connection with the onshore pipeline.

Key words：" nearshore section；landing；shore pull；goose neck riser；broadside tie-in

海底管道近岸段通常是指從登陸點開始向外海延伸500～5 000 m范圍內的海管路由［1］。近岸段海管登陸后與陸地終端相連接，近岸段海管登陸方式有多種，包括水平定向鉆穿越登陸和拖拉登陸等［2-4］。水平定向鉆穿越登陸可采用陸對海或者海對陸的方式完成海管登陸與陸地管線連接，適用于海管登陸點海坡落差較大的情況［5］。水平定向鉆穿越登陸具有不用開挖作業、對環境影響小、穿越后的海管穩定性和安全性好等優點。但水平定向鉆穿越登陸會受到地質條件、海域水深、鉆機能力等條件限制且施工設備多，操作流程復雜［6］。海管拖拉登陸有浮拖法、離底拖法、底拖法等，一般將海管從海上往陸地方向進行拖拉，即將鋪管船布置在海上指定位置，在陸地安裝線性拖拉絞車為海管拖拉提供拖拉力，鋪管船作業線內完成海管接長，海管從海上被拖拉到陸地端［7-8］。海管也能從陸地被拖拉到海上，這樣就需要在陸地建造用于海管接長的作業線［9］，作業線包括多個工作間來完成海管的焊接、檢驗、涂敷等工作，在海上利用船上拖拉絞車將海管從陸地拖拉到海上，這種方法需要陸地有足夠大的空間來布置作業線。完成拖拉后的海管在陸地上直接與陸地管線連接。對于海床與陸地高程差較大時就無法直接拖拉到陸地上，面對這種情況，可以用斜立管作為中間過渡結構。斜立管安裝在岸堤斜坡上將海底管線和陸地管線連接。海底管線和斜立管的連接可以采用修筑圍堰的方法［10］。圍堰法需要利用泥沙作業船構筑圍堰堤壩并排水，在圍堰內通過陸地吊機配合完成海管和斜立管的對接，完工后還要進行回填保護、地貌恢復等工作。圍堰法施工流程復雜，還需要得到登陸點陸地所屬單位和政府等利益相關方的審批。

針對某海管鋪設項目，海管登陸點為發電廠，發電廠內工藝管線和設備設施較多，沒有足夠的空間放置海管鋪設施工設備，水平定向鉆穿越登陸和傳統的海管拖拉登陸均受到限制。海底管線和斜立管的連接也可以在水面以上在工程船舷側完成對接［11-12］。本文采用海管預制和拖拉絞車布置均在鋪管船上的方式，海底管道和斜立管的連接方式采用了浮吊船舷側對接的方法，最終實現近岸段海管鋪設至陸地終端。

1 工程概述

某海管鋪設項目中近岸段需要鋪設一段登陸海管用于與陸地上管線連接。施工海域水深為2.5 ～4.2 m。海管規格為外徑762 mm，壁厚19.1 mm，防腐層采用4.2 mm的3LPE，混凝土配重層80 mm，鋼材等級為X65，屈服強度為450 MPa。

根據近岸段實際情況，海管鋪設方式選用了先采用底拖的形式將海管拖拉至近岸端，然后再利用舷側對接的方式將海管與斜立管連接。斜立管有2個彎頭呈“Z”字形，斜立管下彎段連接海管，上彎段露出水面與陸地管線連接。斜立管安裝方法與整體立管類似［13］，但斜立管安裝是在臨近岸堤海域作業，水深淺且需要對岸堤進行提前開挖處理。

海管岸拖施工船舶使用鋪管船CPOE101船。CPOE101船總長120.5 m，型寬32.2 m，型深6.5 m，最小吃水2.5 m。該船擁有1臺75 t張緊器、1臺75 t收放絞車、4臺吊重能力60 t的舷吊和8臺系泊力1 170 kN的錨機。斜立管安裝海域水深較淺，大型施工船舶無法進入，而吃水較淺的浮吊船往往尺寸較小，甲板空間有限不能同時滿足斜立管預制和吊裝的空間要求，因此，采用兩條小型浮吊船靠泊一起使用，浮吊船A配備舷吊和吊機用于斜立管安裝，在浮吊船B的甲板進行斜立管預制。浮吊船A有2個舷吊，舷吊起吊能力為500 kN，浮吊船A吊機的最大吊重能力為100 t。

