淺談金門自大陸引水工程多種敷管工藝的應用

陸靜峰

摘要：近年跨海輸水管道項目日益增多，本文介紹了金門自大陸引水海底管道工程在實施過程中采取的幾種不同的海管敷設工藝。

關鍵詞：海底輸水管道；敷管工藝；應用

一、工程概況

金門島屬資源性缺水地區，從福建供水至金門是解決該地區缺水問題的有效途徑。金門供水工程取水于福建晉江龍湖，常年水質保持Ⅱ類，輸水管道線路總長約28公里，其中海底管道長16.052公里。

海底管道設計為單根管徑800mm高密度聚乙烯（HDPE）管，最大水深24米，設計流量為每日3.4萬立方米（遠期達每日5.5萬立方米）。管道從金井鎮沿海大通道側海堤入海，沿著西南方向斜穿圍頭灣海域，然后從金門島田埔水庫附近海灘登陸，最終供水管接入新建納水池。

二、主要應用的敷管工藝

海底管道沿途依次穿越晉江端金井灘涂、塘東沙堤保護區、石井航道、金門海灘等區域，施工條件多變、復雜。針對上述不同施工環境及條件，施工方因地制宜設計了不同的海底管道敷設工藝，見下表：

三、各段施工方法介紹

1.金井灘涂

金井灘涂位于金井鎮海堤至塘東沙堤之間，總長約1500m，低潮位時全部外露，泥面高程介于0m—-1.5m（金門水頭中潮高程基準，下同）之間，圍頭灣海域平均高潮位為1.91 m，平均低潮位為 -1.79 m，平均潮位為0.01m，平均潮差為 3.70 m，平均潮位時不能滿足大型施工船舶吃水深度要求（挖泥船2m，泥駁3.2m，鋪管船2.8m），所以按常規挖泥船先行挖槽、鋪管船后續鋪管的連續施工方法不能實現，只能選擇乘潮施工。

（1）港池疏浚

首先為確保鋪管船在最高潮位時能順利到達金井海堤處入海點，需在近岸500m范圍（K0+000—K0+500）內以設計管線為中線疏浚一條港池，港池寬30m（船寬18m），開挖深度0.5m—2m，由4艘水陸兩棲挖掘機平行開挖，疏浚一段鋪管船跟進一段，直至鋪管船在最高潮位時駛至海堤側，鋪管托架頭部抵達設計入海點位置。

（2）乘潮施工

低潮位：4艘兩棲挖掘機沿設計管線分段開挖管溝，開挖泥沙臨時堆放在管線一側，注意潮向變化規律，盡量降低回於量，并避免堆土高度影響鋪管船鋪管。此段時間內鋪管船基本擱淺在灘涂上，只能在甲板上進行吊管、配重塊安裝、管道熔接。

高潮位：兩棲挖掘機停止開挖，鋪管船浮起，啟動錨泊系統，鋪管船往金門方向后退，每次行程為一根管道距離（40m），管道通過鋪管托架滑入灘涂溝槽內，完成一次單根鋪管作業。

由于每次吊管、配重塊安裝、熔接管一套流程要3-4小時，因此每次漲落潮只能敷設一根管道（40m），每天兩次潮汐變化，正常每天鋪管進度為80m，兩棲挖掘機開挖進度也必須滿足鋪管進度要求。

（3）安裝混凝土席塊、回填

灘涂區席塊安裝及回填也要乘潮施工，高潮時起重安裝船攜帶混凝土席塊進入管線附近并由潛水員配合水下安裝席塊，低潮時船舶擱淺在灘涂，可在吊機吊臂的工作半徑內安裝席塊。

2.塘東沙堤保護區

沙堤保護區位于晉江市金井鎮塘東村海域，是在潮汐和風力共同作用下堆積而成，象一條玉帶從岸邊伸入大海，是全國僅有的特色沙堤，更是亞洲唯一觸角型沙堤。金門供水設計管線需橫穿沙堤，常規的水下開挖方案會導致沙堤大范圍塌方，引起沙堤形態變化，破壞周邊自然生態。項目部組織專家論證，考慮到穿越沙堤部位在漲潮時全部淹沒，在退潮時能全部露出，最后形成了先沉管再開挖埋管的方案，主要工序如下：

