淺談過海管道施工技術

張劍鋒

（福建省水利水電工程局有限公司,福建 泉州 362000）

1 工程概況

福建省東北部沿海軍民融合引用水項目（三期應急工程）工程總承包（EPC）項目,過沙埕港段需要采用沉管方式進行施工。管道采用單根沉管跨海,管徑DN600,壁厚12 mm,Q345 B,沉管長為1377 m,北側下海點福鼎市佳陽畬族鄉(xiāng)蕉宕村（3013881.61,40531679.26）,南岸登陸點位于店下鎮(zhèn)北部的鼎盛鋼廠西北側（3012598.83,40532017.27）,兩端埋管段長度分別為110 m 和60 m。由于海上埋管段的海床大部分是淤泥質地質（南岸登陸段有拋石區(qū)域）,沉管采用先開挖后敷設管道的施工方式。其施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程圖

2 施工條件及難點

東北部沿海軍民融合引用水項目施工水域自然條件較好,基本不受外圍海域風浪、海流影響,對水下沉、埋管施工較為有利。施工區(qū)域位于溫熱地區(qū),受季節(jié)性氣溫影響較小,可實現(xiàn)常年施工。由于沙埕港海域兩岸有養(yǎng)殖區(qū)域,因此,水上施工會受到一定限制和影響。

東北部沿海軍民融合引用水項目管道穿越沙埕港水道路由,海水的水位受潮汐水的影響,呈規(guī)律性變化。場地潮汐水屬正規(guī)半日潮,落潮速大于漲潮速,據(jù)（1969 年～1975 年）潮位觀測資料統(tǒng)計（黃海高程）本區(qū)最大潮位為5.00 m,最小潮位-2.90 m,最大潮差7.90 m,最小潮差2.60 m,平均潮差2.30 m,平均高潮3.25 m,平均低潮-2.05 m。由于高低潮位差值較大,在落潮期間有一定的水流速度,因此,在鋪管沉放時,必須考慮較為穩(wěn)妥的穩(wěn)管措施[1]。

3 施工技術方案

3.1 掃海清障路由調查

為確保本項目按照預定時間完成,在正式開工前,必須對管道路由進行全面掃測和障礙物清理情況進行查驗,復核管線路由范圍內地質情況,為后續(xù)的施工船舶進場、管道順利敷設提供準確的信息,并且對管道路由和施工海域有一個更全面的了解,調查同時,復核和測放起始點坐標位置,為施工船舶進場后能夠立即組織施工做好準備。

對施工現(xiàn)場海床進行預先普查,著重檢查管道沿線施工區(qū)域內的海床情況,保證海床條件滿足施工船舶在該區(qū)域起拋錨作業(yè)的要求。掃海調查工作的主要內容如下：

（1）潮汐、水深測量。測量工程位置附近的潮汐數(shù)據(jù)。通過一個裝有多波束系統(tǒng)的調查船沿管道路由進行水深測量。

（2）旁側聲納掃描。管道路由兩側各100 m 為測量區(qū)域,調查作業(yè)區(qū)域內海床上不規(guī)則地形地貌特征和障礙物進行詳細的辨認,確保施工船舶的安全。

（3）淺地層剖面測量。管道路由兩側50 m 為測量區(qū)域,進行高分辨率淺地層剖面掃測,查驗路由區(qū)域的障礙物分布情況和地質變化情況,后續(xù)的管道溝槽開挖、埋設作業(yè)提供參考。

（4）潛水員進行進一步探摸確認。利用潛水員對調查區(qū)域內的任何障礙物、海纜和管線、平臺或者結構物的圖像和儀器進行詳細確認[2]。

3.2 短管及材料裝船及運輸

3.2.1 管道過駁裝卸

本項目所需管道、附屬材料由廠家運至鼎港船廠（南岸：管線下游2 km）裝船運至鋪管船側,辦理清點移交后,由鋪管船上吊機配合過駁至鋪管船上進行存放。其他材料均從倉庫領出,從碼頭進行裝船運抵施工船舶。