海管登陸段施工前，對拖拉段海管的路由進行了預挖溝，待海管鋪設完成后再進行拋石回填。為了防止挖溝后回淤，在距離對接點105 m的路由范圍兩側安裝了鋼板樁，兩側鋼板樁之間距離1.5 m。為了保證斜立管安裝就位，對岸堤進行開挖并造出平整的緩坡，斜立管出水段能貼合在該斜坡上。斜立管設計位置如圖1所示。為了施工船舶能夠順利就位和岸拖需要，提前在陸地上澆注了3個地錨，用于施工船系泊使用。

2 岸拖

2.1 岸拖方案

海管岸拖采用鋪管船CPOE101船自身左舷船尾的7#錨的系泊絞車作為拖拉絞車，7#錨纜作為拖拉纜，7#錨纜先穿過陸地地錨上的導向滑輪，然后再連接作業線內海管封頭。海管采用邊鋪設邊拖拉的方式，即鋪管船作業線內海管每預制一根（長12.2 m），7#錨的系泊絞車則回收一次7#錨纜，作業線內海管通過托管架緩慢地被拖拉到設計位置。海管岸拖采用底拖的方式，海管拖拉過程中整條海管與海床保持接觸狀態。單根海管在水中質量為3 483 kg。為了減少海管底拖所需的拖拉力，海管在作業線里需要綁扎上浮筒，浮筒浮力為15 kN。海管封頭上也要綁扎浮筒，減少海管封頭與海床之間的摩擦力。岸拖海管總長度為256 m。在作業線內海管封頭后面的海管上還要綁扎兩條額定載荷為400 kN的吊帶，用于后面斜立管安裝時提升海管。

海管岸拖過程如圖2所示，其中鋼絲繩1和鋼絲繩2的直徑均為56 mm，破斷載荷為1 980 kN。拖拉纜（7#錨纜）為直徑64 mm的鋼絲繩，破斷載荷為2 440 kN。海管拖拉到位以后，陸地端先將海管封頭上的鋼絲繩2連接到地錨上，再解除7#錨纜并回收。這時海管的一端連接著地錨固定，另一端在鋪管船作業線內。鋪管船就可以往遠離陸地方向繼續鋪設海管。

海管拖拉過程中的拖拉力受海管拖拉長度、海管和拖拉纜重力、海管和拖拉纜與海床摩擦因數、浮筒浮力、海況等因素影響。通過OrcaFlex軟件對岸拖過程進行模擬分析，拖拉過程中，最大拖拉力為260 kN，拖拉纜和鋼絲繩強度均滿足要求。海管受到最大應力為272 MPa，僅為鋼管屈服應力的60.4%，滿足強度要求。

2.2 岸拖系泊系統

鋪管船共配備8個工作錨，由于7#錨纜作為岸拖的拖拉纜，因此只布置7個錨。為了保證船舶穩定性，船尾的兩個錨纜需連接到陸地地錨上，如圖3所示。地錨是由混凝土澆筑而成的密實的混凝土砌塊，主要依靠混凝土砌塊與地面之間的摩擦力來起作用，所以混凝土砌塊需要有足夠的質量才能提供較大的摩擦力。地錨A1和A2的混凝土砌塊規格為長和寬均為5 m，高為1.5 m，能夠承受300 kN系泊力。地錨B的混凝土砌塊規格為長和寬均為6 m，高為2 m，能夠承受600 kN系泊力。地錨上均安裝有吊耳用于連接纜繩。為了便于錨纜與地錨之前連接和解除，錨纜與地錨之間連接使用了一段高強纜繩，高強纜繩具有質量輕、柔性好的特點。高強纜繩一端連接地錨，另一端連接鋪管船錨纜。

6#錨纜連接地錨A1，8#錨纜連接地錨A2。錨纜與地錨連接好后要利用其自身系泊絞車進行拉力試驗，讓錨纜承受一定拉力值并維持一段時間，確保錨纜和地錨的連接安全可靠。

