海底承插式玻璃鋼管道安裝施工工藝研究

上育平，寇君淑，房海勃，李明亮

(1.中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710065；2.西安工業(yè)大學(xué) 建工學(xué)院，陜西 西安 710032)

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海底承插式玻璃鋼管道安裝施工工藝研究

上育平1，寇君淑2，房海勃2，李明亮2

(1.中國水電建設(shè)集團十五工程局有限公司，陜西 西安 710065；2.西安工業(yè)大學(xué) 建工學(xué)院，陜西 西安 710032)

摘要：海底大直徑玻璃鋼管安裝受海上風(fēng)浪、潮差、海流及海床地質(zhì)等因素影響，操作技術(shù)難度大，操作風(fēng)險極高。針對柬埔寨西哈努克市火電廠海底大直徑玻璃鋼管安裝工程的特點，采用岸上哈夫接頭拼裝，水下承插接頭安裝的施工方法進(jìn)行安裝。在施工中，重點控制岸上接頭安裝精度、水下管道連接與密封工藝施工質(zhì)量，取得了很好的效果。本工程施工質(zhì)量控制措施可為類似工程施工提供重要的技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：玻璃鋼管；海底；管道安裝；施工工藝；質(zhì)量控制

玻璃纖維增強熱固性樹脂管簡稱玻璃鋼管(FRP管)，其主要特點除重量輕和輸送液體阻力小之外，還有抗化學(xué)和電腐蝕的作用，并保證供水水質(zhì)，因此被廣泛應(yīng)用在管道工程[1]。FRP管首先于20世紀(jì)50年代開始應(yīng)用于石油工業(yè)。后來在材料上進(jìn)行改進(jìn)，使FRP管耐腐蝕性能更強、使用壽命更長，并逐漸被廣泛應(yīng)用[2]。我國從70年代開始小批量生產(chǎn)玻璃鋼管，由于玻璃鋼管具有重量輕、摩阻小、壽命長、安裝簡單，且無毒無污染，防腐性好，不會對水造成二次污染等優(yōu)點，其后被大量應(yīng)用于石油、化工、造紙、城市給排水、工廠污水處理等行業(yè)[3-5]。但基本都為陸地鋪設(shè)，海底大口徑玻璃鋼管使用實例極為罕見[6-7]。

由于海底安裝玻璃鋼管受海上風(fēng)浪、潮差、海流、海床地質(zhì)以及操作技術(shù)等方面的限制，施工質(zhì)量很難保證[8-10]。同時，玻璃鋼管在水下鋪設(shè)，很難控制合適的管口環(huán)剛度，能保證管口在安裝時不變形[11-12]。同時，在水下安裝，水流流速、混濁度等因素的影響，給潛水員水下控制安裝帶來很大的困難[13-14]。為了克服上述難題，以柬埔寨西哈努克火電廠海底承插式玻璃鋼管道安裝工程為例，重點分析了施工工藝和各步驟施工的難點和重點。

1　工程概況

柬埔寨西哈努克火電廠位于西哈努克港以北15 km處，海潮屬日潮區(qū)，平均潮差0.7 m，海水最大流速為2 m/s，最大風(fēng)速12 m/s，最大浪高2.5 m。西哈努克火電廠采用玻璃纖維增強熱固性樹脂管，設(shè)計管徑2 000 mm，管道長度594 m，布置在海底，最大水深9.5 m，最小水深5.3 m。管材為南京某工廠生產(chǎn)，管道單根長12 m，壁厚25 mm，單根重量3 t。

電廠采用海水循環(huán)冷卻，取水工程布置在卸煤碼頭的西側(cè)，管線長度為594 m，在管線靠海域末端處設(shè)置一座箱型取水口，取水口為預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，取水口進(jìn)水底檻高程為-8.92 m，頂標(biāo)高為-1.5 m。管道安裝設(shè)計接頭主要以雙“O”型圈承插帶鎖緊連接為主，每4根管設(shè)置一個卡箍式哈夫接頭，管道結(jié)構(gòu)形式如圖1所示。單管輸水量約為26 730 m3/h(7.43 m3/s)，工作壓力約為-0.025 MPa～0.2 MPa，試驗壓力約為0.4 MPa，管道采用直埋方式，管頂覆土厚度2.0 m～5.0 m。

圖1管道結(jié)構(gòu)設(shè)計圖(單位:mm)

2　主要施工步驟與控制措施

本工程的主要施工步驟包括：① 管溝開挖；② 基礎(chǔ)整平；③ 管道陸上拼接、浮運及下沉就位；④ 水下雙“O”型圈鎖緊式承插連接施工；⑤ 壓水試驗；⑥ 回填。海底玻璃鋼管安裝的關(guān)鍵在于兩個方面：一是岸上哈夫接頭安裝的精度；二是水下雙“O”型圈承插連接。

2.1管溝開挖

管溝開挖采用水下爆破施工，在近岸水深小于2 m時，搭設(shè)簡易鉆孔作業(yè)平臺，手風(fēng)鉆或潛孔鉆造孔；水深超過2 m后，采用升降式水上鉆孔作業(yè)平臺，潛孔鉆造孔。采用由深水區(qū)域到淺水區(qū)域的鉆孔爆破順序。

