深海排污管道施工技術應用

王穆芝 欒成浩

（中國人民解放軍 72702部隊，山東 青島 266021）

0 總體概述

我國海域遼闊、海岸線綿長。生態文明建設關系人民生活，關乎民族未來。霧霾天氣范圍擴大，環境污染矛盾突出，是大自然向粗放發展方式亮起的紅燈。必須加強生態環境保護，下決心用硬措施完成硬任務。沿海城市為保護海洋資源和環境，促進海洋經濟可持續發展，建設污水排海管道深海排放工程項目對減輕環境污染尤為重要。

1 深海排污管道材料的選擇

目前，國內比較常用的排水壓力管材有鋼管、球墨鑄鐵管、HDPE管、玻璃鋼管、預應力鋼筋混凝土管等。當對深海排污管道而言，結合海域施工特點，要求管道具有良好的韌性，機械強度大，整體性好，使用壽命長等特性，滿足海上施工復雜工況，選用鋼管、HDPE管最為合適。

2 鋼制管道加工工藝

為滿足使用、強度、穩定和自然環境條件的要求，每種鋼質管道在直徑、管壁厚度、適用材質、防腐措施等皆有所不同，從而使用規范標準要求也不同，在實施中細致把握，嚴格遵守各項規定是保證工程質量的關鍵。

以工程鋼管材質品種為Q235C低碳鋼為例：

2.1 鋼管材質

1）鋼質管道材料技術要求主要包括煉制方法、化學成份、熱處理，力學性能、各種質量控制試驗、資料文件及標記方法。

2）所有材料均應附有出廠試驗證明書，包括熔煉爐號、制造方法、試驗結果及認可試驗等項目。

3）所有材料均應標有制造廠、等級、熔煉爐號、尺寸和用途等項內容的標記，這些標記要易于辯認和查找。

4）禁止使用產地不詳或材質不明的材料。

5）化學成份

（1）鋼材應具有與規定的制造，加工和焊接工藝要求相一致的化學成份，以保證足夠的強度、延性、韌性和抗腐蝕性。

表1 碳素結構鋼的化學成分要求

（2）化學成份應由爐罐分析和成品分析確定。每爐鋼均應進行爐罐分析。每50t成品為一批，每批應做一次化學成份校驗分析。

6）力學性能

（1）材料的基本力學性能：屈服強度、抗拉強度、伸長率、斷面收縮率、韌度和焊接接頭硬度均應作為質量控制的內容。

表2 結構鋼拉伸和沖擊性能要求

（2）母材取樣位置應盡量垂直于軋制方向。

（3）力學性能試驗方法按相應國家標準執行。

7）抗拉性能

（1）實際屈服強度及抗拉強度應符合材料級別的要求。

（2）一般情況下，材料的屈強比最大應不超過0.85。冷脹管材料屈強比可提高至≤0.9，但必須保證實際的屈服強度亦相應成比例地高于規定的屈服強度。

8）抗脆斷性能

（1）母材和焊管應具有適當的抗脆斷性能。其韌一脆轉變溫度應低于最低的設計溫度。

（2）母材和焊接接頭通常應滿足平均的夏比V型缺口沖擊功，單個值至少應為規定的最低平均值的75%。若無該評定資料時應做夏比V型沖擊試驗。

（3）沖擊試驗溫度本工程應按設計最小溫度（當地溫度減5℃)選用.但最大應不高于20℃。

9）焊接接頭抗氫性能

在焊接和使用期間，最大硬度應保持在足以防止氫脆的安全范圍內。焊縫的任何部位的硬度不得超過325HV10。

10）管件用鋼材質：對彎管、閥門、法蘭、三通、支承、機械連接結構等管件的材料，應符合對同等級別和壁厚的干管所規定的材料技術要求

11）為檢驗管材的各種性能，須按上述要求進行各種試驗，試驗項目有：

（1）鋼材化學成份及力學性能試驗

（2）鋼材和焊接接頭拉伸試驗

（3）鋼材和焊接接頭夏比(V型缺口)沖擊試驗

（4）焊接接頭彎曲試驗

2.2 焊接材料

1）焊接材料應適合于規定的焊接用途。焊縫應具有所要求的性能。

2）焊接材料應按通用分類法予以分類。低氫型堿性焊條一般應用于抵合金高強度鋼的焊接。

3）建議在手工電弧焊時：對于Q235C鋼采用E4303（J422）焊條，在埋弧自動焊時：Q235C鋼采用H08焊絲和431焊劑。

4）化學成分

焊縫的化學成分應與母材相一致，以防止整體或局部的腐蝕。

5）力學性能

焊縫金屬的力學性能應滿足母材的要求，應避免過多地超過母材的屈服強度和抗拉強度。

6）焊條使用和保管

（1）焊條應存放在干燥處，防止污染、受潮和生銹。

（2）儲存低氫焊條時的相對濕度應保持在40%以下，焊條的烘干、使用等要嚴格按焊條生產廠的說明書進行。

2.3 鋼管成品的工廠制造

從購料開始—直到合格成品管及安全堆放的全部工程內容。如：材料購置，號料配料，下料矯正、坡口打磨、卷制、焊接，目測檢驗與射線探傷、水壓實驗、修理補強、防腐鋅塊安裝、防腐塊保護罩制造與安裝、除銹內外涂層和檢驗及成品管的安全堆放。