（1）接管

鋪管船錨泊在沙堤外側深水區（K3+500附近），利用鋪管船接管平臺及鋪管托架連續接管，第一根管頭安裝堵板，已接管臨時浮在海面上，每接一根（40m）往沙堤方向漂浮牽引一根，直至累計接管長度達到1000m，滿足穿越沙堤管道長度要求。浮在海面管道用纜繩捆綁，系靠在預先間隔一定距離沉打的定位鋼管樁上，抵抗海浪沖擊。

（2）拖管

選擇無風晴好天氣漲潮時機，用拖輪將浮管牽引拖移橫穿沙堤，根據預打鋼管定位樁指引及交通船跟蹤測量定位，調節管道走向，保持好線行。

（3）與灘涂管道熔接

將灘涂段已安裝管管頭打撈出水面，擱置在吃水較淺的浮駁上，把沙堤段浮管管頭也吊到浮駁，用熔接機熔接兩管頭，使沙堤段與灘涂段管道連通。

（4）定位沉管

再次微調管道位置及線形，打開金井海堤入海點處灌水閥門，浮管開始灌水、排氣、下沉，管道由灘涂往金門方向依次緩緩沉至水底，下沉深度1.5—2.5m。

（5）開挖埋管、安裝席塊

落潮時沙堤全部露出水面，利用挖掘機沿管道兩側同時挖沙成槽，管道沉入槽底，直至滿足深度要求。履帶吊吊裝混凝土席塊，覆蓋到管道上，增強水下管道穩定性。

沙堤段開挖埋管全部是干式施工，避免了水下大型挖泥船開挖導致的沙堤大范圍塌方及泥沙流失，過沙堤施工效果得到了當地政府及村民的肯定。

3.海上段

隨著管道離開塘東沙堤繼續往金門方向延伸，水深逐漸加大，最深處達24m，海上施工受風、浪、霧的影響也逐漸增強，施工難度加大。

海上段主要采取挖泥船先行開挖管溝、鋪管船連續跟上鋪管、起重安裝船后續安裝席塊的工藝，其主要流程圖如下：

（1）開挖

深水區采用1艘25m3抓斗挖泥船開挖，配備1艘1200m3泥駁裝卸泥沙，輔助船舶包括2艘錨艇、1艘交通艇。

（2）鋪管

根據工程海況條件、施工特點及工期要求，本工程海上管道安裝采用鋪管船鋪管為最佳選擇，鋪管船能在海上連續鋪管，確保了施工質量及施工安全，同時能提供足夠大的施工平臺，以及良好的抗風浪能力，具備一定的儲存空間，用于存放管材和接管場地。

本項目海上管道敷設由海洋工8899號鋪管船完成，此船可抗8級風浪，總排水量5000t，鋪管托架長56m，集合了中央控制室、儲管區、錨泊系統、鋪管托架、接管區、起重機、GPS定位系統、水下開挖埋設系統等。

海上鋪管主要流程：

4.石井航道

金門供水管道與現有石井—圍頭灣5000噸級航道交匯區長度約150m，與在建石井—圍頭灣5萬噸級航道交匯區管線長度約510米（見附圖）。5萬噸級航道左邊線外有“圍頭灣6號燈浮”與“圍頭灣8號燈浮”，兩燈浮標距離1.9千米，其連線內側水深均在12.0米～14.5米，可滿足現有航行水深5.6米的設計要求，所以整個規劃5萬噸級航道區（510m寬）都可滿足目前5000噸級航道通行要求。

（1）海上鋪管作業占據水域范圍分析

鋪管作業時管道沿托管架下滑至海底，確保管道在預定的敷設路線上進行敷設下沉，鋪管船根據所測設的導標進行錨泊。鋪管船鋼絲繩直徑為52mm，每根長300m，共四根，錨重5t，呈“八”字型布設，夾角為45°。船舶兩側各設一側錨，防止前后錨移錨時，船體偏移，折斷已鋪設管道。鋪管船各錨鏈拋出長度約為100m，鋪管船長86m，寬18m，鋪管托架長56m，估算出進行開挖施工時所需水域長度約為250m，寬度約為200m。