2.2基礎(chǔ)整平

基床整平采用“導(dǎo)軌刮道法”。挖掘好的管溝，經(jīng)檢驗合格后進(jìn)行溝底碎石墊層的整平施工，碎石墊層厚度為0.5 m。在管道基床，用兩根長度為9 m的槽鋼分別沿基槽底部兩邊上平行排放作為導(dǎo)軌。對每根導(dǎo)軌的兩端進(jìn)行測量定位，采用厚度不同的混凝土墊塊及厚薄不一的鋼板墊襯導(dǎo)軌底部，確保導(dǎo)軌頂面處于設(shè)計管道底平面上。潛水員在水下以導(dǎo)軌頂部為準(zhǔn)，用一根長度不小于導(dǎo)軌間距的橫擔(dān)在導(dǎo)軌上來回刮動整平。

2.3管道陸上拼接、浮運及下沉就位

由于西哈努克火電廠管道安裝工程所處海域流速和海浪較大，為保證施工質(zhì)量，選擇岸上接頭安裝。同時，由于哈夫接頭安裝精度要求高于承插接頭，而岸上拼裝更易于精度控制。因此，施工中采用了岸上哈夫接頭拼裝，水下承插接頭安裝的模式。具體步驟如下：

(1)管道陸上拼接

管道拼接場地選擇海岸的臨時性坡形滑道上進(jìn)行，2節(jié)管組成一組。根據(jù)設(shè)計哈夫接頭布置位置，岸上連接一組采用哈夫接頭，一組采用承插接頭，將管道組接完成后，再對結(jié)合處的密封防漏性能進(jìn)行檢驗，合格后將管道兩端洗凈后，涂上潤滑油，最后將密封橡膠圈套在插口的凹槽中。接頭安裝和管道連接如圖2和圖3所示

圖2承插接頭安裝

圖3管道連接圖

(2)管道封堵

拼裝好的管段兩端采用專用的管道封堵氣囊進(jìn)行封堵，封堵端預(yù)留注水孔與排氣孔，用于調(diào)整管段下沉與上升幅度。氣囊布置安裝如圖4所示。

圖4氣囊封堵示意圖

(3)浮運

封堵好的管段，通過汽車吊調(diào)入海中，吊放時須設(shè)置不少于3個吊點，且中間吊點采用手拉葫蘆拉緊，使吊帶均勻受力。待管段浮于水面平穩(wěn)后，由一艘小艇，牽引管段一端掉頭并牽引管段至管線位置。為確保作業(yè)安全，浮運時最好選在無風(fēng)浪位且高平潮情況下進(jìn)行，并配備二艘小艇(交通船)左右接應(yīng)。如圖5所示。

圖5浮運圖

(4)注水下沉

管道浮運到準(zhǔn)確位置后，將預(yù)先準(zhǔn)備的水泵與管道注水孔連接，同時打開兩側(cè)排氣管，兩側(cè)同時注水，注水時盡量保持管道的水平，讓管道均勻下沉，直至管道處于懸浮狀態(tài)。浮吊水下安裝如圖6所示。

圖6浮吊水下安裝示意圖

2.4水下雙“O”型圈鎖緊式承插連接施工

管段下沉到位后，首先進(jìn)行管口軸線的對準(zhǔn)，在已沉管段的兩側(cè)分別配備一名潛水員，并分別從管道兩側(cè)檢查管段的沉放位置，同時聯(lián)絡(luò)水上小艇操縱人員，以便對起吊的高低、左右和進(jìn)退的距離進(jìn)行指揮，并對其進(jìn)行微調(diào)，使其滿足管道承插口間距小于1 cm的要求。管段與已安裝的管線位于同一軸線上，接口的角度偏差不得大于3°。安裝前，對承插接頭及已安裝好的密封橡膠圈再一次進(jìn)行檢驗，當(dāng)確認(rèn)安好無誤后，拉緊葫蘆使插口徐徐進(jìn)入承口。然后，沿鎖緊槽開口，將鎖緊尼龍棒穿入鎖緊槽。為保證施工質(zhì)量，管道承插嚴(yán)格按照以下幾點：

(1)下水前檢查管道承口內(nèi)是否光滑，有無縱向的溝槽和直徑超過1.5 mm～2.0 mm的氣泡。檢查插口的外表及斷面是否光滑，有無凸出處；“O”型圈槽的斷面及臺階有無分層現(xiàn)象；橡膠圈尺寸與插口是否匹配，以及橡膠圈是否有氣泡、裂紋、凸起、雜質(zhì)等現(xiàn)象產(chǎn)生。