制造廠應具有制造符合質量要求的管子及管件、管段預制的資格和能力，并應具備相應的資質，同時制造廠應建立和實施包括制造、預制組裝的每一個步驟的可靠的質量控制系統。質量控制的職能應由有資格的人員指導和實施。

3 主要施工關鍵點

根據設計工程管道材質、直徑、壁厚、長度等因素確定合理的施工分段數和每分段長度。管道直徑一般為DN1000-1800，分段長度300m-700m為宜。

3.1 管道接長出運

在施工現場附近易于管道下水的地形設置拼裝場地，場地寬度宜為20-30m，長度宜為150-200m。設置2臺5-10T龍門吊，用于管道的吊裝接長，設置1臺17m3空壓機用于管道漂浮。管道生產工廠化，為了便于運輸以12m為管節長度為宜。

鋼管-焊接接長至場地有效長度為一單元-利用氣囊滾動下水或橡膠滾輪滑道-依次接長至施工分段長度。

HDPE管道-熱熔焊接至場地有效長度為一單元-滑車（固定配重塊）軌道下水-依次接長至施工分段長度。

管道入海端設置盲板，在盲板上安裝3個直徑DN200的蝶閥，等腰三角形布置，起到進水、排氣的作用，控制管道的漂浮與沉放。

管道出運在高潮時間段實施，利用管道空管漂浮原理，待管段全部入海后在近岸區域存放。

3.2 海上定位

管道海上施工定位方法一般分為定位樁和定位船或兩者相結合的方法。

定位樁-管道鋪設前按管道路由走向按一定距離安裝鋼樁龍門架。

定位船-在管道敷設時由施工船來對管道定位。

3.3 水上對接沉放

1）管道水上安裝原則應從終點向岸邊進行，管線按工程劃分好的段數進行海上連接，管段間采用法蘭對接方式或電焊連接。沉放時應對管道進行拖拽，以保證管道順直下沉。

2）首先從終點（留出擴散管道長度）向岸邊安裝管道，將存放近岸處的2段管道利用空壓機充氣排出管道內海水使之浮起，利用氣囊、浮箱、起吊設備使管端升離海面，拆除封堵，兩兩相連，管道接長后；用2艘自航駁船分別將管道拖至指定區域，將管道置于定位樁內，1艘自航駁船和潛水船在終點處，另1艘自航駁在管道的另一端定位，打開放氣閥門，通知潛水船，潛水船在終點處打開進水閥門使海水緩慢流入管道內，保證管道徐徐下沉直至沉入海底。

3）將存放近岸處的管道利用空壓機充氣排出管道內海水使之浮起，用1艘自航駁拖至指定區域，將管道置于定位樁內，潛水船在首次下沉管道靠岸方向端部，潛水員下水連接管道進氣管道與船上空壓機對接，此時潛水船至管道終點處就位，打開排水閥門。利用駁上起吊設備，空壓機打氣排水，使管道漂浮海面長度達到200米時，空壓機停止供氣，同時通知潛水船關閉排水閥門，利用氣囊、浮箱、起吊設備使管端升離海面，拆除封堵，水上管道同樣是利用氣囊、浮箱、起吊設備使管端升離海面，拆除封堵，然后進行管道對接，1艘自航駁在管道靠岸邊方向的端部就位，對接完成后打開放氣閥門，通知潛水船在終點處打開進水閥門使海水緩慢流入管道內，保證管道徐徐下沉直至沉入海底。

4）依次類推，直至管道接長岸邊。

5）擴散管道單獨進行水下安裝。

3.4 管道水下土石方

主要包括水下管道、擴散管道、水下護坡、護坦、臨時圍堰等和其它將要在施工水位以下實施的所有工程內容，從工種上有水下溝槽土方開挖、水下溝槽的整平、拋砂墊層、水上拋石、護坡、護坦的理坡、水下拋理砂袋、石方和碎石袋以及水下回填等項目。

水下工程除其難度較大外，另一個重要特點是隱蔽性、不可見性，這就需要按要求嚴格施工，采用各種快速施工方法、特殊工期、新的技術力求節約材料，并與工程師密切配合，抓緊及時檢驗，每一工種工序必需取得工程師的認可以后才能進行下道工序。

施工水位是陸上施工和水下施工的分界線，施工水位的與施工方法、施工進度、施工水平和當地環境條件等有關。確保其合理性、可行性，并符合規定和符合實際。

4 結束語

每一項工程的順利實施都離不開周密的組織設計，完善的施工準備，科學的精細施工，工序的嚴格把關，過硬的技術隊伍，精良的施工裝備，質量第一、安全第一的施工準則，高度負責的主人翁意識。只有我們按照客觀規律辦事、尊重科學，才能在工作中事半功倍。