3.2.2 短管堆放

短管過駁至鋪管船管材堆放區(qū)存放時需墊上木質墊塊,兩側設立固定限位樁,層間采用橡膠墊或木楞進行間隔,以防管子滾動。存放管道的數(shù)量按照存管區(qū)的空間確定,以滿足2 天～3 天鋪設用量為佳。

3.2.3 輔助器材裝卸、運輸

領用的鋼管及附屬器材,由質量部派員進行現(xiàn)場或庫區(qū)查驗,大件材料以質量檢查表為主,外觀沒有缺陷、不影響組管焊接等即可,其他器材的查驗主要通過外觀檢查、質保資料的核對、規(guī)格尺寸的核對通過后,方可進入施工現(xiàn)場,重要器材必須有查驗影像資料留存,以供追溯調查。運管船舶在進入施工區(qū)域前,會先與項目部或鋪管船隊等部門聯(lián)系,在得到允許后停靠于鋪管船側面指定位置,停靠時應使船舶裝載區(qū)靠近鋪管船上吊機,以便過駁卸船,運輸船停靠后與鋪管船采用纜繩系牢,防止移位。管子吊裝使用專用索具和吊帶吊裝。在裝卸過程中應小心操作,避免對管子造成碰撞或擦傷之類的任何損傷,吊裝機械采用鋪管船上的履帶吊[3]。

3.3 鋪管船布錨

3.3.1 路由區(qū)海域現(xiàn)狀

本項目海上敷管路由區(qū)附近,是大量的養(yǎng)殖區(qū)間,對鋪管船展布有較大影響,根據(jù)現(xiàn)有路由地勘資料所提供的海底地形、地貌、地質狀況等情況,在施工前,應對施工海域路由范圍內的海底情況進行一次全面摸排,確保海底管道敷設施工開始后,能夠順利、安全地完成施工任務。

3.3.2 布錨原則

鋪管船在施工布錨之前,要對管線設計路由坐標進行詳細校核,同時調查設計路由沿線施工區(qū)域內其他設施的位置并標明,然后繪制出合理的錨位圖。錨位圖繪制完成后需按照程序上報相關單位審批,再根據(jù)批準后的錨位圖進行定位錨泊系統(tǒng)的布點放樣。

3.3.3 起拋錨工作

船舶必需按照相關程序得到指令后并根據(jù)批準的錨位圖在施工區(qū)域進行拋錨定位。根據(jù)工程現(xiàn)場施工條件及作業(yè)性質,并經(jīng)各參建單位研究討論決定主作業(yè)船按八字錨位法拋設6 個錨。

圖2 鋪管船拋錨示意圖

3.4 鋪管船鋪管

在正式施工前,必須充分做好各項準備工作,包括船舶、機械、起重設備等的保養(yǎng)和調試工作,鋪管船在正式鋪管前,各種相關設備、器械都要進行試運轉,確保萬無一失[4]。

3.4.1 首段管道長度的確定與鋪設

該段敷管既要保證本次的應急任務的完成,又要確保沉放的管道的安全,即在后續(xù)進行接長時,管道外端能夠保證吊出水面不會對管道造成損傷破壞。經(jīng)對管道的彎曲擾度曲線進行計算,第一次沉放的管段長度必須大于456 m 時,管道才會在管端起吊時不出現(xiàn)彎折損壞的問題。因此,前期需在岸端陸地臨時設置滑道進行首段的管道對接和發(fā)射,組焊和防腐完成的管道發(fā)射到水面暫存,待長度接到456 m 時,兩端封口,用拖輪配合牽引到管道溝槽位置,從岸端進行注水沉放。

為保證沉放效果和控制外端不入水,漂浮沉管前,分別在150 m、200 m、250 m、300 m 設置助浮裝置（如氣囊、浮筒等）,保證管道外端始終保持一定的浮力,讓管道呈彈性彎曲的弧度下沉入槽,方便尾端與鋪管船發(fā)射架連接。