(2)連接承插管道時，應(yīng)注意盡量保證試壓堵頭方向向上，以保證試壓時，空氣能夠排盡。

(3)安裝壓水試驗堵頭，在堵頭上纏繞密封生膠帶，確保堵頭密封的緊密性。

(4)將要連接的管道插口與承口調(diào)平、對中，對接頭偶聯(lián)區(qū)、環(huán)槽、承插口的密封面部分進(jìn)行清理，將非酸性、非溶解性的油酯(黃油、凡士林等)均勻地涂上。將橡膠圈涂上油酯，從插口下面往里套，直到入槽后，再強行上拉，為避免扭搓，應(yīng)使橡膠圈彈入槽內(nèi)。然后用手沿圓周檢查“O”型圈是否到位，將潤滑劑涂在大口徑管道需要在管道承口上。

(5)檢查承插頭之后，在插頭上畫出限位線，在兩管上將卡具卡上，對稱上緊兩只緊繩器或手拉葫蘆。將裝入“O”型圈的插口壓入承口，壓入深度符合限位要求即可。

(6)在管道承口和插口之間的環(huán)狀空隙中插入200 mm×15 mm×0.4 mm的鋼板條，沿周圍檢查一圈，確定橡膠圈在環(huán)槽內(nèi)的深度是否一致，若發(fā)現(xiàn)疑點，應(yīng)重新連接。插接及拆分承插偶聯(lián)件時，鐵鏈或鋼索不能直接與管道接觸。將扁帶狀鎖緊尼龍棒插入鎖緊槽內(nèi)。

2.5壓水試驗

水下承插完成后，再進(jìn)行聯(lián)接處的密封性試驗。在起重船上的試壓泵聯(lián)上用膠皮管將打壓嘴安裝上，繼而開動試壓泵進(jìn)行壓水檢查，其試驗流程如下圖所示。試驗壓力為工作壓力的1.5倍，保壓3 min，壓降不超過0.05 MPa，即為合格，依此類推直至管線安完為止。

2.6回填

海底管溝回填按照先后順序依次為碎石回填、混合倒濾層和護面塊石回填。① 碎石回填，當(dāng)管道安裝超過100 m后，開始回填。本項目回填利用了部分炸礁碎石渣料進(jìn)行回填，回填點距離安裝工作面應(yīng)大于70 m，以確保安裝安全。② 混合倒濾層回填，按照設(shè)計填料進(jìn)行分層回填，一次回填一個船位。③ 護面塊石回填，回填選用的石塊不能太大，一般最大塊石不超過100 kg～200 kg；亦不能太小，否則起不到保護管道被船錨抓傷的作用。管底下部的鞍形基床的回填更應(yīng)格外小心，不得吊起管道，由潛水員采用袋裝碎石將管腋塞填密實。

3　質(zhì)量驗收及運行效果

按照相關(guān)驗收規(guī)范[15-16]，每50 m作為一個驗收段，對玻璃鋼管安裝的中心到前沿線距離偏差、相鄰圓管齒槽錯臺、相鄰圓管頂高差、接縫寬度、上下層錯臺、豎向傾斜等全方位進(jìn)行了檢查驗收，共計檢查104個部位，全部符合規(guī)范要求，合格率100%。

該管道2013年10月份開始投入試運行，運行過流量滿足設(shè)計要求7.43 m3/s，運行至今為出現(xiàn)任何故障或缺陷，運行效果良好。

4　結(jié)　論

海底大直徑玻璃鋼管安裝受很多因素影響，安裝工藝復(fù)雜，施工質(zhì)量難以保證。針對柬埔寨西哈努克火電廠海底玻璃鋼管安裝，采用岸上哈夫接頭拼裝，水下承插接頭安裝的施工方法，有效解決了施工上的技術(shù)難點，保證了施工質(zhì)量，為類似工程提供了重要的參考經(jīng)驗。

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ResearchonInstallationConstructionTechniquesofSubseaSocketTypeFiberglassReinforcedPlasticPipelines

SHANG Yu-ping1,KOU Jun-shu2,FANG Hai-bo2,LI Ming-liang2

(1.SinohydroCorporationEngineeringBureau15Co.Ltd,Xi’an,Shaanxi710065,China；2.CollegeofCivilandArchitectureEngineering,Xi’anTechnologicalUniversity,Xi’an,Shaanxi710032,China)

Abstract：The installation of large diameter glass reinforced plastic pipes(FRP)under the sea is affected by sea waves,tidal range,ocean current and seabed geology and so on,so the construction is difficult with high risks.According to the installation engineering characteristics of large diameter FRP pipes in Sihanouk,Kampuchea power plant,the Hough joints were assembled onshore and then the socket joints were connected subsea.During the installation of FRP,it is very important to control the installation accuracy of the joints,as well as the construction quality of subsea pipe connection and sealing.The construction result is satisfactory,which provides some referential value for tsimilar engineering projects.

Keywords：glass reinforced plastic pipe;seabed;pipe installation;construction techniques;quality control

DOI:10.3969/j.issn.1672-1144.2014.06.025

中圖分類號：TU382

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672—1144(2014)06—0129—04

作者簡介：上育平(1977—)，男，陜西乾縣人，工程師，主要從事水工及港工方面的施工工作。

基金項目：陜西省教育廳自然基金項目(2010JK599)

收稿日期：2014-09-09修稿日期：2014-10-14