氣囊在采用底拖法施工海底鋼管中的應用

杜思訪 劉利

廣東水電二局股份有限公司 廣東廣州 511340

氣囊在采用底拖法施工海底鋼管中的應用

杜思訪 劉利

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底拖法不但對于風浪、潮流等影響有一定的適應能力，而且必要時可以中斷作業，其所受損失在時間和經濟損失上都比較小，因而其在近海岸、灘海以及河底管道鋪設中應用廣泛。對于鋼制管道來說，在拖管過程中如何確保防腐層磨損而破壞是底拖法應用要解決的關鍵問題。本文依托湛江市鑒江供水南三河跨海段輸水管道項目，重點闡述了氣囊，即助浮氣囊和助運氣囊在底拖法施工中的應用，不但確保了防腐層的質量，而且大大降低了托管牽引力，在類似工程中具有推廣和借鑒意義。

氣囊；海底管道；底拖法

1.引言

隨著我國海洋開發的迅速發展和跨流域調水需求不斷提高，人們越來越重視管道運輸在解決此類問題中所發揮的作用。管道運輸是油氣、淡水運輸中最主要，同時也是最快捷、經濟、可靠的方式，越來越多的海底管道工程從沿海大陸通向近岸島嶼和島嶼之間連接。根據海底管道輸送的介質不同，海底管道的管材也趨向于多樣化，有用于海底油氣管道的高強度鋼材外加混凝土配重；有用于輸送淡水的常規Q235鋼材外涂裝防腐層；也有用于淡水或者污水輸送的PE管道、玻璃鋼管道和混凝土管道等。

底拖法雖然受海底坡度、地質條件的影響較大，但海底作業的適應性較強，遇大風浪時，可中斷作業，以后再繼續進行。但底拖法除了需用較完善的下水滑道和相應規模的陸上制管場外，還有兩個關鍵問題要解決，一是由于海底土體與管道之間的摩擦力大，導致拖拉管道所需的牽引力要求很高；二是管道表面的防腐層在拖管過程中容易遭到磨損而破壞。

2.工程概況

南三河跨海段輸水管道工程是湛江市鑒江供水樞紐工程的一部分，采用兩根DN1800鋼制管道并行穿過南三河，沉管位置臨近入海口，每根過河鋼管水下部分長約1214m，兩管中心間距為5m，管道布置近似U形，鋼制管道壁厚22mm，水下埋深約14.6m。鋼管內防腐采用符合飲用水衛生安全的環氧防腐材料特加強級，干膜厚度0.3mm；鋼管外防腐采用厚漿型環氧煤瀝青特加強級防腐（七油兩布），干膜厚度≧0.6mm。本工程涉及的相關參數如下：

鋼管直徑：外徑1844mm，內徑1800mm；鋼管壁厚：22mm；鋼管外圓周周長：5793mm；鋼管內圓周長：5655mm；鋼管金屬截面積：0.126m2；鋼管充水量：2.5m3/m；每米鋼管自重：989kg/m。

3.防腐磨損試驗

3.1 防腐層磨損試驗

3.1.1 試驗目標

模擬拖管工況，通過現場試驗的方式，觀測檢驗防腐層在拖管過程中的磨損情況。

3.1.2 檢驗標準

在沙地里模擬拖管工況拖拽后，檢測防腐層的破損情況。

3.1.3 試驗方法：

（1）試驗環境：現場沙地。

（2）試驗樣本：采用同樣材質的8mm厚鋼板，按照施工用管道的弧度（直徑1.8m）彎制，弧線長度為1.6m，鋼板長度為10m。該鋼板的防腐處理采用施工用鋼管的防腐處理方法，即七油兩布。

（3）試驗方式：把試驗樣本在沙地里鋼管來回拖拽200m。

3.1.4 觀測

檢查防腐層的破損情況。

3.1 .5 試驗結果分析

（1）試驗結果

拖拽距離 50m 100m 150m 200m破損狀況 無破損 無破損 無破損 無破損

試驗鋼管拖拽200m后，經有資質的檢測單位檢測，防腐層厚度、粘結力等各項指標均滿足設計要求。

（2）陸上牽引工況

由于管道在發射架上通過氣囊滾動，其滾動摩擦系數遠小于試驗情況下的滑動摩擦系數，且氣囊具有柔性，故在該工況下防腐層不會遭到破壞。

（3）水下牽引工況

由于水下拖管采取半懸浮狀態下拖管，通過在鋼制管道上按照預定方案綁扎特制的氣囊，使得水下管道負浮力僅為管道重力的10%，同時水下拖管采用增加浮力來擺脫水下土壤對鋼管的附著力，由于水下的摩擦系數小于實驗情況，鋼管與水下基槽的接觸面與實驗情況基本一致，所以水下正常牽引工況的摩擦力小于實驗情況。故在該工況下，管道的防腐層不會遭到破壞。

4.氣囊的選擇和應用

本工程中氣囊的使用分為兩部分，第一是陸上出運時，在鋼管下面合理鋪設氣囊并適當充氣，拖拉鋼管時，利用氣囊滾動協助出運；第二部分是水下拖拉部分，在鋼管上按預定方案綁扎好氣囊，減小管道負浮力，從而降低鋼管與基槽之間的摩擦力，以防止防腐層破壞。

4.1 施工流程

拖管施工工藝流程框圖見下圖。

4.2 陸上氣囊滾動出運

為了保證陸上鋼管焊接質量，有效地保護好防腐層，同時使焊接好的鋼管能夠順利入海，我們采用氣囊滾動法出運。根據鋼管長度和重量，采用平移、滾動或吊裝方式把鋼管移動到管道軸線上的發射通道。發射通道用沙石作基礎，路寬12m。堤內發射通道總長250m到水邊，防洪堤與堤內發射通道交界處坡道用土工膜布袋沙作基礎。

出運氣囊的規格為：直徑1.2m、長度3.0m的特制氣囊。氣囊布置在原水輸水鋼管底部，經過計算氣囊與鋼管的承載力關系，氣囊每10m設置一個。一方面減少鋼管拖運的摩擦力，另一方面可以保護鋼管外層的防腐層。

堤外發射通道總長70m，用1m×1m×2m的鋼筋籠作為堤外發射通道骨架，內填充沙袋，外用尼龍網圍邊。發射通道用砂包形成弧面，然后鋪砂墊層，在墊層上澆筑10cm的素混凝土。堤外發射通道的曲率半徑為1000m，其結構和尺寸如下圖所示：

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