海底輸水管道維修技術

吳小南

（廈門市汀溪水庫管理處，福建 廈門361100）

海底輸水管道維修技術

吳小南

（廈門市汀溪水庫管理處，福建 廈門361100）

海底管道已經到了服役的后期階段，極易出現安全事故，需運用管道維修技術加以維護。結合海底管道的分類、損壞情況。對大嶝島原水輸水管道維修進行了探討。

海底管道；修復技術；技術應用

1 海底管道的分類

海底管道按輸送方式可分為輸油、輸氣、油氣混輸、輸水管道；按結構可分為雙重保溫管和單層管道；按工作范圍可分為油氣集輸送和外輸管道。

2 海底管道損傷原因

由于海底油氣管道的服役期限等問題，出現了銹蝕、第三方破壞等損傷，隨著使用年限的增加，損壞率在逐年遞增。

2.1 設計和路由選擇不合理

由于設計和路由選擇不合理，管線在施工中受到損傷而難以被察覺，在后期運行中才暴露出來。

2.2 管道作業帶來的刮碰

當海底管道位于海上作業時，在船舶運行航道、拖網捕撈區域的工程施工區域范圍內給海底管道帶來刮碰傷。

2.3 長期受到海流沖刷

作業管理長期受海流沖刷，使管線露出海床，形成懸跨段，管線安全受到威脅。

2.4 堅硬物體碰撞

海面上拋灑下的堅硬物體，對管道的大力碰撞造成損傷。

2.5 管道受腐蝕嚴重

海底管道輸送的介質具有腐蝕性，從內部給管道帶來腐蝕，而且海洋的環境日益受到污染，其中不乏有腐蝕性物質，在內外腐蝕的合力攻擊下，管道的受腐蝕性更加嚴重。

2.6 介質流動帶來的振動

由于介質流動帶來輕微振動，使管道周圍土體發生松動，長時間的松動加上海流的沖刷，管道發生懸跨和浮出海溝問題。

3 海底輸水管道維修技術

3.1 鋼套袖修復

3.1.1 焊接式鋼套袖

使用與原管道型號相同的兩個半圓形鋼套，套在破損管道的表面，將半圓形鋼套焊接在破損管道上，然后在鋼套袖和管道間的縫隙上填充密封材料。焊接式鋼套袖的維修方法適合在小面積的淺水管道中使用。

3.1.2 機械式鋼套袖

采用螺栓緊固的方法，將兩個半圓形鋼套袖固定在受損管道上，間隙內也要填塞密封材料。采用這種修復方法的優勢在于不影響管道的正常輸水，不需要切斷管道，但水下焊接的質量難以得到保證。

3.2 外卡具修復

使用外卡具施工是將堵漏用的卡具安裝在管道泄漏的地方。主要由上殼體、下殼體、液壓、密封結構等組成。施工中通過卡具上的液壓機構將殼體打開后，潛水員將卡具扣在泄漏管道的管段上，用液壓扳手將殼體的螺栓緊固，使卡具牢牢地密封在泄漏管道的破損處，卡具的軸向和環向密封程度應達到設計要求，這種方法適用于泄漏較小的水下管道修復。

3.3 連接器修復

連接器修復包括兩種，一種是法蘭連接器，一種是機械三通修復。

3.3.1 法蘭連接器

法蘭連接器修復是在管兩端安裝法蘭連接器并焊接。焊接后的連接方式與管段之前的法蘭連接器的連接方式相同。先將管段進行切割，然后將新的法蘭連接起安裝到管端后，使用螺栓拉伸器擰緊螺栓，造成法蘭連接器的凹槽與管道表面接觸后產生塑性變形后產生密封。這種方法適用于大面積長距離的管道更換，而且可以調節安裝角度和方向。缺點是需要采用切割的方式，容易造成微小泄漏。

3.3.2 機械式三通修復

使用水下開孔機和封堵器對管道進行橫向和環向的修復。優點是可以在水下自由打開和閉合，缺點是需要對水下管道進行停輸。

3.4 水下焊接修復

水下焊接修復是水下破損管段進行切割然后進行機械處理，完成短節和管道的對口后再焊接起來。水下焊接的方法效率很高，在深水區域的海底管道的維修上運用較為廣泛。

4 案例分析

廈門市位于福建省東南部，處于九龍江出海口的金門灣內，臺灣海峽西岸的中段。廈門市轄6個區，大陸海岸線長194km，大小島嶼48座。廈門島海域寬闊，面積1000km2，港闊水深，外航道水深達12～25m，寬1000m以上；內航道水深大部分在10m以上，局部8m，寬數百米。隨著廈門經濟的迅猛發展，近海島嶼經濟的開發成為一個新的經濟發展點。受地理位置制約，該市水資源在時間和空間分布極不平衡，水旱災害和島嶼缺水現象長期存在。島上居民飲水相當困難，只能依靠水井取水、雨水收集、大陸運水，水量有限，水質較差，嚴重制約海島經濟的發展。

