海底輸水管道維修技術(shù)

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(shù)

吳小南

（廈門市汀溪水庫管理處，福建 廈門361100）

海底管道已經(jīng)到了服役的后期階段，極易出現(xiàn)安全事故，需運(yùn)用管道維修技術(shù)加以維護(hù)。結(jié)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(jìn)行了探討。

海底管道；修復(fù)技術(shù)；技術(shù)應(yīng)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(shè)計(jì)和路由選擇不合理

由于設(shè)計(jì)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(yùn)行中才暴露出來。

2.2 管道作業(yè)帶來的刮碰

當(dāng)海底管道位于海上作業(yè)時(shí)，在船舶運(yùn)行航道、拖網(wǎng)捕撈區(qū)域的工程施工區(qū)域范圍內(nèi)給海底管道帶來刮碰傷。

2.3 長期受到海流沖刷

作業(yè)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(jiān)硬物體碰撞

海面上拋灑下的堅(jiān)硬物體，對管道的大力碰撞造成損傷。

2.5 管道受腐蝕嚴(yán)重

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

2.6 介質(zhì)流動(dòng)帶來的振動(dòng)

由于介質(zhì)流動(dòng)帶來輕微振動(dòng)，使管道周圍土體發(fā)生松動(dòng)，長時(shí)間的松動(dòng)加上海流的沖刷，管道發(fā)生懸跨和浮出海溝問題。

3 海底輸水管道維修技術(shù)

3.1 鋼套袖修復(fù)

3.1.1 焊接式鋼套袖

使用與原管道型號(hào)相同的兩個(gè)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(jī)械式鋼套袖

采用螺栓緊固的方法，將兩個(gè)半圓形鋼套袖固定在受損管道上，間隙內(nèi)也要填塞密封材料。采用這種修復(fù)方法的優(yōu)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(zhì)量難以得到保證。

3.2 外卡具修復(fù)

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(jié)構(gòu)等組成。施工中通過卡具上的液壓機(jī)構(gòu)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(huán)向密封程度應(yīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，這種方法適用于泄漏較小的水下管道修復(fù)。

3.3 連接器修復(fù)

連接器修復(fù)包括兩種，一種是法蘭連接器，一種是機(jī)械三通修復(fù)。

3.3.1 法蘭連接器

法蘭連接器修復(fù)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(jìn)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(chǎn)生塑性變形后產(chǎn)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(diào)節(jié)安裝角度和方向。缺點(diǎn)是需要采用切割的方式，容易造成微小泄漏。

3.3.2 機(jī)械式三通修復(fù)

使用水下開孔機(jī)和封堵器對管道進(jìn)行橫向和環(huán)向的修復(fù)。優(yōu)點(diǎn)是可以在水下自由打開和閉合，缺點(diǎn)是需要對水下管道進(jìn)行停輸。

3.4 水下焊接修復(fù)

水下焊接修復(fù)是水下破損管段進(jìn)行切割然后進(jìn)行機(jī)械處理，完成短節(jié)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(qū)域的海底管道的維修上運(yùn)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?？诘慕痖T灣內(nèi)，臺(tái)灣海峽西岸的中段。廈門市轄6個(gè)區(qū)，大陸海岸線長194km，大小島嶼48座。廈門島海域?qū)掗?，面積1000km2，港闊水深，外航道水深達(dá)12～25m，寬1000m以上；內(nèi)航道水深大部分在10m以上，局部8m，寬數(shù)百米。隨著廈門經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，近海島嶼經(jīng)濟(jì)的開發(fā)成為一個(gè)新的經(jīng)濟(jì)發(fā)展點(diǎn)。受地理位置制約，該市水資源在時(shí)間和空間分布極不平衡，水旱災(zāi)害和島嶼缺水現(xiàn)象長期存在。島上居民飲水相當(dāng)困難，只能依靠水井取水、雨水收集、大陸運(yùn)水，水量有限，水質(zhì)較差，嚴(yán)重制約海島經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

4.1 工程概況

廈門市翔安區(qū)大嶝島由大嶝、小嶝、角嶼3個(gè)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(jìn)了“三島”的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。2007年，對“三島”實(shí)施開發(fā)建設(shè)，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(shù)，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(jìn)行航道清淤，清淤深度達(dá)7m，不利于管道的安全運(yùn)行。故本次遷改采用了非開挖水平定向拖管技術(shù)，沿大嶝大橋走向敷設(shè)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(shí)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(jí)。

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(jīng)停止使用（采用臨時(shí)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(qiáng)烈作用引起管道斷裂漏水。由于無法第一時(shí)間確定損害點(diǎn)，只能根據(jù)海床出水點(diǎn)初步判定斷裂地點(diǎn)。

圖1 事故平面圖

本工程據(jù)過海管道竣工圖和現(xiàn)場調(diào)查，管道現(xiàn)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(jù)海床出水點(diǎn)確定管道斷裂點(diǎn)。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(jìn)行拍攝掃描確定破損海管是否斷裂、變形，并標(biāo)定海管破損點(diǎn)的平、剖面具體位置。了解事故海管的現(xiàn)狀后，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)可行的修復(fù)施工方案。

4.3 管道修復(fù)方案

結(jié)合本海域?qū)嶋H情況，海水深度不足3m，覆土厚度深達(dá)9.7m，故常壓干式沉箱修復(fù)技術(shù)無法在本項(xiàng)目中實(shí)施。經(jīng)比選，決定采用沉井工藝結(jié)合海底管道修固技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。

4.3.1 沉井安裝

通常沉井工藝為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，考慮管道修復(fù)后的拆除，本工程沉井采用鋼桶沉井，直徑8m，每節(jié)長3m，十字架支撐，每節(jié)鋼桶16個(gè)鋼板焊接點(diǎn)連接，鋼桶吊裝采用海吊船，定點(diǎn)吊裝固定。根據(jù)海潮，利用低潮水位進(jìn)行鋼桶安裝。第一節(jié)鋼桶中心點(diǎn)根據(jù)DGPS定位安裝，利用船載挖掘機(jī)在低潮時(shí)進(jìn)行外力下沉，進(jìn)入淤泥層，同時(shí)連接第二節(jié)鋼桶；考慮鋼桶連接處的密封，下一節(jié)鋼桶安裝時(shí)，前一連接縫必須沒入淤泥，避免海水灌入沉井內(nèi)。

4.3.2 沉井開挖

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

4.3.3 管道修復(fù)流程

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

（2）移動(dòng)1臺(tái)沖泥泵將管道沖洗出來，調(diào)用1臺(tái)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(jìn)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(cè)向外100cm距離，用管道修復(fù)套裝給管道連接處做1層有效的永久修復(fù)，該修復(fù)套固化后可以承受30MPa/cm2壓力。

5 結(jié)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(fù)方法?？偨Y(jié)本次事故中，建議過海管道設(shè)計(jì)應(yīng)考慮在滿足設(shè)計(jì)供水要求的前提下，利用雙管供水，同時(shí)兩條管道的施工位置應(yīng)有一定距離。

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（責(zé)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(shè)與管理工作，（Tel）0592-5516785。