3 斜立管安裝

3.1 斜立管安裝前準備

斜立管用于海管登陸與陸地管線連接，采用水面以上焊接的形式將海管和陸地管線連接。海管岸拖結束后，鋪管船完成海上海管鋪設工作，斜立管就可以與拖拉到位的海管連接。

斜立管安裝流程包括：兩艘浮吊船就位；潛水員和陸地定位人員相互配合對斜立管安裝位置進行測量并清理海管路由上障礙物；斜立管在浮吊船甲板預制；潛水員下水將舷吊與海管上索具連接；根據計算分析按步驟提升海管；舷側對接平臺安裝；海管封頭切割；斜立管起吊至浮吊船舷側；斜立管與平管組對、焊接、檢驗、節點涂敷等；舷側對接平臺拆除；根據計算分析按步驟下放斜立管至設計位置；潛水員下水回收索具和浮筒。

潛水員下水探摸海管岸拖最終海管封頭的位置并用信標標記出其位置坐標，再在海管上距離封頭一定距離位置找兩個點同樣用信標標記出其位置坐標。根據這些標記的位置坐標，確定海管實際路由，最終通過三維軟件繪制出所要預制斜立管的具體尺寸。在浮吊船B的甲板上完成斜立管預制，斜立管總長為31.3 m，總質量為25.4 t。

3.2 起平管

岸拖海管時已在海管上綁扎好提升索具，浮吊船在設計位置就位后，潛水員下水將舷吊與海管上索具連接。使用OrcaFlex軟件對起平管過程進行模擬計算分析，分析結果如表1。根據計算分析結果，利用浮吊船上的舷吊分10個步驟將平管提升至設計位置。提升過程中，舷吊1最大受力204 kN，舷吊2最大受力345 kN，均在兩個舷吊起吊能力范圍內。提升到位后海管管端距離水面高度為1 m。

3.3 舷側對接

利用浮吊船A的吊機將已經預制完成的斜立管從浮吊船B甲板上起吊。初始起吊時需用浮吊船B的吊機配合將斜立管吊至站立狀態，之后由浮吊船A的吊機將斜立管吊至其舷側，在舷側對接平臺上與平管端進行對接。對斜立管吊裝過程進行了受力分析，吊點處應變最大為0.014%，滿足斜立管強度要求［14］。斜立管吊裝和平管提升所用的索具均經過校核且強度滿足要求［15］。舷側對接平臺采用可伸縮的形式，平管提升到位后可將平臺伸縮結構伸出增加對接平臺面積。在舷側對接平臺依次完成斜立管與海管的組對、焊接、檢驗、涂敷等工作斜立管與海管對接示意如圖4所示。

3.4 斜立管下放

舷側對接工作完成后，斜立管和海管就成為一個整體。使用OrcaFlex軟件對斜立管下放過程進行模擬計算分析，分析結果如表2。根據計算分析結果浮吊船吊機與舷吊分15個步驟將海管下放至海床。下放過程中，吊機最大受力為319 kN，舷吊1最大受力為274 kN，舷吊2最大受力為348 kN，受力均在吊機和舷吊起吊能力范圍內。

4 結論

近岸段海底管道鋪設技術在現場實際施工中得到成功應用，現場海管岸拖用時2.5 d完成，斜立管安裝用時8 d完成。海管登陸施工完成后，對海管進行拋石回填并做了岸堤恢復以保護海管。

1） 近岸段海底管道鋪設技術采用了海管岸拖+斜立管安裝的方式，并采用舷側對接的方式將海管與斜立管連接，避免了水平定向鉆穿越登陸和傳統的海管拖拉登陸空間受限的難題。

2） 海管岸拖采用了導向滑輪進行拖拉纜布置，使得鋪管船能夠利用自身系泊絞車進行回拖，這樣海管預制和海管拖拉力提供都能由鋪管船完成，避免了陸地使用線性拖拉絞車或者布置作業線的工作，對陸地的作業空間要求較小。

3） 利用密實的混凝土砌塊作為地錨使用，不僅滿足施工船舶系泊和岸拖強度要求，還減少了地面開挖作業，并且方便拆除。

4） 利用浮吊船舷側對接完成海管和斜立管連接，不用修筑圍堰就可以達到海管登陸與陸地管線連接的目的。使用兩艘淺水浮吊船分別完成斜立管預制和安裝，解決了近岸海域水淺大型作業船無法進入的難題。

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基金項目： 中國海洋石油集團有限公司科技項目（KJGG-2022-1406-03）。

作者簡介： 戶 凱（1990-），男，河南汝南人，工程師，現從事海底管道和立管設計及海上施工技術方面的工作，E-mail：hukaicup@foxmail.com。