4.1 工程概況

廈門市翔安區大嶝島由大嶝、小嶝、角嶼3個小島（俗稱“英雄三島”）組成，“三島”利用大嶝供水工程每年從大陸引入超過300萬t的生活用水，解決了“三島”長期困擾的用水難問題，極大促進了“三島”的經濟發展。2007年，對“三島”實施開發建設，在大陸與大嶝島之間拆堤建橋，大嶝島供水管道同步遷改。

過海管道施工一般采用沉管施工或拖管技術，沉管施工難度小、工期短、投資省、維修方便，通常情況下作為跨海供水管道施工的首選，但拆堤建橋后期將對海域進行航道清淤，清淤深度達7m，不利于管道的安全運行。故本次遷改采用了非開挖水平定向拖管技術，沿大嶝大橋走向敷設海底跨海供水管道。過海管道長1180m，管材采用聚乙烯PE給水管，管外徑630mm，管道工作壓力0.6MPa，考慮到拖拉管施工時管道受到的磨損阻力，拉力較大，故在頂管施工中采用的PE管為加厚管道，壁厚加一級。

4.2 事故分析

2014年1月，過海管道大漏破損，無法正常打壓通水，已經停止使用（采用臨時管道供水）。究其原因，一是由于管道母材夾渣、氣孔、裂紋引起管道漏水；二是由于外力拉傷或海床變遷引起裂縫漏水；三是由于外力強烈作用引起管道斷裂漏水。由于無法第一時間確定損害點，只能根據海床出水點初步判定斷裂地點。

圖1 事故平面圖

本工程據過海管道竣工圖和現場調查，管道現狀覆土9.7m，離大潮海平面深12.3m，航道清淤深度8.2m，清淤后管道覆土還有1.5m，無法依據海床出水點確定管道斷裂點。通過DGPS對管道精確定位，利用水下CCTV或旁掃聲吶沿管道走向進行拍攝掃描確定破損海管是否斷裂、變形，并標定海管破損點的平、剖面具體位置。了解事故海管的現狀后，根據經驗判段，海管破損處可能是在熱熔焊接處或管身隱性損傷引起破裂。首先要做出切實可行的修復施工方案。

4.3 管道修復方案

結合本海域實際情況，海水深度不足3m，覆土厚度深達9.7m，故常壓干式沉箱修復技術無法在本項目中實施。經比選，決定采用沉井工藝結合海底管道修固技術進行修復。

4.3.1 沉井安裝

通常沉井工藝為鋼筋混凝土結構，考慮管道修復后的拆除，本工程沉井采用鋼桶沉井，直徑8m，每節長3m，十字架支撐，每節鋼桶16個鋼板焊接點連接，鋼桶吊裝采用海吊船，定點吊裝固定。根據海潮，利用低潮水位進行鋼桶安裝。第一節鋼桶中心點根據DGPS定位安裝，利用船載挖掘機在低潮時進行外力下沉，進入淤泥層，同時連接第二節鋼桶；考慮鋼桶連接處的密封，下一節鋼桶安裝時，前一連接縫必須沒入淤泥，避免海水灌入沉井內。

4.3.2 沉井開挖

采用抽泥泵和高壓吹泥相結合，進行沉井開挖。沿鋼桶內園周均勻安裝4臺口徑300mm的抽泥泵，泵頭超出鋼桶下沿一個泵頭位置；沿鋼桶內園周均勻安裝8臺口徑100mm的高壓沖泥泵，泵頭離鋼桶下沿1m，可擺動。利用高壓沖泥泵沖稀海泥，大功率抽泥泵抽走泥水，同時利用抽泥泵和沖泥泵的自重幫助鋼桶下沉進行開挖。

4.3.3 管道修復流程

（1）鋼桶下沉到距離管頂50cm時，沖泥泵停止工作，抽泥泵保持井內無積水，鋼桶井保持不再下沉。

（2）移動1臺沖泥泵將管道沖洗出來，調用1臺抽泥泵將管道周邊泥漿抽走，使破損處管道完全暴露。

（3）切除供水管道的破損處，進行母管熱熔焊接和新管與母管連接。

（4）在焊接破損的管道兩側向外100cm距離，用管道修復套裝給管道連接處做1層有效的永久修復，該修復套固化后可以承受30MPa/cm2壓力。

5 結語

海底輸水管道的損傷可以劃分為很多種類，因此針對不同損傷要采取不同的修復方法。總結本次事故中，建議過海管道設計應考慮在滿足設計供水要求的前提下，利用雙管供水，同時兩條管道的施工位置應有一定距離。

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（責任編輯：姜彤宇）

Technology of submarine water pipe maintenance

WU Xiao-nan
（Xiamen Creek Reservoir Management Office，Xiamen 361100，China）

The submarine pipelines are prone to accident in the latter stage of service.The pipeline need maintenance by the technology.This paper combined with the classification and damage situation of submarine pipelines，the maintenance technology of Xiamen Dadeng island water pipeline is discussed.

submarine pipeline；repair technology；technology application

U17

：B

：1672-9900（2017）02-0085-03

2016-02-21

吳小南（1968-），男（漢族），福建廈門人，工程師，主要從事水利工程建設與管理工作，（Tel）0592-5516785。