管道在托管架的支撐下，自然彎曲成“S”型曲線，一般可以分成兩個區域：一為拱彎區，從鋪管船甲板的張緊裝置開始，沿托管架向下延伸到管道開始脫離托管架支撐的抬升點為止的一段區域；另一段為垂彎區，是從拐點到海床著地點的一段區域。

管道在鋪設時，管道隨鋪管托架緩緩滑入海底溝槽，前側有一段管道是依附在鋪管托架懸空在海水中的，并沒有著地，如果有船舶從船頭通過的話，可能掛到管道或鋪管托架，所以船頭應保持一定的安全距離，管道懸空部分占據的水域隨入水角度和水深的不同而異，水深越大，入水角度越小，則懸空部分所占據的水域越大。鋪管船前側深入水中的托架長度長56m，按入水角度30°計算，水平長度為56×0.866=48.5m，小于拋錨區長度（100m），在鋪管施工拋錨區范圍以內，固懸空管段及伸入水中的托架不會影響到船舶通行。

（2）航道交通導行

海底管道按自北向南的順序連續施工，施工船舶自北側邊線進入后，航道臨時改道至左側區域，船舶進入左側施工時，再恢復現有5000噸級航道通行。

本供水管線與規劃航道交點為L、O、R，管線施工時作業船舶向西南方向（金門方向）推進。當施工船舶位于O～R側拋錨作業時，作業船舶前方設置兩個綠色（夜間發光）錨纜標，指示商船從施工區左側慢速通過；當施工船舶位于L～O側拋錨作業時，作業船舶后方設置兩個紅色（夜間發光）錨纜標，指示商船從施工區右側慢速通過，確保供水管線于航道區域施工期通航安全。

5.金門登陸段

金門登陸段地形復雜， 14K至登陸點間為巖石區段，區段內巖石露頭密布于海床上，管線以S型繞行主要巖石露頭；登陸區附近區域有巖石露頭分布，可能影響船舶拋錨，固鋪管船不能直接靠近岸邊鋪管，只能采取拖管、沉管方案。

（1）拖管長度確定

0—120m（0m為金門登陸點，往晉江方向計量長度，下同）：沙灘段，低潮位時能露出，海床面高程變化范圍為：4m—-1.5m

120-350m：淺灘段，海床高程變化范圍大致為：-1.5—-4.5m；

350m以外：海床高程低于-4.5m，平均低潮位水深大于2.7m；

鋪管船長度：船體長80m，鋪管托架長65m，合計145m；綜合考慮地形、潮位、鋪管船作業范圍，最終確定登陸段拖管長度為500m。

（2）登陸段管道安裝

開挖方案：120-500m由挖泥船乘潮水下開挖溝槽，0-120m為沙灘區，待拖管到位后再用挖掘機挖槽埋管。

管道安裝：鋪管船在離岸500m處棄管，調轉船頭往金門登陸點方向，開始熔接管道，管頭用堵板密封，已接管漂浮在海面上，每接一段，往岸上方向拖一段，總接管長度500m，在最高潮位時，利用陸上卷揚機拖拉管道登陸，管頭至預定地點后灌水沉管，并在500m處海面上進行最后一個接頭的熔接。

席塊安裝、回填：0-120m為干式施工，用挖掘機從兩側挖槽，吊車吊裝混凝土席塊蓋到管上，再用沙土回填；120-500m席塊安裝由潛水員在高潮位時配合小型起重船水下安裝。

四、結語

本項目是涉及兩岸通水的民生工程，施工品質控制尤為重要，受地形、地質、臺風、季風、養殖區搬遷、沙堤保護、穿越航道等多種因素影響，海上施工難度較大。在施工過程中根據不同施工環境及條件，選取了多種海底管道敷設工藝，并取得滿意效果，在今后類似海管工程中值得借鑒。