3.4.2 后續(xù)管道的鋪設

后續(xù)921 m 管道在鋪管船上進行焊接組管、發(fā)射入海。首段管道鋪設完成后,岸端管口安裝緊固好悶板,布設好注水閥門及排氣閥,布置好牽引纜固定點。控制端起吊至鋪管船發(fā)射架組管焊接工位上進行后續(xù)管道的組管焊接。每根短管長12 m,在鋪管船上完成3 根短管的焊接（即36 m）進行一次水下管道的沉放鋪設,管道沉放是利用岸端注水閥向管內注水進行助沉。在發(fā)射入海前需完成所有相關試驗檢測,且檢測全部合格后才能進行水下管道的正常沉放鋪設作業(yè)。如發(fā)現(xiàn)質量不合格時,及時對 瑕疵位置進行返修,確保管道入海后質量合格率達到100%。循環(huán)作業(yè)至水下管道施工完成[5]。

鋪管過程中,管線屈曲監(jiān)控采用如下方法：作業(yè)過程中嚴格按操作規(guī)程進行作業(yè)。另外,需要派遣潛水員水下檢查。潛水檢查內容主要為：順托管架尾部向后檢查：檢查管道防腐層有無機械損傷等。繼續(xù)向后檢查包括管道與泥面接觸的管道位置及狀態(tài)等。發(fā)現(xiàn)異常時,潛水人員也需要進行下水檢查。再輔之以張緊器連續(xù)監(jiān)控,鋪管船所采用的張緊器能夠實時顯示張力,有專職人員監(jiān)控張緊器張力變化,并根據(jù)作業(yè)條件及對張緊器張力進行調節(jié)。

圖3 鋪管示意圖

4 質量控制措施

4.1 現(xiàn)場施工階段的質量控制措施

項目進入到現(xiàn)場階段時,涉及范圍廣,技術較為復雜,因此也必須選擇優(yōu)秀的班組精細施工。滿足工程實際的各種需要,施工人員需要熟悉設計圖紙,了解管道的功能。施工現(xiàn)場包括物流、交通、材料的堆放、廢料處理、環(huán)境保護等相關問題都要合理規(guī)劃。管道的鋪設要進行吊裝的應力和變形驗算,計算起重船舶的位置,調點、調高吊具是否滿足要求,要控制管道下沉的速度,盡早地完成鋪設工作,防止出現(xiàn)異常的位移,影響管道沉放的質量。

4.2 材料進場計劃的質量控制措施

隨著科學的進步,材料的種類和質量也都在不斷提升。對于選購的原材料,會直接影響到工程的整體質量,因此,想要保證工程的質量,就必須要對原材料的質量予以保證。采購材料之前,各參建單位需要進行比對,控制材料質量,購買之后需提供材料,質量保證的相關文件,對于不合格的產(chǎn)品禁止使用。

4.3 施工機械的質量控制

開展任何的建設活動,必會用到大型的工程機械設備,這些設備是否完好,是否運轉如常,以及是否具備相應的技術能力,都會影響到施工作業(yè)的效率。同時也對質量產(chǎn)生一定程度的影響,如果采取專業(yè)化程度高的高精尖設備,那么雖然能夠實現(xiàn)高質量的保證,但同時經(jīng)濟成本也會有所增加,因此應當選擇恰當?shù)氖┕ぴO備,并及時對設備進行檢修,防止設備更新不及時產(chǎn)生的效率不合理。為了控制機械對于施工質量的影響,需要在施工的時候對于項目本身的需求進行重點關注,并在此前提下尋求合適的設備開展有效操作,對設備內容進行嚴格的管理,適時的檢修。

5 結語

過海管道施工技術與管道工程建設和人們的生活息息相關的,所以對于管道工程的質量也需要有一定的保障。但是現(xiàn)階段很多施工企業(yè)對過海管道施工技術并不成熟,并且相關技術規(guī)范及標準比較缺乏,所以針對過海沉管段施工技術在工程的應用,必須精研技術,踏實落實,為企業(yè)爭取市場上的核心競爭力。相關研究者應加大過海管道施工技術的研究,推出標準,并提供更多技術實施方案和思路。